BIM 在陳翔路地道工程中的應(yīng)用

陳 威，秦 雯

(1.上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究總院，上海 200011;)

1 引言

目前，BIM 成為建筑行業(yè)一個(gè)主流的高端技術(shù)。在國(guó)外，BIM 的應(yīng)用已經(jīng)趨于成熟，歐美、新加坡、香港等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)均開(kāi)始廣泛使用，應(yīng)用領(lǐng)域貫穿整個(gè)設(shè)計(jì)階段、施工階段以及建成后的維護(hù)和管理階段。國(guó)內(nèi)從2002 年開(kāi)始正式引進(jìn)BIM 理念和技術(shù)，并在2004 年開(kāi)始BIM 應(yīng)用軟件研究。可以說(shuō)BIM 技術(shù)在國(guó)內(nèi)處于一個(gè)發(fā)展階段［1］。無(wú)論是對(duì)于業(yè)主，還是設(shè)計(jì)、施工單位，目前的BIM 只是一個(gè)輔助工具，而最終的BIM 要達(dá)到的高度是基于BIM 的設(shè)計(jì)施工、基于BIM 的應(yīng)用和管理。目前國(guó)內(nèi)大部分設(shè)計(jì)院只提供BIM 建模、BIM 應(yīng)用以及管理業(yè)務(wù)上的服務(wù)，無(wú)形中將BIM 與設(shè)計(jì)施工獨(dú)立出來(lái)，降低了BIM 實(shí)踐的層次。BIM 的發(fā)展思路應(yīng)該是“以總承包項(xiàng)目為載體，以設(shè)計(jì)人員為主體，積極開(kāi)拓和嘗試基于BIM 的消費(fèi)領(lǐng)域”。本文基于陳翔路總承包工程項(xiàng)目，研究了在工程總承包項(xiàng)目中，BIM 研究的價(jià)值以及優(yōu)點(diǎn)。

2 陳翔路工程概述

陳翔路為城市次干路I 級(jí)，雙向4 車道，起點(diǎn)里程K3 +170，自西向東依次穿過(guò)規(guī)五路、古猗園路、軌道11 號(hào)線、滬嘉高速、瑞林路、通湖路，終點(diǎn)里程K3 +670，全長(zhǎng)約500m。主要工程內(nèi)容包括:(1)陳翔路道路工程、地道工程、交通工程、排水工程以及附屬及配套工程;(2)滬嘉高速改道及修復(fù)工程。地下通道共19 段，采用明挖法施工，敞開(kāi)段長(zhǎng)202m，暗埋段長(zhǎng)158m。敞開(kāi)段為現(xiàn)澆鋼筋混凝土塢式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)內(nèi)部?jī)魧捦德穸危装?、?cè)墻厚900mm～500mm，部分節(jié)段采用鉆孔灌注樁抗浮，樁長(zhǎng)25～15m。整體效果圖見(jiàn)圖1 所示。

該工程作為BIM 研究的試點(diǎn)具有如下優(yōu)勢(shì):市政工程的典型，BIM 技術(shù)在工程設(shè)計(jì)、建筑設(shè)計(jì)等領(lǐng)域逐漸為業(yè)界所熟悉，國(guó)內(nèi)的部分設(shè)計(jì)院在建筑領(lǐng)域已收獲成果，而市政、橋梁領(lǐng)域還處于嘗試階段，還沒(méi)有典型的案例;BIM 的應(yīng)用價(jià)值更多的體現(xiàn)在工程總承包項(xiàng)目中，而不僅僅是單純的設(shè)計(jì)或施工，陳翔路地道工程作為工程總承包項(xiàng)目，最能體現(xiàn)BIM 實(shí)踐的價(jià)值;該項(xiàng)目包括地道、軌道、橋梁、道路、給排、建筑、園林等專業(yè)內(nèi)容，在該工程中開(kāi)展BIM 深化設(shè)計(jì)和施工模擬研究具有基礎(chǔ)性和普遍性等特點(diǎn)。

3 BIM 在陳翔路地道工程中的應(yīng)用

目前，BIM 軟件多而雜，各軟件都存在一定的優(yōu)缺點(diǎn)，陳翔路地道工程涉及專業(yè)較多，根據(jù)工程項(xiàng)目特點(diǎn)，選取了合適的BIM 建模軟件，其模型建立后整體模型如圖2，地質(zhì)勘探模型如圖3 所示。

圖1 整體效果圖

圖2 陳翔路三維信息模型

圖3 陳翔路地道工程地質(zhì)勘探模型

在建立模型的同時(shí)，對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行了配筋處理，圖4 為格構(gòu)柱配筋節(jié)點(diǎn)細(xì)部圖。另外，在現(xiàn)實(shí)中鋼筋通常是嵌入混凝土中的，而模型中鋼筋是可以半透明顯示的，如圖5 所示。鋼筋半透明顯示體現(xiàn)了模型可視化特點(diǎn)，模型表現(xiàn)直觀形象，可以反映出構(gòu)件和鋼筋之間的復(fù)雜關(guān)系。

