市政工程中BIM設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用

楊倩

引言

市政工程，作為服務(wù)于城市居民生產(chǎn)生活的重要基礎(chǔ)設(shè)施，其建設(shè)使用的安全穩(wěn)定效果直接決定了地區(qū)的城市化建設(shè)水平。然而，工程所處市場(chǎng)環(huán)境的復(fù)雜性與多樣性，增加了設(shè)計(jì)建設(shè)控制的難度。為此，市政工程設(shè)計(jì)控制人員，應(yīng)在明確BIM設(shè)計(jì)技術(shù)局限的情況下，對(duì)各類(lèi)市政工程的建設(shè)進(jìn)行優(yōu)化。如此，城市道路、橋梁以及供熱管道工程等，就能以科學(xué)與可持續(xù)狀態(tài)作用于人們的生產(chǎn)建設(shè)，進(jìn)而促進(jìn)各行各業(yè)的快速穩(wěn)定發(fā)展。

1 研究市政工程中BIM設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用的現(xiàn)實(shí)意義

當(dāng)前階段，設(shè)計(jì)人員在對(duì)各項(xiàng)市政工程進(jìn)行設(shè)計(jì)過(guò)程中，大多采用立、平以及剖三視圖的方式，來(lái)實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目結(jié)構(gòu)關(guān)系的表達(dá)。三維建模計(jì)算技術(shù)，僅用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)情況。經(jīng)分析，市政工程設(shè)計(jì)工作的開(kāi)展目的為：在滿足工程建設(shè)安全可靠的情況下，以最小的成本獲取最大的效益。換句話說(shuō)，就是將設(shè)計(jì)意圖完整地傳遞給施工建設(shè)單位，以使工程建設(shè)者能夠提高工程量計(jì)算與控制因素確定的精準(zhǔn)性。如，將用地信息全面地傳遞給工程規(guī)劃部門(mén)。此過(guò)程，市政工程設(shè)計(jì)人員為實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)控制意圖與工程展示效果，除了運(yùn)用歐特克軟件外，還將展示軟件運(yùn)用了起來(lái)。

然而，受市政工程建設(shè)的功能日趨復(fù)雜問(wèn)題影響，設(shè)計(jì)階段出現(xiàn)了諸多不可控或是設(shè)計(jì)圖紙不完善等因素問(wèn)題。這里的不可控因素是指，異型拱腳部件、長(zhǎng)大異形斷面剖面、工程與所處環(huán)境關(guān)系以及數(shù)學(xué)表達(dá)與展示空間曲線等。上述因素，均會(huì)對(duì)市政工程的造價(jià)控制效果帶來(lái)不良影響，進(jìn)而增加施工控制的難度，嚴(yán)重的甚至?xí)档屯度脒\(yùn)行使用的安全穩(wěn)定性。為此，工程建設(shè)者應(yīng)加大BIM設(shè)計(jì)技術(shù)的研究力度，以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖精確表達(dá)與解決不可控問(wèn)題的目標(biāo)。如此，市政工程就能更趨安全可靠地服務(wù)于所處的區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展環(huán)境[1]。

2 市政工程中BIM設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用局限

研究表明，市政工程所處的市場(chǎng)環(huán)境正處于高效、經(jīng)濟(jì)以及科學(xué)合理的全生命周期技術(shù)變革狀態(tài)。具體來(lái)說(shuō)，在此發(fā)展環(huán)境中，傳統(tǒng)建造技術(shù)，如模仿搭建以及平面作圖方式將被淘汰。為進(jìn)一步滿足日趨嚴(yán)苛的市場(chǎng)環(huán)境、工程造價(jià)管理要求以及日益精細(xì)的設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)技術(shù)人員應(yīng)將全生命周期理念，作為實(shí)踐控制方向。即在市政工程設(shè)計(jì)控制過(guò)程中，使工程未來(lái)運(yùn)營(yíng)狀態(tài)的出現(xiàn)概率體現(xiàn)在設(shè)計(jì)方案中，并提出優(yōu)化控制的可行方案。此設(shè)計(jì)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，無(wú)法通過(guò)簡(jiǎn)單的立、平以及剖制圖方式進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，需要設(shè)計(jì)人員根據(jù)自身的專(zhuān)業(yè)知識(shí)儲(chǔ)備運(yùn)用一系列的設(shè)計(jì)手段進(jìn)行實(shí)現(xiàn)[2]。

