土建BIM在市政3D模型中的突破研究
-----以“鐘塔橋”為研究對象

孫 倩 韋 芳 華 云

（常熟理工學(xué)院經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院 江蘇常熟 215500）

土建BIM在市政3D模型中的突破研究
-----以“鐘塔橋”為研究對象

孫 倩 韋 芳 華 云

（常熟理工學(xué)院經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院 江蘇常熟 215500）

市政工程從本質(zhì)上來說是建筑行業(yè)不可或缺的一部分，它與人們的生活息息相關(guān)。然而，現(xiàn)如今的市政行業(yè)中，無論是對道路亦或是橋梁的設(shè)計(jì)與建造，僅僅是思維停留在二維空間上的運(yùn)作，正因?yàn)樵O(shè)計(jì)者2D思維的局限性，便造成一系列的工程設(shè)計(jì)的變更，乃致整個(gè)工程項(xiàng)目的質(zhì)量缺陷。這些問題就是由于行業(yè)缺少相關(guān)的市政建模軟件，相關(guān)專業(yè)人才的缺失，以及市政工程的圖紙本身就比較復(fù)雜，構(gòu)件內(nèi)部構(gòu)造多變，在工程實(shí)際實(shí)施過程中，會出現(xiàn)很多難以預(yù)料的工程變更。針對發(fā)現(xiàn)的問題，從廣聯(lián)達(dá)3D圖形算量軟件（即BIM技術(shù)）中得到啟發(fā)，通過對土建各部分的建筑構(gòu)件的合理變形，就可以實(shí)現(xiàn)市政工程中各部分構(gòu)件的搭建，從而也就實(shí)現(xiàn)了市政建筑物的三維展示。

BIM、信息化技術(shù)；市政工程；橋梁建模

我國BIM技術(shù)首先在建筑領(lǐng)域得到運(yùn)用，目前已經(jīng)擴(kuò)充到幾乎所有的領(lǐng)域如建筑設(shè)計(jì)、機(jī)械制造等。而目前市政領(lǐng)域技術(shù)應(yīng)用發(fā)展滯后，市政各專業(yè)間信息溝通不暢，導(dǎo)致道路施工時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)市政管網(wǎng)被挖斷而帶來極大的經(jīng)濟(jì)損失等問題，如果利用BIM技術(shù)將各個(gè)市政專業(yè)的信息匯總成數(shù)據(jù)庫進(jìn)行統(tǒng)一的管理，就可以減少類似的損失，提高經(jīng)濟(jì)效益。所以BIM技術(shù)也必將在市政領(lǐng)域得到普及，目前國內(nèi)目前缺少市政方面的BIM軟件，使得市政BIM發(fā)展受到限制，雖然說BIM的應(yīng)用不是某個(gè)或者某類軟件的事情，但BIM軟件是BIM技術(shù)發(fā)展的必要條件，作為建筑行業(yè)的學(xué)生我們無法開發(fā)相應(yīng)的軟件，于是在土建BIM軟件應(yīng)用相對成熟的情況下，利用土建BIM軟件的類似原理，在土建BIM軟件中進(jìn)行市政BIM的構(gòu)建，以“鐘塔橋”為實(shí)例，證明了該方案的可行性。因此，用土建BIM中的構(gòu)件替代市政工程中的構(gòu)件，實(shí)現(xiàn)市政圖紙的三維轉(zhuǎn)換是很值得研究的。

一、市政工程中存在的問題

在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的21世紀(jì)，隧道、橋涵等大型市政工程的建造很大程度上反映出一個(gè)國家市政設(shè)施的建筑設(shè)計(jì)能力，是本國的建筑走向國際化的重要標(biāo)志?？闪钊诉z憾的是，我國的市政工程中還存在許多的問題和安全隱患。經(jīng)分析，主要存在以下幾個(gè)問題：

1、市政工程頻出工程變更

由于項(xiàng)目管理人員對圖紙理解的主觀及片面性，單純從二維平面的角度去想象三維的建筑物，尤其在建筑物構(gòu)造異彩紛呈的時(shí)代，很大程度上加劇了工程項(xiàng)目總承包工作的不確定性與復(fù)雜性。因此，工程變更、工期拖延、施工效率低等問題接踵[1]。

2、市政工程工期拖延

由于現(xiàn)今建筑市場上的BIM算量軟件都是以土木工程建造為對象，且以往市政工作建造的對象形式往往簡單、不存在多變性，從而使BIM技術(shù)不能被廣泛應(yīng)用到市政工程中去，直接導(dǎo)致某些市政工程的施工效率得不到提高，進(jìn)度緩慢，工期拖延嚴(yán)重的后果。

3、市政工程資源浪費(fèi)嚴(yán)重

市政工程結(jié)構(gòu)復(fù)雜，涉及到的施工技術(shù)高，施工材料品種多，施工人員及施工機(jī)械多，如果工程在事先未能準(zhǔn)確做出用料用人預(yù)算，使其在開工之前對人力、物力進(jìn)行協(xié)調(diào)，做出最優(yōu)安排，就會在施工時(shí)出現(xiàn)誤工，施工錯(cuò)誤之類的情況，嚴(yán)重浪費(fèi)社會資源[2]。

