BIM在綜合性市政工程設(shè)計階段中的應(yīng)用

章沛蓉 張雨杰

(成都市市政工程設(shè)計研究院，四川 成都 610023)

1 概述

建筑信息模型(Building Information Modeling, BIM)技術(shù)是時下建筑行業(yè)信息化的一大熱點課題。這一技術(shù)最早在1975年被美國喬治亞理工大學(xué)Chuck Eastman教授所提出[1]，在2010年后，隨著理論的發(fā)展、生產(chǎn)軟件的研發(fā)、各國標(biāo)準(zhǔn)體系的建立，BIM技術(shù)在大型房屋建筑工程、公共構(gòu)筑物的應(yīng)用中得以推廣。在市政基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域，由于技術(shù)、應(yīng)用環(huán)境等多方面的原因， BIM應(yīng)用的深度和廣度與建筑工程領(lǐng)域則有較大的差距。

本文將對成都市草金路改造工程BIM應(yīng)用的應(yīng)用流程和主要應(yīng)用點進行梳理，對設(shè)計階段BIM應(yīng)用技術(shù)障礙進行總結(jié)，并對設(shè)計單位近期BIM推廣方向提出建議。

2 工程應(yīng)用總結(jié)

成都市草金路改造工程全長14.4 km，包含道路工程、橋梁工程、給排水工程、綜合管廊等工程。項目專業(yè)綜合性強，且地處城區(qū)，邊界條件復(fù)雜。

本項目設(shè)計階段應(yīng)用目標(biāo)確立為：通過BIM技術(shù)實現(xiàn)方案可視化應(yīng)用、碰撞檢查及設(shè)計優(yōu)化。參考《中國市政工程行業(yè)BIM實施指南(2015年版)》[2]制定了建模導(dǎo)則，擬定了模型交付要求，存儲規(guī)則，構(gòu)件級模型及專業(yè)主體模型的命名規(guī)則等要素。

本項目搭建了以高性能服務(wù)器為基礎(chǔ)的私有云平臺，高性能服務(wù)器能滿足圖形計算、網(wǎng)絡(luò)、多平臺模型瀏覽及查看的功能需求，同時也能實現(xiàn)文件級的模型共享及整合。

各主要專業(yè)實施的建模技術(shù)路線為：

1)現(xiàn)狀管線模型：通過管探數(shù)據(jù)接口的二次開發(fā)，實現(xiàn)管探數(shù)據(jù)直接導(dǎo)入GIS平臺及BIM模型整合平臺。完成現(xiàn)狀市政管線的準(zhǔn)確、自動化的建模。

2)道路模型：通過鴻業(yè)路立得BIM軟件，參數(shù)化完成道路平面、縱斷面、橫斷面和交叉口的設(shè)計及建模，模型通過FBX格式文件導(dǎo)出。

3)管線模型：采用了鴻業(yè)管立得BIM軟件，可通過CAD二次開發(fā)實現(xiàn)二維設(shè)計成果轉(zhuǎn)換為Revit模型文件，在Revit中完善管線模型。

4)綜合管廊模型：采用杰圖綜合管廊設(shè)計軟件進行設(shè)計，通過二次開發(fā)接口導(dǎo)入至Revit中，在Revit中進行管廊節(jié)點的深化設(shè)計，完成最終管廊模型。

5)橋梁模型：本次橋梁建模的主要步驟為：利用Civil 3D提取橋梁平縱橫線型數(shù)據(jù)，生成CSV數(shù)據(jù)表格，利用Revit建立橋梁上下部結(jié)構(gòu)可拆分的構(gòu)件族庫，編輯Dynamo腳本，實現(xiàn)全橋建模。

