基于BIM協(xié)同平臺的海灣整治工程設計管理實踐

吳堅如，王 慧，李珊珊

(中交廣州水運工程設計研究院有限公司，廣東 廣州510220)

海灣整治工程是近年來的新興產(chǎn)業(yè)，也是水運行業(yè)企業(yè)面臨轉(zhuǎn)型的發(fā)展方向之一。不同于傳統(tǒng)水工設計，海灣整治工程設計不僅要考慮地質(zhì)、水文等條件，還要考慮地形、環(huán)境、人文、綠化等因素，基本沒有定型設計。海灣整治工程最大的特點是專業(yè)種類多、地形復雜，涉及水工、巖土、測量、建筑、結(jié)構(gòu)、橋梁、園林綠化、環(huán)保、電氣、給排水等多專業(yè)，導致圖紙量巨大、交叉面多、設計人員工作量大；而海灣整治工程是因地制宜的工程，復雜地形和測量盲點也帶來了設計的困難。

近些年，國內(nèi)BIM技術(shù)在房建領域應用較為廣泛，但在海灣整治工程項目中的應用卻相對滯后，缺乏相關(guān)規(guī)范。特別是在設計階段，BIM應用大多只能實現(xiàn)其可視化的價值[1-5]。

本文通過對海灣整治工程項目特點的研究與分析，結(jié)合BIM技術(shù)信息化、協(xié)同性的優(yōu)勢，在設計過程中建立BIM協(xié)同設計平臺，對BIM技術(shù)在海灣整治工程設計管理中的應用進行總結(jié)，使其真正成為優(yōu)化設計的有效手段，對BIM技術(shù)在海灣整治工程設計上的應用具有指導意義。

1 工程及BIM技術(shù)應用概況

1.1 工程概況

南澳島位于廣東省汕頭市東部海域，地處北緯 23°11′～23°32′、東經(jīng) 116°53′～117°19′，西距澄海萊蕪7.6 km，距汕頭市區(qū) 20.9 km，距香港 314.5 km，東距福建省東山島25.2 km，距廈門市 143.7 km，距臺灣省高雄市 299.7 km，北距饒平縣海山島5.9 km。項目地理位置 如圖1所示。

圖1 南澳島地理位置

汕頭市南澳島藍色海灣整治行動項目中的金澳灣整治修復項目主要建設工程及規(guī)模為：觀海棧道1 900 m、景觀平臺8個、景觀亭2個、海絲文化廣場5 522 m2、生態(tài)廊道修復工程約3萬m2、管理用房1座110 m2、公共衛(wèi)生間1座48 m2，以及水電、監(jiān)控和環(huán)保等配套設施工程。

1.2 BIM技術(shù)應用概況

針對工程的重點和難點，利用BIM技術(shù)可視化的優(yōu)勢輔助設計與選型，并建立項目的協(xié)同管理平臺，使參建各方充分協(xié)作，對項目實施過程中的數(shù)據(jù)進行采集與管理。

采用Autodesk Revit平臺進行各專業(yè)BIM模型創(chuàng)建。通過流程制定、工作標準化等工作輔助設計管理。項目BIM軟件配置見表1。

表1 項目BIM軟件配置

2 BIM協(xié)同設計平臺部署

2.1 平臺概述

為使設計團隊能快速溝通與協(xié)同，實現(xiàn)設計管理信息化、標準化、精細化，提升設計成果質(zhì)量，項目在實施前期建立并應用基于BIM的信息共享和協(xié)同平臺。

項目BIM協(xié)同設計平臺主要應用方向為：人員協(xié)同、文檔協(xié)同、模型協(xié)同、業(yè)務協(xié)同，即三維設計成果的可視化瀏覽、設計信息的集中管理、設計問題的跟蹤解決和業(yè)務流程的協(xié)同執(zhí)行。

2.2 平臺部署及架構(gòu)

項目部署的協(xié)同平臺分為客戶端、業(yè)務端、引擎端和數(shù)據(jù)端。各專業(yè)設計人員通過客戶端在業(yè)務端口開展協(xié)同設計工作，并上傳設計模型成果，平臺通過模型和信息引擎記錄項目實施數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行整理與優(yōu)化，將設計過程的信息加以保留。協(xié)同平臺架構(gòu)見圖2。

圖2 協(xié)同平臺架構(gòu)

項目在云端存儲和管理設計過程中的文檔、圖紙、模型等所有項目數(shù)據(jù)，按組織、專業(yè)、信息類型等不同維度創(chuàng)建文檔目錄，進行分類管理。此外，還將各類設計管理流程預先設置到協(xié)同平臺中，參建各方可按照預設流程進行文件簽審、設計協(xié)調(diào)、問題處理、圖紙報批等工作流的創(chuàng)建與管理并追蹤落實。所有流程及發(fā)生文件均歸檔保存。

