基于BIM技術(shù)的建設(shè)工程報(bào)建及放線測量應(yīng)用研究

梁啟行，馬力

(廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510060)

1 引 言

深入推行建設(shè)工程項(xiàng)目審批制度改革是為貫徹落實(shí)黨中央、國務(wù)院關(guān)于深化“放管服”改革和優(yōu)化營商環(huán)境的部署要求，推動(dòng)政府職能由“管理型”向“服務(wù)型”轉(zhuǎn)變的重要舉措。作為全國首批開展工程建設(shè)項(xiàng)目審批制度改革的16試點(diǎn)地區(qū)之一，2018年廣州市率先發(fā)布《廣州市工程建設(shè)項(xiàng)目審批制度改革試點(diǎn)實(shí)施方案》，并按住建部《關(guān)于開展運(yùn)用BIM系統(tǒng)進(jìn)行工程建設(shè)項(xiàng)目報(bào)建并與“多規(guī)合一”管理平臺(tái)銜接試點(diǎn)工作》的要求，通過運(yùn)用BIM技術(shù)進(jìn)行工程建設(shè)項(xiàng)目電子化報(bào)建，提高項(xiàng)目報(bào)建審批數(shù)字化和信息化水平。隨著BIM技術(shù)應(yīng)用于建筑行業(yè)全生命周期中的各個(gè)階段，服務(wù)于建筑行業(yè)各階段的測量過程也必然引入BIM技術(shù)[1]，傳統(tǒng)的測量方法與技術(shù)已經(jīng)無法滿足審批改革背景下的規(guī)劃建設(shè)領(lǐng)域信息化、數(shù)字化、智能化要求。目前，BIM技術(shù)的研究與應(yīng)用主要為BIM與GIS數(shù)據(jù)集成、三維數(shù)字城市精明建模、三維規(guī)劃輔助決策、城市空間信息共享平臺(tái)、竣工驗(yàn)收測量等方面。本文基于BIM技術(shù)開展建設(shè)工程報(bào)建及測量服務(wù)的應(yīng)用研究，其本質(zhì)就是通過新技術(shù)融合提升項(xiàng)目效率和成果應(yīng)用水平，為智慧城市建設(shè)奠定基礎(chǔ)，優(yōu)化城市管理各領(lǐng)域業(yè)務(wù)，提升城市整體運(yùn)營管理水平。

2 BIM三維模型工程報(bào)建

BIM(Building Information Modeling，建筑信息模型)作為一項(xiàng)新的建筑業(yè)信息技術(shù)，隨著我國建筑工業(yè)化和綠色建筑的推進(jìn)已逐步在建筑工程領(lǐng)域普及推廣[2]。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 51212-2016)》的術(shù)語定義，BIM是在建設(shè)工程及設(shè)施全生命期內(nèi)，對其物理和功能特性進(jìn)行數(shù)字化表達(dá)，并依此設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營的過程和結(jié)果的總稱。在設(shè)計(jì)階段，利用BIM技術(shù)可以開展建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備等專業(yè)的協(xié)同工作，方便設(shè)計(jì)人員實(shí)時(shí)觀察和變更構(gòu)件的數(shù)據(jù)信息，有效地克服了CAD多次改圖的弊端；在施工階段，通過對建筑結(jié)構(gòu)的三維模擬方式，對施工過程進(jìn)行監(jiān)管，提高工程施工的質(zhì)量和效率；在運(yùn)營階段，運(yùn)用BIM技術(shù)既可以了解設(shè)備的運(yùn)行狀況，又可以進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，為工作人員的后期檢修提供數(shù)據(jù)支持。