此過(guò)程，在將BIM技術(shù)運(yùn)用市政工程的設(shè)計(jì)工作時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要面臨以下問(wèn)題挑戰(zhàn)：

①BIM技術(shù)應(yīng)用動(dòng)力不高。即僅能滿足工程建設(shè)的業(yè)主方需求，其他因素對(duì)其設(shè)計(jì)使用的需求不大。這就導(dǎo)致BIM技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程僅停留在工程施工與運(yùn)行維護(hù)階段，缺乏持續(xù)建設(shè)動(dòng)力。②滿足設(shè)計(jì)需求形式單一。雖然BIM技術(shù)設(shè)計(jì)軟件的種類(lèi)較多，但真正起到優(yōu)化控制作用的方法手段并不多。③數(shù)據(jù)信息傳遞不暢。這是因?yàn)?，文件成果傳輸接口沒(méi)有統(tǒng)一。同一公司采用不同款的軟件，即使采用的同一款軟件版本也存在差異。此運(yùn)行控制狀態(tài)下，數(shù)據(jù)信息無(wú)法以正常狀態(tài)進(jìn)行傳遞控制。④因市政工程建設(shè)行業(yè)的整體建設(shè)水平與施工手段，無(wú)法具備實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)廣泛運(yùn)用的能力。⑤BIM設(shè)計(jì)技術(shù)運(yùn)用效益與造價(jià)成本控制存在差異。⑥沒(méi)有實(shí)現(xiàn)市政工程的協(xié)同化設(shè)計(jì)，降低了工程各項(xiàng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)控制的可行性[3]。

3 市政工程中BIM設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用控制實(shí)例

3.1 城市道路設(shè)計(jì)運(yùn)用優(yōu)化

根據(jù)市政道路工程的結(jié)構(gòu)形式差異，設(shè)計(jì)運(yùn)用的軟件也存在很大差異，即不僅會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)效果帶來(lái)影響，還會(huì)降低后期施工管理的質(zhì)量水平。為此，以云南某市政道路工程為例，該工程以往采用的傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式來(lái)表達(dá)結(jié)構(gòu)在水平、豎向以及橫向位置間的關(guān)系，但在結(jié)構(gòu)斷面變化劇烈的位置上，僅憑一張橫斷面圖無(wú)法清晰表達(dá)節(jié)點(diǎn)間的關(guān)系。而且因橫斷面與平面圖和立面圖無(wú)對(duì)應(yīng)關(guān)系，所以，改進(jìn)結(jié)構(gòu)斷面數(shù)據(jù)也無(wú)法對(duì)斷面圖的表達(dá)效果帶來(lái)影響。為此，道路工程設(shè)計(jì)人員采用了BIM技術(shù)中的AutodeskCivil3D軟件，運(yùn)用于道路與管道設(shè)計(jì)控制。具體來(lái)說(shuō)，就是運(yùn)用該軟件的模擬道路橫斷面，來(lái)對(duì)道路進(jìn)行設(shè)計(jì)裝配，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)斷面參數(shù)化的設(shè)計(jì)目標(biāo)[4]。

如此，設(shè)計(jì)人員就可根據(jù)不同的寬度對(duì)道路斷面進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，進(jìn)而杜絕三視圖關(guān)系不符的問(wèn)題出現(xiàn)。此外，根據(jù)工程所處環(huán)境進(jìn)行的設(shè)計(jì)方案調(diào)整，也能準(zhǔn)確的計(jì)算出結(jié)構(gòu)工程量的變化，繼而減少工程量計(jì)算的工作量。對(duì)于一些碰撞、管道暴雨以及行車(chē)檢查等不可控的問(wèn)題，可通過(guò)運(yùn)營(yíng)階段的工況模擬，來(lái)避免因設(shè)計(jì)局限而出現(xiàn)不必要的工程變更問(wèn)題，大幅降低了工程項(xiàng)目的造價(jià)[5]。

