BIM 在大連灣海底隧道工程復(fù)雜工藝中的應(yīng)用

劉建，姜南岸

（中交一航局第三工程有限公司，遼寧 大連 116001）

1 早期可視化技術(shù)應(yīng)用

電腦輔助繪圖技術(shù)（CAD）的應(yīng)用推廣，將施工單位帶入數(shù)字化制圖階段。而后輔助現(xiàn)場施工的相關(guān)數(shù)字化應(yīng)用則一直停留在二維階段，使用最為廣泛的當(dāng)屬演示文稿（PPT），將枯燥、繁瑣的文字方案轉(zhuǎn)為圖形、動(dòng)畫進(jìn)行演示。在20 世紀(jì)90 年代工程行業(yè)可視化應(yīng)用較為初級(jí)，施工人員基本能做到統(tǒng)籌兼顧，獨(dú)立完成各類方案比選與工藝匯報(bào)相關(guān)可視化應(yīng)用。

2 應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著時(shí)代不斷發(fā)展，工程周期越來越短，結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，常規(guī)方式已無法全面準(zhǔn)確地滿足項(xiàng)目中的各項(xiàng)需求，BIM 營運(yùn)而生。BIM 的出現(xiàn)帶來了一場技術(shù)革命，然而在技術(shù)應(yīng)用過程中問題也依然存在：BIM 軟件眾多，操作較為復(fù)雜，傳統(tǒng)施工人員再無更多精力掌握BIM 技術(shù)用于指導(dǎo)施工，即使決策層大力推廣，依然未解決相應(yīng)問題。通過對(duì)多個(gè)項(xiàng)目的調(diào)查，BIM 建模與應(yīng)用相關(guān)工作往往交由缺乏施工經(jīng)驗(yàn)的應(yīng)屆大學(xué)生完成，亦或是直接BIM 外包，從而導(dǎo)致BIM 與施工的脫節(jié)，綜合性人才的缺乏是絕大多數(shù)施工單位使用BIM 面臨的問題。

作為一種可視化手段，BIM 最終目的是將匯報(bào)人的想法以最為直觀、形象的形式，準(zhǔn)確、高效地傳遞至方案審核人的腦中，最終信息傳遞質(zhì)量的好壞直接決定了這項(xiàng)技術(shù)的實(shí)用性[1]。經(jīng)過實(shí)踐，采用固定BIM 解決方案（單一平臺(tái)如歐特克BIM 套包）的可視化應(yīng)用，尤其在復(fù)雜工藝下，往往事倍功半[2]。考慮到以上問題，若以BIM 為拓展手段，將多領(lǐng)域、多專業(yè)成熟技術(shù)融合，針對(duì)施工階段不同的應(yīng)用需求，靈活選用不同手段解決問題，以最小投入高質(zhì)量完成相關(guān)分析，在不同維度為施工決策提供助力。

3 項(xiàng)目實(shí)踐

3.1 平面方式解決方案

目前使用最廣泛的方式就是利用演示文稿（PPT）的動(dòng)畫功能進(jìn)行各類工藝流程演示，通過對(duì)演示文稿上的各類圖片賦予簡單的顯隱動(dòng)畫，并在重點(diǎn)部位增添強(qiáng)調(diào)文字與文本框等，其特點(diǎn)是上手快，制作周期短，幾乎成為施工技術(shù)人員的必備技能，在簡單工藝情況下經(jīng)常被采用。

本項(xiàng)目干塢雙塢室沉管預(yù)制工序流程比較復(fù)雜，雖然也采用了此方式進(jìn)行表達(dá)，但后期圖片堆疊過于嚴(yán)重，動(dòng)畫邏輯調(diào)整也繁瑣枯燥[3]。對(duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行改良，針對(duì)復(fù)雜且三維化依賴不高的應(yīng)用需求，引用PS 加EDIUS 的平面解決方案，通過PS 強(qiáng)大的圖層創(chuàng)建、編輯、修改、整理功能，將不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)的形象進(jìn)度統(tǒng)一整理。在沉管安裝進(jìn)度演示中，通過此方式將南北岸不同施工階段、沉管預(yù)制情況進(jìn)行18 個(gè)月進(jìn)度演示，較好地完成了相關(guān)應(yīng)用。