由此可見，種種原因和結(jié)果都反映出，把可視化、模擬化、協(xié)調(diào)化的BIM技術(shù)投入于現(xiàn)代市政工程的設(shè)計(jì)建設(shè)與管理活動(dòng)中，對于提高市政工程的建設(shè)水平，減少風(fēng)險(xiǎn)有著重要的意義。

二、市政工程問題出現(xiàn)的原因

根據(jù)分析市政工程頻頻出現(xiàn)的事故，得出了市政工程問題出現(xiàn)的原因，現(xiàn)歸結(jié)出一下的幾點(diǎn)原因：

1、市政建模軟件的缺失

過去在建筑行業(yè)也存在建筑施工圖紙、結(jié)構(gòu)圖看不懂，內(nèi)部構(gòu)件復(fù)雜造成工程變更的情況，不過在建筑土建BIM技術(shù)成熟應(yīng)用于建筑土建施工之后，建筑在土建部分的工程變更次數(shù)明顯減少，工程成本得到壓縮，使工期安排得更加合理，經(jīng)濟(jì)和社會效益都得到提高。

而市政工程中構(gòu)件之復(fù)雜，建筑物形狀也不規(guī)則，施工難度也遠(yuǎn)超于土建工程的施工難度，但是在市政工程領(lǐng)域并不存在3D建模的軟件技術(shù)，無法將圖紙中的圖形直觀的展示出來，實(shí)現(xiàn)可視化的效果。試想，如果能在市政工程施工前期，就能預(yù)先建立并及時(shí)更新施工現(xiàn)場BIM模型，直觀再現(xiàn)施工現(xiàn)場的整體情況，進(jìn)行規(guī)劃、布置、協(xié)調(diào)等工作，那么施工單位在施工現(xiàn)場就不會因看不懂施工圖紙而造成施工錯(cuò)誤或是耽誤工期。由此看來，市政領(lǐng)域正是因?yàn)槿鄙偈姓５能浖?，才會加大了施工難度，提高了施工的錯(cuò)誤率。

2、專業(yè)人才技術(shù)投入的不足

目前，建筑行業(yè)的土建專業(yè)，水電專業(yè)的人才在市場上已成飽和狀態(tài)，土建的BIM建模技術(shù)也已呈成熟之勢，然而市政專業(yè)的人才在市場上呈緊缺狀態(tài)，專業(yè)人才技能不足，造成對市政施工圖紙的一知半解，技術(shù)掌握不到位，也無法進(jìn)行專業(yè)的結(jié)構(gòu)分析，圖紙分析，造成對施工工期的延長，施工成本的提高[3]。因此，專業(yè)素質(zhì)不足，軟件技術(shù)開發(fā)投入不足是市政工程事故頻發(fā)的又一個(gè)原因。

3、施工圖紙復(fù)雜，無法展示全部的施工內(nèi)容

經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，很多施工人員都表示，市政圖紙相較于建筑圖紙，內(nèi)容展示比較抽象，比如市政工程管線交叉復(fù)雜，在施工圖紙上難以表達(dá)清楚，導(dǎo)致施工時(shí)因讀圖錯(cuò)誤而使管道位置鋪設(shè)錯(cuò)誤的后果；由于包封層厚度的問題，走向和標(biāo)高都會和設(shè)計(jì)標(biāo)高有較大出入，特別是交叉口的出入會更大，平面圖上數(shù)據(jù)獲取困難，諸如此類的問題就是圖紙本身復(fù)雜，不易理解，造成市政工程施工錯(cuò)誤，嚴(yán)重會導(dǎo)致重大的施工事故。

改進(jìn)方案:以土建BIM構(gòu)建橋梁模型的設(shè)想

經(jīng)過分析，針對市政工程中存在的問題及發(fā)生這些問題的原因，通過對土建3D軟件的自學(xué)和研究，提出用土建BIM來代替市政BIM的設(shè)想，我們以“鐘塔橋”為例，嘗試構(gòu)建橋梁的3D模型，以此驗(yàn)證該方案的可行性。

1、查閱資料，分析對比

查閱相關(guān)土建BIM技術(shù)的信息和在建筑行業(yè)方面成功應(yīng)用的案例，進(jìn)行土建工程在有BIM技術(shù)和沒有BIM技術(shù)前后，施工成本及工程變更情況的對比，發(fā)現(xiàn)BIM技術(shù)在實(shí)現(xiàn)3D可視化、立體化之后，可以減少工程變更，降低工程成本，縮短工期，從而增加工程的經(jīng)濟(jì)效益，也提升了安全性。