3.2 復(fù)雜空間曲線的設(shè)計(jì)控制

在對(duì)城市橋梁工程項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)控制過(guò)程中，應(yīng)在滿足結(jié)構(gòu)作用安全穩(wěn)定性的情況下，提升結(jié)構(gòu)造型的多樣化。這是因?yàn)?，造型的多元性，使其結(jié)構(gòu)軸線線形也呈現(xiàn)出復(fù)雜的空間變化趨勢(shì)。此工程情況下，單一的公式擬合無(wú)法滿足精度的控制要求，為此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)采用BIM技術(shù)中的CATIA軟件來(lái)提升設(shè)計(jì)精度。作為三維設(shè)計(jì)軟件，CATIA是PLM協(xié)同軟件設(shè)計(jì)控制的重要組成部分。自以往，CATIA軟件主要用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)，并未工程項(xiàng)目的前期建設(shè)階段提供設(shè)計(jì)、組裝、模擬以及分析功能。當(dāng)將其運(yùn)用于橋梁設(shè)計(jì)模塊后，能夠真正實(shí)現(xiàn)工程結(jié)構(gòu)的模塊化與參數(shù)化設(shè)計(jì)目標(biāo)[6]。

經(jīng)分析，在進(jìn)行簡(jiǎn)單拋物線拱橋設(shè)計(jì)的過(guò)程中，因橋梁拱軸線兩端設(shè)置了不等量的水平位移，所以，為滿足結(jié)構(gòu)的正常運(yùn)行需求，應(yīng)在橫梁位置進(jìn)行節(jié)點(diǎn)間距控制。如此，在此基礎(chǔ)上，就可進(jìn)行的數(shù)學(xué)公式擬合計(jì)算，如圖1所示，為拱軸線擬合對(duì)比示意圖。

圖1 拱軸線擬合對(duì)比示意圖

從圖中可以看出，擬合空間曲線模型與CATIA軟件根據(jù)建模規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建的圖形存在一定差異。特別是，點(diǎn)連接起來(lái)的拱軸線與實(shí)際用空間曲線和共軸曲面相切產(chǎn)生的拱軸線，存在規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)不允許的誤差問(wèn)題。為此，工程設(shè)計(jì)人員應(yīng)采用CATIA軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化控制。如此，復(fù)雜空間曲線的設(shè)計(jì)才能滿足所處地區(qū)行業(yè)所提出的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，進(jìn)而提升工程項(xiàng)目建設(shè)使用的安全可靠性[7]。

3.3 供熱管線排布設(shè)計(jì)控制

該類(lèi)工程的設(shè)計(jì)控制應(yīng)將BIM技術(shù)運(yùn)用于空間管線的碰撞上，以使供熱工程設(shè)計(jì)方案的確定具備模擬性、協(xié)調(diào)性以及可出圖性。具體來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)人員可從三維實(shí)體模型中看見(jiàn)各種供熱管道的分布與標(biāo)高，進(jìn)而為設(shè)計(jì)與業(yè)主人員提供更為直觀的控制依據(jù)。在管廊工藝的碰撞方面，BIM技術(shù)的三維設(shè)計(jì)能夠以協(xié)調(diào)性狀態(tài)協(xié)調(diào)各專(zhuān)業(yè)的溝通交流，以提升供熱管線工程運(yùn)行使用的科學(xué)合理性。如圖2所示，為實(shí)際施工狀態(tài)的模擬示意圖。

圖2 實(shí)際施工狀態(tài)模擬

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，市政工程應(yīng)用BIM設(shè)計(jì)技術(shù)過(guò)程存在諸多不合理問(wèn)題，即BIM技術(shù)應(yīng)用動(dòng)力不高、滿足設(shè)計(jì)需求形式單一、數(shù)據(jù)信息傳遞不暢等。要想對(duì)其進(jìn)行控制，應(yīng)加大各類(lèi)設(shè)計(jì)控制軟件的應(yīng)用力度，即將CATIA軟件與AutodeskCivil3D軟件運(yùn)用于工程各部分結(jié)構(gòu)的作用穩(wěn)定性。事實(shí)證明，只有這樣，才能將BIM設(shè)計(jì)技術(shù)在市政工程中的效果價(jià)值充分發(fā)揮出來(lái)，進(jìn)而強(qiáng)化工程項(xiàng)目建設(shè)使用的質(zhì)量效果。

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