2.3 基于平臺的設計策劃

根據(jù)協(xié)同平臺部署的設計管控要點，項目在BIM實施初期制定了《設計及BIM管理標準》，確保模型和信息在設計不同階段的傳遞，并且確保模型在后期有良好的應用。

為了更好地使方案得到執(zhí)行，讓設計團隊了解各自工作的成果和時間要求，將BIM標準內(nèi)置到BIM協(xié)同平臺，針對不同設計階段對模型提出不同的精度要求，明確各階段建模內(nèi)容、深度、交付時間和要求。

項目還建立了包含出圖要求的標準化設計BIM構(gòu)件庫，將常用設計元素以Revit族的形式上傳至協(xié)同平臺。設計人員在設計過程中可直接使用協(xié)同平臺的族進行設計，提升設計效率并輔助出圖。

3 基于協(xié)同平臺的設計管控實踐

3.1 踏勘地理信息系統(tǒng)(GIS)模型共享

針對項目特點，在設計前期采用無人機傾斜攝影技術(shù)捕獲現(xiàn)場情況，自動生成三維實景GIS模型(圖3)，再上傳至協(xié)同平臺。設計人員可隨時隨地在網(wǎng)頁端登錄瀏覽模型，了解場地狀況，輔助設計方案選型，節(jié)省了現(xiàn)場勘查的時間和人力成本。

圖3 GIS模型轉(zhuǎn)化高程模型

傾斜攝影形成的模型為點云實體模型，導出數(shù)字線劃圖(DLG)與數(shù)字高程模型，以作為設計地形復核及地形設計模型建立的基礎。

3.2 多專業(yè)協(xié)同設計

在設計階段，項目利用BIM技術(shù)輔助設計，對地形、市政管線、景觀等專業(yè)直接利用模型出圖，其他專業(yè)按圖紙建立BIM模型并輔助圖紙審查工作。采用分專業(yè)、分區(qū)域建模的方法(圖4)，依據(jù)施工圖紙進行工作區(qū)域劃分。BIM模型共7個分區(qū)，按照地表、植被、景觀、機電、看臺等區(qū)域進行詳細的劃分，并定期對各個模型進行輕量化整合，使其在滿足模型劃分和文件大小的同時，方便各專業(yè)的使用[6-7]。在項目實施過程中，BIM模型與二維圖紙同步，確保能通過模型檢查出設計缺陷。

圖4 分專業(yè)BIM設計模型

3.3 基于協(xié)同平臺的設計優(yōu)化

在傳統(tǒng)的二維設計中，很多的設計問題是由于信息不對等或者溝通不及時造成的，例如各專業(yè)用的底圖不一致等。

設計過程中使用設計協(xié)同平臺后，各專業(yè)可將模型成果上傳至平臺，并自動整合。所有專業(yè)設計人員均可登陸至云平臺，對整合模型進行瀏覽，利用三維可視化輔助圖紙問題會審。期間發(fā)現(xiàn)的問題可及時保存并在云平臺中進行溝通，同時也可創(chuàng)建流程，落實責任人限期協(xié)調(diào)整改。多專業(yè)問題協(xié)調(diào)的界面如圖5所示。

圖5 基于協(xié)同平臺的多專業(yè)問題協(xié)調(diào)

將設計問題通過手機端推送至責任人，實時進行問題追蹤，利于協(xié)同設計。協(xié)同平臺的應用，解決了因傳統(tǒng)二維圖紙溝通不及時而產(chǎn)生的錯漏碰缺。同時還將設計期間的問題進行統(tǒng)計，分析海灣整治工程易出現(xiàn)的設計問題，將問題以顯性知識的形式保存，為后期同類項目實施提供經(jīng)驗。

3.4 模型信息分析

設計團隊定期將各自的設計成果輕量化模型上傳至協(xié)同平臺，項目管理人員可通過協(xié)同平臺瀏覽各專業(yè)的輕量化模型，并從輕量化模型提取所需設計信息。

項目設計管理人員利用平臺提取并統(tǒng)計BIM模型中的各類信息，輔助設計階段對工程量、成本等信息的篩選、分析、可視化展示，優(yōu)化設計方案。

3.5 設計信息管理

項目在協(xié)同平臺啟動應用前，按照文檔類型、專業(yè)、部位提前設定好文件的組織架構(gòu)，以方便對設計過程文檔的版本管理與查找。

設計過程中，不同專業(yè)設計人員將過程設計文檔按照文件組織架構(gòu)要求存儲于平臺上，使平臺成為項目所有人員最新項目信息的統(tǒng)一來源。同時管理人員按具體需求建立文檔結(jié)構(gòu)和對應的管理職責與權(quán)限，只有得到授權(quán)的用戶才可以查看到某個指定的信息。