模型建立后，最能體現(xiàn)BIM 價(jià)值的是BIM 的應(yīng)用，圖6 和圖7 顯示的是運(yùn)用BIM 軟件進(jìn)行構(gòu)件之間碰撞檢查，分別列出了構(gòu)件之間的硬碰撞以及軟碰撞情況。

圖4 格構(gòu)柱配筋節(jié)點(diǎn)細(xì)部

圖5 鋼筋部分的實(shí)現(xiàn)

圖6 構(gòu)件之間的碰撞檢查

圖7 人非地道出口與11 號(hào)線橋墩存在軟碰撞

圖8 橫斷面配筋圖

基于BIM 模型的出圖，可以主動(dòng)的將BIM 融入到設(shè)計(jì)階段，以設(shè)計(jì)人員為主，運(yùn)用設(shè)計(jì)理念，從設(shè)計(jì)的角度建立模型，比非專業(yè)的成熟設(shè)計(jì)人員更能體現(xiàn)出工程整體狀況，主體結(jié)構(gòu)橫斷面配筋圖如圖8 所示。

運(yùn)用BIM 最大的優(yōu)點(diǎn)之一體現(xiàn)在工程量統(tǒng)計(jì)上，可以方便控制成本上，圖9 為利用BIM 三維模型進(jìn)行的工程量統(tǒng)計(jì)圖，該統(tǒng)計(jì)表材料清單表現(xiàn)明顯，能方便的展示各材料信息，具有很大的實(shí)用價(jià)值。

圖9 第十周期用料統(tǒng)計(jì)表

基于BIM 模型的施工進(jìn)度模擬主要是以動(dòng)畫的形式展示，在3D 模型的基礎(chǔ)上加了施工進(jìn)度，體現(xiàn)了4D 模型的理念。

4 BIM 在研究中遇到的問(wèn)題

BIM 在工程總承包項(xiàng)目應(yīng)用過(guò)程中，遇到了軟件、建模以及BIM 理念等問(wèn)題，下面從四個(gè)方面歸納下BIM 研究以及Tekla 建模過(guò)程中的一些問(wèn)題。

4.1 BIM 的理念認(rèn)識(shí)問(wèn)題

BIM，最初的概念只是一個(gè)模型，立于2D 之上的3D。從概念中可以看出，BIM 是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，是集成了建筑工程項(xiàng)目各種相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)模型。給人的感覺(jué)BIM 只是一個(gè)3D 模型，所以大部分人聽(tīng)到BIM 這個(gè)詞時(shí)，給出的回答:“BIM 是利用BIM 軟件建出來(lái)的模型”。從字面意思上講，BIM 是模型，但是對(duì)它的理解不應(yīng)該局限于此，BIM 代表的是整個(gè)BIM 模型從建模到消費(fèi)的整個(gè)流程，提BIM 應(yīng)該從理念出發(fā)，而不是模型。未來(lái)，主導(dǎo)BIM 發(fā)展的不是BIM 建模過(guò)程，而是BIM整個(gè)消費(fèi)，所以尋求BIM 的應(yīng)用之路是未來(lái)BIM 的發(fā)展方向。

4.2 BIM 的軟件接口問(wèn)題

BIM 的軟件眾多，模型的應(yīng)用是建立在模型整合的基礎(chǔ)上，在模型的整合過(guò)程中，會(huì)遇到軟件接口等方面的問(wèn)題。比如做施工流程動(dòng)畫模擬，由于我們做動(dòng)畫的初衷是建立在BIM 模型上的，所以我們通常BIM 模型的處理有兩種方法:在軟件設(shè)置相應(yīng)實(shí)體屬性，并利用錄制屏幕工具生成施工動(dòng)畫模擬過(guò)程，該方法做成的施工動(dòng)畫模擬比較粗糙，視頻流暢性較差;第二種是運(yùn)用第三方整合平臺(tái)實(shí)現(xiàn)，比如將模型導(dǎo)出生成DWG、IFC 格式，再將DWG、IFC 格式導(dǎo)入到第三方整合平臺(tái)中，在平臺(tái)中生成施工動(dòng)畫模擬，該方法生成的視頻效果較好，還可以在生成動(dòng)畫前做渲染，表現(xiàn)效果較好，但是模型在導(dǎo)入DWG、IFC 格式后只保存了幾何屬性，而一些截圖尺寸屬性都已丟失，不符合BIM 模型應(yīng)有的特性，所以軟件之間的接口問(wèn)題還需進(jìn)一步的研究。