工程項(xiàng)目的順利開展同樣離不開測繪工作，如能有效地在測繪工作運(yùn)用BIM技術(shù)提高測量的精準(zhǔn)度，不僅能為后期工作開展提供數(shù)據(jù)參考，更能對工程整體的質(zhì)量起到積極的作用，從而達(dá)到優(yōu)化流程、控制質(zhì)量、簡化管理的目的。BIM以三維數(shù)字技術(shù)為依托，通過將工程項(xiàng)目所包含的各類相關(guān)信息進(jìn)行集成處理，形成共享的信息數(shù)據(jù)庫。BIM可通過提供建筑物的幾何以及非幾何信息，突破傳統(tǒng)GIS數(shù)據(jù)僅有建筑物外部信息的局限，將城市信息拓展到建筑物內(nèi)部，幫助城市管理在可視化環(huán)境中結(jié)合管理需求進(jìn)行信息的聯(lián)動(dòng)分析、預(yù)警和決策，更好地滿足城市運(yùn)行、管理與服務(wù)的自動(dòng)化、智能化需求。

城市規(guī)劃信息化系統(tǒng)在國內(nèi)一線城市的應(yīng)用已趨成熟，同時(shí)功能豐富的商業(yè)化軟件使全行業(yè)初步達(dá)到了圖形數(shù)據(jù)管理數(shù)字化。然而在建設(shè)工程報(bào)建審批中，現(xiàn)有使用的報(bào)建軟件大多數(shù)都是依托CAD平臺(tái)的二維審批系統(tǒng)，主要存在以下不足：①應(yīng)用功能單一，以可視化功能為主，計(jì)算、分析和核查等功能并不完善，缺乏全生命周期管理；②多源數(shù)據(jù)融合程度低，屬性信息、空間信息、三維模型等之間的關(guān)聯(lián)度不夠，無法實(shí)現(xiàn)協(xié)同作業(yè)；③模型精度不夠，缺乏大范圍、高精度、多細(xì)節(jié)層次的復(fù)雜建筑幾何體支持?；贐IM的數(shù)字三維模型使得人們對城市景觀設(shè)計(jì)和規(guī)劃管理擺脫了二維地圖和三維實(shí)物模型的表現(xiàn)方式，取而代之以計(jì)算機(jī)輔助的三維立體表現(xiàn)形式[3]，通過BIM軟件利用基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、傾斜影像、點(diǎn)云、遙感影像等多源數(shù)據(jù)構(gòu)建數(shù)字三維模型，實(shí)現(xiàn)規(guī)劃審批信息化、數(shù)字化、智能化[4～6]。

圖1 BIM模型工程報(bào)建示意圖

規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，通過BIM技術(shù)對測量設(shè)計(jì)方案進(jìn)行三維立體參數(shù)化建模，參數(shù)的傳遞將設(shè)計(jì)方案形象地展現(xiàn)給投資方，根據(jù)參數(shù)化的三維BIM模型科學(xué)規(guī)劃測量方案，給投資方提供更加科學(xué)的測量方案。參數(shù)化的模型完善、變化，可以為施工組織單位提供完善的測量施工方案。在工程設(shè)計(jì)期間，施工單位主要是依賴二維圖紙，工作煩瑣，而且對施工組織人員識(shí)圖能力很高的要求。從現(xiàn)實(shí)測量數(shù)據(jù)到模型的參數(shù)，便于施工方案共同完成、優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。同時(shí)三維BIM模型建立的平臺(tái)系統(tǒng)，為設(shè)計(jì)院、業(yè)主與施工方提供一個(gè)互動(dòng)式的平臺(tái)，利用BIM建模技術(shù)在設(shè)計(jì)階段形成精度較低(LOD100、LOD200)的BIM模型。

工程報(bào)建階段，通過BIM模型與三維GIS的無縫整合，將該建設(shè)項(xiàng)目的BIM數(shù)據(jù)集成在三維場景中，并與地形數(shù)據(jù)、三維城市模型數(shù)據(jù)、土地利用規(guī)劃數(shù)據(jù)、土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)等相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行無縫集成與三維可視化表達(dá)BIM[7～9]。然后從BIM模型中過濾出來的三維模型幾何數(shù)據(jù)，并通過WCF發(fā)布屬性數(shù)據(jù)查詢服務(wù)。通過利用BIM模型數(shù)據(jù)的工程文件下各部件具有唯一標(biāo)志ID的約束特性，系統(tǒng)將三維模型與該標(biāo)志ID名進(jìn)行映射，將BIM部件三維模型與其對應(yīng)屬性進(jìn)行關(guān)聯(lián)，從而完成導(dǎo)出后的BIM模型的幾何與語義互操作，達(dá)到BIM模型部分的屬性查詢。通過上述幾何與屬性信息的過濾、導(dǎo)出及關(guān)聯(lián)，建筑設(shè)計(jì)BIM模型數(shù)據(jù)便可以在三維GIS中使用[10～12]。