信息源的統(tǒng)一結(jié)合模型的實時協(xié)同，避免了潛在因不同專業(yè)圖紙版本不一致或溝通滯后而產(chǎn)生的設計問題。

3.6 設計流程管控

根據(jù)企業(yè)和業(yè)主要求，提前將主要設計管控流程預設至平臺中，并要求各專業(yè)設計人員通過協(xié)同平臺進行設計流程管理。管理人員在平臺上發(fā)起某項任務，指定相關(guān)人員執(zhí)行，并追蹤任務的執(zhí)行狀態(tài)。

例如項目提前梳理各專業(yè)間的接口確認提取資料順序和時間節(jié)點，把提取資料流程預設在協(xié)同平臺中，并設置責任人，在前置專業(yè)完成對應部位設計后，設計負責人在預設流程中將平臺中對應的文檔和模型流轉(zhuǎn)至下一個專業(yè)，下一個專業(yè)負責人根據(jù)對應節(jié)點的流程和專業(yè)接口，進行確認與復核并完成對應部位設計。

應用協(xié)同平臺進行設計流程管理，實現(xiàn)設計過程中任務管理、協(xié)同工作、進展跟蹤、事件追溯，并將工作事項與對應文檔建立關(guān)聯(lián)，加快了設計問題處理的速度，并留下可追溯的事件處理信息。

4 其他設計管控措施

4.1 環(huán)境分析

設計過程中項目管理人員定期將BIM模型導入至Infraworks，通過錄入水量，并結(jié)合設計、天氣等參數(shù)，對項目流體進行模擬。同時，將設計模型數(shù)據(jù)融合到實景模型中進行設計參照和在真實環(huán)境中的光照、洪流分析。圖6是應用Infraworks對降雨量影響分析的界面。

圖6 應用Infraworks對降雨量分析

4.2 可視化輔助設計選型及空間驗證

將全部模型通過輕量化匯總，并進行渲染與漫游，提升 BIM 模型的可視化性能，使各分項模型在同一平臺中展現(xiàn)，方便項目各團隊的景觀設計決策。同時應用渲染軟件渲染全景效果圖，上傳至應用云平臺并生成虛擬現(xiàn)實模型，設計人員可在虛擬現(xiàn)實模型中進行漫游，模擬真實觀感，輔助空間驗證及選型，如圖7所示。

圖7 BIM輔助空間驗證

5 基于平臺的設計管理數(shù)據(jù)庫建設

5.1 設計管理數(shù)據(jù)庫建設

通過不同專業(yè)在協(xié)同平臺的聯(lián)動應用，設計成果實時共享，協(xié)同項目信息溝通，項目形成了整個設計過程中可追溯的過程信息數(shù)據(jù)。同時項目在協(xié)同平臺中建立了項目構(gòu)件庫，使設計人員在設計過程中可直接使用平臺的構(gòu)件進行模型建立與出圖，提升設計效率[8-10]。

通過協(xié)同平臺對項目信息的統(tǒng)一組織、管理、積累，使協(xié)同平臺成為項目數(shù)據(jù)庫的載體。以項目為基本單位，將設計管理經(jīng)驗加以整理，并有序化、系統(tǒng)化、格式化存入，形成設計管理過程中各項控制點可追溯的數(shù)據(jù)庫，為后期同類項目設計管理的各項決策提供依據(jù)。不同項目按照這樣的管理方式，可不斷豐富設計過程信息，可形成一個企業(yè)級設計管理數(shù)據(jù)庫，為企業(yè)決策提供依據(jù)。

5.2 平臺數(shù)據(jù)管理

為確保平臺使用過程中的數(shù)據(jù)可查及儲存安全，設置操作日志，用于實現(xiàn)項目級層面文檔、任務、模型等內(nèi)容的動態(tài)操作全程留痕。通過創(chuàng)建不同項目、增添員工、設置對應權(quán)限等企業(yè)級操作，以及后臺系統(tǒng)級操作的動態(tài)記錄，確保平臺數(shù)據(jù)應用的安全性。

6 結(jié)語

1)應用無人機傾斜攝影技術(shù)生成三維實景GIS模型上傳至協(xié)同平臺，為設計人員進行場地分析和總體方案設計提供依據(jù)，節(jié)省了現(xiàn)場勘查的時間和人力成本。

2)基于協(xié)同平臺，設計階段可進行圖紙審查、多專業(yè)會審、綜合協(xié)調(diào)、設計優(yōu)化和設計流程管理，大幅提高了設計效率和質(zhì)量。

3)利用BIM技術(shù)可視化的特點，在設計中融入工程周圍環(huán)境，并進行渲染，可直觀反應設計成果與環(huán)境的協(xié)調(diào)性和輔助空間驗證和選型。

4)基于協(xié)同平臺建立了設計管理數(shù)據(jù)庫，可在該項目完成后對設計過程中各節(jié)點的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和分析，為后期同類項目設計管理的各項決策提供依據(jù)。

5)該項目的BIM協(xié)同平臺的設計管理經(jīng)驗亦可用于類似具有專業(yè)種類多、需因地制宜、無定型設計的項目，可在一定程度上打破傳統(tǒng)設計的局限性。