4.3 BIM 軟件的使用問(wèn)題

初期對(duì)軟件的認(rèn)識(shí)局限于軟件能做什么，比如某些軟件在建鋼筋、混凝土上有很大優(yōu)勢(shì)，而某些軟件在建管理用房、管道等方面具有較大優(yōu)勢(shì)。對(duì)軟件細(xì)節(jié)上的認(rèn)識(shí)還處于一個(gè)很淺的階段。通過(guò)實(shí)際建模過(guò)程中，我們對(duì)軟件的認(rèn)識(shí)逐步深化。BIM 軟件在有些方面表現(xiàn)力欠缺，但是可以通過(guò)與其他軟件的結(jié)合使用，發(fā)揮各建模軟件的優(yōu)點(diǎn);參考模型以及自身建立的模型導(dǎo)入方面有缺陷，導(dǎo)入后，當(dāng)模型拷出后會(huì)遇到模型丟失的情況，不能充分滿足共享性，并且PDF 發(fā)布后也會(huì)丟失;在模型網(wǎng)頁(yè)發(fā)布上有缺陷，模型中部分細(xì)節(jié)會(huì)丟失;出圖方面有一定缺陷，不符合我們的出圖規(guī)范，在這方面我們需要有更深的研究;軟件的本土化，包括軟件的操作習(xí)慣、材質(zhì)類型以及翻譯等。

4.4 BIM 軟件的建模問(wèn)題

由于初期軟件的學(xué)習(xí)是按照命令形式學(xué)習(xí)各個(gè)軟件模塊的，所以在剛開(kāi)始建模工作中，建模的流程上存在一定問(wèn)題，我們需要解決建模的流程，首先是定中心線上特征點(diǎn)，在定出中心線，然后以該中心線作為方位，向中心線上添加基礎(chǔ)塊。另外，在建模中，要解決的另外一個(gè)問(wèn)題是建模的方式，要改變以往的建模習(xí)慣，以參數(shù)化方式建模，只有這種方式才符合BIM 的模式，才具備BIM 信息可管理性。

5 結(jié)論

陳翔路地道工程為工程總承包項(xiàng)目，以該項(xiàng)目為BIM 研究試點(diǎn)，為BIM 在工程總承包項(xiàng)目管理中的應(yīng)用提供了參考價(jià)值。體現(xiàn)的價(jià)值表現(xiàn)在:BIM應(yīng)用全過(guò)程，從方案開(kāi)始，到初設(shè)、到施工圖、到施工等等，BIM 在每個(gè)階段都得到直觀、有效的嘗試;BIM 應(yīng)有多方參與，從業(yè)主、設(shè)計(jì)、施工，各種專業(yè)的人都參與進(jìn)來(lái)，十分迎合BIM 能解決大而雜問(wèn)題的特點(diǎn);BIM 應(yīng)用全方位，能夠方便的利用模型，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、方案設(shè)計(jì)、模型分析、施工模擬、造價(jià)等進(jìn)行系列的應(yīng)用，有效的提高模型的重復(fù)利用率，降低了應(yīng)用研究的綜合成本;可以直觀地表達(dá)三維模型，擺脫傳統(tǒng)的二維圖紙的缺點(diǎn)，傳統(tǒng)的二維圖紙?jiān)谧x懂的基礎(chǔ)上，還需要在頭腦里面構(gòu)建三維立體模型，BIM 模型的建立解決了這個(gè)問(wèn)題;模型中鋼筋的可視化，現(xiàn)實(shí)中，混凝土鋼筋是隱蔽的，在軟件中，設(shè)置模型的透明度即可實(shí)時(shí)觀察到混凝土中的鋼筋信息;基于BIM 模型的出圖，目前BIM 在設(shè)計(jì)階段介入的深度較淺，通過(guò)基于BIM 出圖研究，為以后基于BIM 技術(shù)的設(shè)計(jì)提供參考，同時(shí)為以后規(guī)范出圖打下基礎(chǔ);工程量統(tǒng)計(jì)為成本控制等方面提供了參考;碰撞檢查為設(shè)計(jì)方案優(yōu)化提供了參考，某種程度上提高了施工的進(jìn)度，節(jié)約了施工的成本。

［1］何關(guān)培等.BIM 總論［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.

［2］吳凡.建筑設(shè)計(jì)工作方法的新變革——建筑信息模型技術(shù)的思考與應(yīng)用.土木建筑工程信息技術(shù).2011，3(3):53-56.

［3］唐國(guó)武，王偉，杜伸云.BIM 在合肥南環(huán)線鋼桁梁柔性拱橋施工中的應(yīng)用.土木建筑工程信息技術(shù).2011，3(4):76-81.

［4］蘇昶，王萬(wàn)平，蘇駿.基于BIM 的可持續(xù)設(shè)計(jì)在黑瞎子島植物園項(xiàng)目中的創(chuàng)新實(shí)踐.土木建筑工程信息技術(shù).2012，4(1):87-95.