6)地鐵、支護樁等結(jié)構(gòu)建模：通過參考CAD圖紙在Revit中完成模型搭建。

各專業(yè)模型搭建完成后，在Navisworks進行模型整合，在整合之后進行技術(shù)應(yīng)用(見圖1)。

本次設(shè)計階段BIM主要有三大應(yīng)用點：

1)方案階段可視化優(yōu)化設(shè)計。本次設(shè)計通過不同的BIM可視化方案進行了方案論證、拆遷分析和交通分析。方案階段的跨專業(yè)方案設(shè)計效率得到了較大的提升，在跨部門之間的方案評審會議中，通過BIM可視化技術(shù)讓項目各參與方能從宏觀和微觀層面全方面理解不同方案，更加高效地進行方案探討和比選，大幅度提升了項目決策的科學(xué)性和效率。

2)碰撞檢查。在本次項目中，基于BIM三維設(shè)計，在設(shè)計過程中對不同專業(yè)三維模型中進行碰撞檢測，形成反映結(jié)構(gòu)之間物理沖突的“硬碰撞”報告和反映不滿足設(shè)計規(guī)范、不滿足設(shè)計、施工、使用階段要求的“軟碰撞”報告。本次項目中共發(fā)現(xiàn)87處由于專業(yè)不協(xié)調(diào)而需進行優(yōu)化的地方，設(shè)計人員根據(jù)碰撞檢查報告快速實現(xiàn)施工圖設(shè)計的調(diào)整。碰撞檢查不僅使得方案調(diào)整的效率得以提升，也能充分保證設(shè)計質(zhì)量，從而減少由于設(shè)計環(huán)節(jié)的問題所導(dǎo)致的變更和項目成本(見圖2)。

3)設(shè)計優(yōu)化。BIM設(shè)計由于其可視化的特點，在設(shè)計優(yōu)化方面有著突出的優(yōu)勢。本次項目中，比較典型的案例是：在常規(guī)的綜合管廊出線井設(shè)計中，二維圖紙很難表現(xiàn)各管線出線位置關(guān)系，設(shè)計趨于保守，容易造成地下空間浪費，而在地下空間復(fù)雜的區(qū)域，并不允許設(shè)置較大空間的出線井。通過本次的BIM設(shè)計，設(shè)計人員能在出線工藝設(shè)計時有據(jù)可依，大量地節(jié)省地下空間資源，并為其他管線布置創(chuàng)造出有利條件。

除此之外，本次項目還應(yīng)用BIM對橋梁擋墻段設(shè)計、淺埋微型管廊高程、交叉口道路邊坡等設(shè)計要素進行優(yōu)化。

3 市政工程BIM設(shè)計階段難點探討

本次項目的BIM應(yīng)用取得了一定的效益，但較完全發(fā)揮信息模型在設(shè)計階段的作用還有較大的距離。我們根據(jù)本項目的實踐總結(jié)了現(xiàn)階段市政設(shè)計單位BIM應(yīng)用技術(shù)層面存在的突出問題。

3.1 工作效率不高

目前常規(guī)的市政工程BIM模型設(shè)計，設(shè)計單位通常先進行二維CAD圖紙設(shè)計，后以三維BIM“翻模”的工作形式完成。這樣的工作模式讓BIM應(yīng)用變得低效。再加之現(xiàn)階段國外主流的幾大BIM平臺軟件由于軟件自身缺陷、本土化不足，軟件難以滿足現(xiàn)階段的設(shè)計需求。特別是對于LOD等級要求較高的BIM模型，現(xiàn)階段難以高效地完成模型的搭建。同時，也難以實現(xiàn)通過BIM直接地提升設(shè)計效率。

3.2 多個應(yīng)用點難以實現(xiàn)

根據(jù)相關(guān)文獻資料[3]，行業(yè)提出了BIM具有全生命周期應(yīng)用的價值。單論設(shè)計階段，有“二維出圖”“工程量統(tǒng)計”“性能分析”等多個應(yīng)用點。但在工程實踐中，實現(xiàn)上述應(yīng)用點有一定難度。對于“工程量統(tǒng)計”，精準(zhǔn)的工程量統(tǒng)計要求較高LOD等級的建模，算量效率遠遠低于傳統(tǒng)的二維圖紙算量手段；“性能分析”：由于數(shù)據(jù)交互的問題，現(xiàn)階段市政基礎(chǔ)設(shè)施所需的災(zāi)害分析、人流疏散分析、有限元分析等應(yīng)用模型直接完成存在著一定的困難。