圖2 廣州融創(chuàng)茂BIM模型

根據(jù)《建筑工程建筑面積計(jì)算規(guī)范》和《廣州市規(guī)劃管理建筑面積計(jì)算辦法》，要求利用計(jì)算機(jī)輔助軟件，準(zhǔn)確計(jì)算送審圖紙及設(shè)計(jì)方案中的建筑信息、總建筑面積、計(jì)算容積率建筑面積、基底面積、各功能分項(xiàng)及分層面積、車庫及車位面積指標(biāo)、住房結(jié)構(gòu)比例指標(biāo)等。利用三維GIS的空間統(tǒng)計(jì)與分析等功能，結(jié)合相關(guān)建筑規(guī)劃的指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，提取報(bào)建審批的BIM模型建筑面積、容積率、建筑覆蓋率、限高等建筑設(shè)計(jì)指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)規(guī)劃指標(biāo)技術(shù)審查表的自動(dòng)輸出。

圖3 BIM三維模型規(guī)劃指標(biāo)計(jì)算

3 BIM三維模型放線測量

按照相關(guān)的測繪作業(yè)流程，工程項(xiàng)目的總平面設(shè)計(jì)方案通過審批后，需要對建設(shè)工程進(jìn)行精準(zhǔn)定位，規(guī)劃放線測量是對建設(shè)工程定位放樣的事先檢查，目的是確保建設(shè)工程按照規(guī)劃審批的要求安全、順利地進(jìn)行，同時(shí)兼顧完善市政設(shè)施、改善環(huán)境質(zhì)量，避免對相鄰產(chǎn)權(quán)主體的利益造成侵害。BIM三維模型放線測量結(jié)合建筑施工的技術(shù)和理念，能夠幫助作業(yè)人員快速、準(zhǔn)確地完成放線任務(wù)，提高工作效率。BIM三維模型放線測量采用專業(yè)的BIM測量儀器，BIM測量儀器在導(dǎo)入工程報(bào)建審批通過的BIM模型后，能夠通過設(shè)站實(shí)現(xiàn)對棱鏡的自動(dòng)跟蹤，直接進(jìn)行三維數(shù)據(jù)的可視化放樣，在無須人工對準(zhǔn)對焦的情況下，快速、準(zhǔn)確地完成放樣作業(yè)，并輸出多種形式的測量報(bào)告，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)協(xié)同工作，在設(shè)計(jì)模型與現(xiàn)場施工之間建立同步關(guān)聯(lián)[13，14]。

在現(xiàn)場施工過程中，人工放樣一般根據(jù)紙質(zhì)圖紙，采用卷尺等工具進(jìn)行現(xiàn)場作業(yè)，該方式至少需要兩人手動(dòng)找準(zhǔn)放樣點(diǎn)，存在放樣誤差大、無法保證施工精度、工效低等劣勢。相較于傳統(tǒng)人工放樣，BIM測量儀器可自動(dòng)識(shí)別、跟蹤棱鏡并引導(dǎo)放樣，單人即可高效地完成測量任務(wù)。另外，面向建筑的BIM測量方法能夠在內(nèi)、外業(yè)中無障礙對接AutoCAD、Revit、魯班等軟件，高效傳輸工程建設(shè)項(xiàng)目中集成的BIM全生命周期的各種數(shù)據(jù)模型和相關(guān)信息，是BIM全生命周期中連接虛擬設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與真實(shí)世界的“橋梁”。BIM測量儀器將BIM設(shè)計(jì)模型中的放樣數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)化為精確點(diǎn)位并對應(yīng)于建筑現(xiàn)場，在快速獲取放樣數(shù)據(jù)后再返回至BIM模型，為模型對比、分析和優(yōu)化提供有效支持，以簡單直接的工作模式，協(xié)助建筑人員完成復(fù)雜的工作，進(jìn)一步提升工程施工質(zhì)量和效率。