2、自學(xué)土建軟件，構(gòu)建市政構(gòu)件

自學(xué)3D圖形算量軟件，在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，熟悉各構(gòu)件的畫法及特點(diǎn)，比如在畫柱子是只需定義柱子截面和柱子的高度即可，由此可以得到啟發(fā)，在畫橋梁的橋墩時(shí)，就可以用土建的柱子來代替橋梁的橋墩；在畫梁的時(shí)候也就需要定義梁的截面，在需要畫梁的位置畫出直線即可，由此可以得到啟發(fā)，可以用異性梁的定義來定義板梁。諸如此類，在充分掌握3D圖形算量的基礎(chǔ)上，熟練運(yùn)用各部分的構(gòu)件畫法，嘗試用土建BIM技術(shù)構(gòu)件來代替市政工程的構(gòu)件。

3、研究橋梁結(jié)構(gòu)，進(jìn)行橋梁構(gòu)件拆分

對“鐘塔橋”的橋梁構(gòu)件進(jìn)行拆分，嘗試用土建構(gòu)件去替代橋梁中的各部分構(gòu)件。比如臺帽采取分解繪制的辦法，利用變截面梁設(shè)置臺帽挑梁、用截面為平行四邊形的柱子構(gòu)件、利用土建懸挑梁，設(shè)置不同的梁頂標(biāo)高和異截面尺寸構(gòu)建臺帽中間變截面部分；再比如對枕梁，利用底面（寬60cm*高2400cm）為平行四邊形的柱子來構(gòu)建。

4、繪制“鐘塔橋”的橋梁模型

對構(gòu)件進(jìn)行組合，進(jìn)行尺寸調(diào)整，展示“鐘塔橋”的三維效果(如下圖)，證實(shí)土建BIM技術(shù)在市政工程的運(yùn)用是完全可行的。

5、分析橋梁模型中的問題，完善并得出結(jié)論

在總體繪制完成之后，對繪制好的橋梁里面存在的問題進(jìn)行分析，主要還是土建工程涉及的建筑物的構(gòu)件多是一些規(guī)則性的，不像橋梁構(gòu)件，多是多邊形或是截面為不規(guī)則圖形，加上橋墩與橋面之間還存在傾斜角度，在繪制時(shí)存在難度，繪制完成之后，存在重疊部分或是空隙部分。因此，土建構(gòu)件在代替市政構(gòu)件的過程中，由于兩者的差異，不能完全適用于市政工程中，不過總體而言，用這種方法展示橋梁的三維效果方便施工人員看圖，降低施工難度是有一定的可行性。

四、不足與結(jié)論

完成的鐘塔路橋梁模型還存在一些細(xì)微的缺陷，比如臺帽模型繪制后發(fā)現(xiàn)同一板構(gòu)件的板厚必須一致，從而導(dǎo)致板下方仍需一個(gè)坡面構(gòu)件填充，且板坡面與板厚的截面始終垂直無法改變角度，則利用斜板無法建立坡面構(gòu)件；利用變截面梁，控制梁的頂標(biāo)高不變而改變梁的截面建立懸挑梁和墻存在一樣的缺陷。盡管如此，但總體方案而言，還是非常接近橋梁的實(shí)際情況，則利用BIM技術(shù)進(jìn)行該橋梁的設(shè)計(jì)，在項(xiàng)目全過程就都可以看到工程完成后的三維信息模型，使得規(guī)劃設(shè)計(jì)從傳統(tǒng)的CAD二維圖紙到三維信息模型的巨大轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)所見即所得。

利用該橋梁數(shù)據(jù)模型，以及其他管線等構(gòu)筑物的數(shù)據(jù)模型輔以分析軟件，可以進(jìn)行空間合理性、施工方案的可行性、各個(gè)專業(yè)間的協(xié)調(diào)性的分析認(rèn)證。在設(shè)計(jì)階段就可以發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷問題，有效的防止施工中不同專業(yè)相互“碰撞”，并且隨時(shí)可以進(jìn)行設(shè)計(jì)變更，施工前就能預(yù)知施工中的大部分困難，施工問題得到更完美的解決方案，提高了工程的施工效率、施工質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)效益。

[1]王建軍，李社領(lǐng)，王建芬，張煥玲.市政橋梁施工技術(shù)質(zhì)量問題分析 [J] 科技致富向?qū)В?012（28）：17-19

[2]何學(xué)邱.《安全工程學(xué)》[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2000（20）：188-193

[3]張新龍.市政工程易發(fā)事故特點(diǎn)與原因分析.《山西建筑》,2013，39（19）：237-238

學(xué)生第一作者：孫倩（1993～),女(漢族),常熟理工學(xué)院本科工程管理在讀學(xué)生。

韋芳(1979～)，女(漢族),江蘇常熟人,常熟理工學(xué)院管理學(xué)院講師、工程師、全國一級注冊建造師、造價(jià)工程師、監(jiān)理工程師，華東理工大學(xué)碩士，主要從事工程項(xiàng)目管理、工程造價(jià)研究。

大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目及課程改革項(xiàng)目,項(xiàng)目編號：jxnh2014066 。

G322

B

1007-6344（2016）03-0249-02

?