3.2 準(zhǔn)BIM 方式解決方案

針對(duì)復(fù)雜工藝，采用BIM 固有解決方案對(duì)干塢底板施工、主線炸礁施工、北岸施工等整體施工方案進(jìn)行進(jìn)度推演。干塢底板施工異常復(fù)雜，常規(guī)方式無法合理、科學(xué)、有效地對(duì)施工進(jìn)度進(jìn)行推演。為了能準(zhǔn)確把握施工細(xì)節(jié)，按天詳細(xì)編排進(jìn)度計(jì)劃，按工段劃分模型，直觀形象地進(jìn)行推演說明。經(jīng)過討論發(fā)現(xiàn)多處生產(chǎn)與技術(shù)方面的問題，并提出了相應(yīng)的調(diào)整解決方案。北岸施工在進(jìn)度模擬的基礎(chǔ)上，增加船機(jī)設(shè)備的布置模擬，發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)開挖船機(jī)配置不合理，塢口南側(cè)設(shè)備工作面狹窄，斜坡段通道開挖不經(jīng)濟(jì)等諸多問題，見圖1。

圖1 北岸進(jìn)度推演Fig.1 North bank progress deduction

BIM 進(jìn)度推演需要有準(zhǔn)確的模型和詳細(xì)的計(jì)劃，與常規(guī)進(jìn)度匯報(bào)相比較，需要做更多的準(zhǔn)備工作。首先在施工結(jié)構(gòu)建模的過程中，要求施工人員熟悉圖紙；在計(jì)劃編制中，要求施工人員對(duì)于工序間的前后邏輯關(guān)系把控嚴(yán)格，對(duì)于每個(gè)部件的施工時(shí)間進(jìn)行合理安排。通過BIM 進(jìn)度推演，促使施工人員挖掘施工項(xiàng)目隱藏的各類風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，從而大大提高進(jìn)度管理水平[4]。

由于項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃的信息不足（回填施工方向），各結(jié)構(gòu)模擬只能顯隱，缺少施工方向維度，這也是此方案不足之處。

3.3 動(dòng)畫方式解決方案

動(dòng)畫制作已經(jīng)成為BIM 外包市場主流的產(chǎn)品，通過視覺傳達(dá)專業(yè)手段，利用后期軟件增加炫酷效果強(qiáng)調(diào)施工中的關(guān)鍵、核心工藝，再通過剪輯手段增加配音，從而在多維度層級(jí)下把握內(nèi)容節(jié)奏，較好的將工程方案動(dòng)畫化。優(yōu)點(diǎn)在于逼真的渲染效果，多維度直觀展現(xiàn)；缺點(diǎn)在于視角單一，制作周期長，修改投入高，對(duì)于制作人員的能力要求也很高，使用方幾乎不可修改。

在浮塢門沉箱原位現(xiàn)澆與炸礁工藝交底過程中，從探索研究角度出發(fā)，大膽嘗試了多種方式自主實(shí)現(xiàn)應(yīng)用需求。在可視化方面，先后采用了CPU 與GPU 方式對(duì)BIM 模型動(dòng)畫進(jìn)行渲染編輯，經(jīng)測試，采用后者時(shí)效率得到大幅提升。在工藝方面，總工程師牽頭參與全程交底方案文稿制作，對(duì)制作過程中發(fā)現(xiàn)的技術(shù)問題及時(shí)調(diào)整，成稿后進(jìn)行交底討論，切實(shí)將BIM 應(yīng)用落地，取得了較好的效果，同時(shí)培養(yǎng)了多名綜合性人才?？梢暬坏兹鐖D2 所示。

圖2 可視化交底Fig.2 Visual handover

智能手機(jī)的普及與二維碼的廣泛應(yīng)用也催生出其他的相關(guān)應(yīng)用，利用720 全景技術(shù)制作的施工作業(yè)指導(dǎo)書也大大擴(kuò)展了“BIM+”應(yīng)用的范圍與深度，通過渲染制作各工序的全景圖片上傳至服務(wù)器，僅需用手機(jī)掃取二維碼即體驗(yàn)“偽VR”化的技術(shù)文件，大幅度增強(qiáng)直觀理解程度。

通過將實(shí)拍影像與虛擬BIM 模型進(jìn)行結(jié)合，在真實(shí)動(dòng)態(tài)環(huán)境中模擬項(xiàng)目建成后的情況，此技術(shù)利用虛擬拍攝計(jì)算實(shí)景鏡頭空間位置，反饋至BIM 軟件用同視角將模型與實(shí)景完美整合，巧妙且低成本地繞過傾斜攝影的實(shí)景技術(shù)，最終成果相似于混合現(xiàn)實(shí)表達(dá)，其大大擴(kuò)展了項(xiàng)目航拍后的相關(guān)成果應(yīng)用[5]，區(qū)別于實(shí)景效果圖，其較好地形成了項(xiàng)目BIM 結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)實(shí)景預(yù)覽，見圖3。