本文以廣州某地鐵車站規(guī)劃放線、施工放樣為例，引入BIM建筑施工技術(shù)和理念，根據(jù)地鐵車站實(shí)況，設(shè)計(jì)和構(gòu)建完整、專業(yè)的建筑結(jié)構(gòu)空間和相關(guān)附屬設(shè)施的BIM模型，促進(jìn)施工環(huán)節(jié)間的協(xié)同作業(yè)、參與方間的共享使用。在工程建設(shè)的眾多環(huán)節(jié)中，施工方引入了適應(yīng)專業(yè)的一整套BIM解決方案，并通過Topcon LN100 BIM放樣機(jī)器人來開展施工測量中的定位工作。BIM放樣機(jī)器人具備3°范圍的自動(dòng)整平功能、 100 m半徑的棱鏡跟蹤功能、20 Hz定位數(shù)據(jù)更新速率，在施工過程中能夠用于快速定位車站BIM模型中的土建施工控制點(diǎn)和大量結(jié)構(gòu)及管道設(shè)備放樣點(diǎn)。

圖4 地鐵車站的綜合BIM模型

使用Topcon LN100 BIM放樣機(jī)器人單人放樣系統(tǒng)，能夠提高放樣效率。首先進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)置與設(shè)站，在現(xiàn)場選取任一通視條件良好的位置設(shè)置Topcon LN100放樣機(jī)器人，儀器開機(jī)后無須任何人工干預(yù)與手工操作即可自動(dòng)整平；再通過平板電腦與儀器建立WiFi連接，在BIM 360 Layout軟件的設(shè)站界面，采用后視法或后方交會(huì)法設(shè)站(設(shè)站原理與全站儀完全相同)。設(shè)站成功后，Topcon LN100放樣機(jī)器人、放樣對中桿和棱鏡的三維仿真實(shí)體隨即出現(xiàn)在車站BIM模型中，且模型中的顯示位置與現(xiàn)場位置能夠精確匹配，真實(shí)棱鏡的任何移動(dòng)都會(huì)實(shí)時(shí)更新在軟件的模擬界面中，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)作業(yè)空間與軟件模擬空間的同步和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)對應(yīng)。

在具體的放樣階段，先從車站三維模型中選取所需的設(shè)計(jì)點(diǎn)位，軟件會(huì)立刻顯示棱鏡距離該放樣點(diǎn)的空間三維偏移量數(shù)值(精確到毫米)，作業(yè)人員將根據(jù)軟件中直觀的模型動(dòng)態(tài)變化、視圖智能切換以及聲音、圖標(biāo)、色彩等多種提示，快速移動(dòng)至放樣點(diǎn)位。在此過程中，放樣機(jī)器人能夠始終保持對360°棱鏡的高速自動(dòng)跟蹤和持續(xù)測量，且平面和高程精度都可控制在 ±1.0 mm左右。在建筑、機(jī)械、電氣、管道、消防等各類工程的施工流程中，需要完成大量的放樣工作，面向建筑的BIM測量儀器和程序提供了便捷、多樣的引導(dǎo)方式，界面清晰直觀，能夠高效完成放樣點(diǎn)的精度檢核，并采用不同顏色標(biāo)記，以確保放樣零失誤。

設(shè)計(jì)點(diǎn)與放樣點(diǎn)位坐標(biāo)對比表(部分) 表1

4 結(jié) 語

社會(huì)變革的需求在工程建設(shè)和規(guī)劃管理領(lǐng)域?qū)y繪地理信息行業(yè)提出了更高的要求，利用BIM技術(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)流程、控制質(zhì)量、簡化管理，從而提高質(zhì)量和降低成本則是測繪行業(yè)未來發(fā)展的必然趨勢。本文基于BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)測繪、規(guī)劃、建筑數(shù)據(jù)融合，探索建立建設(shè)工程報(bào)建及放線測量一體化服務(wù)模式，實(shí)現(xiàn)建設(shè)工程報(bào)建及測量服務(wù)的信息化、數(shù)字化、智能化，對類似項(xiàng)目具有示范意義。