3.3 專業(yè)間實時協(xié)同困難

BIM應(yīng)用一大亮點是實現(xiàn)專業(yè)間實時協(xié)同。若能實現(xiàn)實時協(xié)調(diào)，跨專業(yè)的設(shè)計將更為直觀、有效。在Autodesk平臺，建筑工程的建筑、結(jié)構(gòu)、機電等模型可通過“工作集”的方式進行協(xié)同，而市政工程BIM涉及多個設(shè)計軟件，難以用此方式進行實時協(xié)同。對于Bentley平臺，要實現(xiàn)模型級的實時協(xié)同需搭建協(xié)同管理平臺，同時所有模型需應(yīng)用該平臺軟件搭建。因此，就目前應(yīng)用條件而言，大部分設(shè)計單位的專業(yè)間實時協(xié)同存在一定的困難。

3.4 信息集成困難

信息集成是BIM最為核心的環(huán)節(jié)，通過對模型屬性信息的有機整合，形成一套建筑信息庫，從而對構(gòu)筑物全生命周期信息進行有機的管理。而到目前為止，國內(nèi)和國外面向市政各專業(yè)的信息編碼標(biāo)準(zhǔn)、信息交互標(biāo)準(zhǔn)都還沒有落地，配套軟件也未定制開發(fā)相應(yīng)的編碼模塊。各單位現(xiàn)階段主要根據(jù)項目需求進行構(gòu)件拆分和編碼。同時，在市政工程設(shè)計階段，項目各方較為關(guān)注的是道路、橋梁等專業(yè)的設(shè)計參數(shù)，在面向?qū)ο蟮木幋a規(guī)則中，往往很難對此類參數(shù)進行表達。因此，現(xiàn)階段市政工程BIM應(yīng)用中信息集成并不理想。

以上的難點分析從技術(shù)層面解釋了現(xiàn)階段BIM應(yīng)用難以產(chǎn)生突出效益的原因。若BIM應(yīng)用產(chǎn)生效益不明顯且業(yè)主單位不對BIM設(shè)計另行計費，設(shè)計單位很難積極有效地去推廣BIM應(yīng)用。

所以，現(xiàn)階段設(shè)計單位很難在市政項目中全面、深度地應(yīng)用BIM技術(shù)，但在部分領(lǐng)域卻可應(yīng)用BIM技術(shù)提質(zhì)增效。如，將BIM應(yīng)用于城市地下空間綜合設(shè)計，BIM將發(fā)揮其可視化、沖突檢查等優(yōu)勢為地下空間三維設(shè)計提供良好的技術(shù)支撐；又如，在項目前期方案階段，可將BIM與交通分析數(shù)據(jù)相結(jié)合，可實現(xiàn)可視化的交通仿真，真實地模擬出城市道路改造前后的交通運行狀況；除此之外，設(shè)計單位還可以BIM數(shù)據(jù)為紐帶，實現(xiàn)以數(shù)據(jù)模型為中心的全生命周期應(yīng)用。通過實現(xiàn)“基于BIM的全過程咨詢服務(wù)”來拓展BIM的應(yīng)用價值。

4 結(jié)語

相較于房屋建筑工程，國內(nèi)市政工程的BIM發(fā)展較為滯后，綜合性市政工程BIM深度應(yīng)用的案例還較少。本文以設(shè)計單位的視角從技術(shù)層面對BIM推廣問題進行了探討。

首先，本文以成都市草金路改造項目BIM應(yīng)用案例為例，對主要技術(shù)路線進行了論述，對本項目進行了技術(shù)總結(jié)。之后，本文分析了現(xiàn)階段BIM在綜合性市政工程項目深度不足的幾大原因：分別為“建模效率不高”“多個應(yīng)用點難以實現(xiàn)”“專業(yè)間實時協(xié)同困難”和“信息集成困難”。本文以期為市政類設(shè)計單位BIM應(yīng)用推廣工作提供參考。