圖3 BIM+虛擬拍攝Fig.3 BIM+Virtual shooting

3.4 交互方式解決方案

考慮到上述解決方案的優(yōu)缺點(diǎn)，探索在交互層面深化應(yīng)用，以仿真模擬作為交互的思路與方向，謀求像電子游戲般自由度對(duì)工程各類進(jìn)度與工藝情況進(jìn)行推演與模擬，從而將現(xiàn)階段應(yīng)用提升至新的維度。本項(xiàng)目最終接頭施工結(jié)構(gòu)工藝流程眾多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，較適用于本項(xiàng)交互技術(shù)。

交互方式解決方案Ⅰ，BIM 模型與進(jìn)度計(jì)劃依然是本解決方案開展的前提，交互應(yīng)用軟件將計(jì)劃與模型的綁定也屬常規(guī)工作，核心在于根據(jù)施工方案文稿對(duì)模型賦予相應(yīng)的移動(dòng)方向、飛入次序、顯隱關(guān)系[6]，通過材質(zhì)區(qū)分鋼閘門、混凝土、海水、回填砂石等結(jié)構(gòu)和環(huán)境。在外部，能整體了解工序各階段情況；在艙內(nèi)，通過調(diào)整結(jié)構(gòu)透明程度清晰查看艙內(nèi)空間情況及各種設(shè)備的運(yùn)行情況。通過自定義時(shí)間軸將施工期任意時(shí)間“凍結(jié)”，無死角動(dòng)態(tài)瀏覽、編輯、查詢各類信息，真切地將設(shè)計(jì)與施工意圖進(jìn)行詮釋[7]。此解決方案可理解為準(zhǔn)BIM 解決方案的升級(jí)版，制作周期短，修改更為靈活，模擬自由度高，在外接VR設(shè)備后，仿真施工人員作業(yè)環(huán)境，可在工程、安全、質(zhì)量等多個(gè)方面開展應(yīng)用[8]，見圖4。

圖4 交互方式解決方案Ⅰ在最終接頭方案中應(yīng)用Fig.4 The application of interaction solution I in the final joint scheme

交互方式解決方案Ⅰ由于采用“直奔主題”的方式大大提高了方案匯報(bào)的效率與直觀性，但此模式更多通過可視化的方式承載施工信息，質(zhì)量要求、工藝細(xì)節(jié)控制及保障措施等都是通過匯報(bào)人口述方式完成，存在一定的歸檔總結(jié)局限性。針對(duì)以上缺陷不斷深化交互模式，在南岸陸域A段施工過程中，采用交互方式解決方案Ⅱ開展相關(guān)應(yīng)用實(shí)踐。

交互方式解決方案Ⅱ采用邏輯建議編程的方式，將各種視頻、表格、圖片以按鈕的方式按施工流程分級(jí)預(yù)設(shè)，使用者根據(jù)自身的需求選擇性地審閱，本方式極大地拓展了方案匯報(bào)或交底的信息量，可以將多個(gè)工序的各類信息進(jìn)行集成匯總，在成果總結(jié)方面也有著強(qiáng)大的應(yīng)用潛力。本項(xiàng)目南岸陸域施工過程中，選取施工工序最為繁雜的陸域A 段進(jìn)行交互式可視化交底的應(yīng)用實(shí)踐，交底內(nèi)容囊括了工藝流程中所有技術(shù)要點(diǎn)與質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到了較好的應(yīng)用效果，見圖5。

圖5 交互方式解決方案Ⅱ在南岸陸域A 段方案中應(yīng)用Fig.5 The application of interactive solution Ⅱin the south bank land area section A scheme

4 BIM 可視化應(yīng)用價(jià)值分析

對(duì)于項(xiàng)目不同的需求靈活采用不同的應(yīng)用技術(shù)，通過對(duì)上述4 種解決方案和與其相應(yīng)改良方式的使用對(duì)比后，對(duì)于其適用領(lǐng)域、優(yōu)缺點(diǎn)及項(xiàng)目中實(shí)際應(yīng)用等相關(guān)情況進(jìn)行分析，BIM 可視化應(yīng)用價(jià)值見表1。

表1 BIM 可視化應(yīng)用價(jià)值表Table 1 BIM visual application value

5 結(jié)語

通過多年來對(duì)于BIM 可視化技術(shù)的研究與實(shí)踐，不斷思考BIM 在項(xiàng)目上的應(yīng)用落地方式，在施工單位中，低門檻、零成本、高質(zhì)量的BIM 應(yīng)用必將成為未來一個(gè)時(shí)期的發(fā)展趨勢，針對(duì)項(xiàng)目不同需求，借助其它專業(yè)優(yōu)勢不斷改良落地，逐漸替代傳統(tǒng)方式的應(yīng)用與管理流程，最終得到更適合施工企業(yè)發(fā)展的方式。