BIM技術(shù)在汕頭塔崗圍市政工程中的應(yīng)用研究

楊 彪 繆程武 王 帆

(1.中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，廣州 510290； 2.中交(汕頭)東海岸新城投資建設(shè)有限公司，汕頭 515041)

引言

2020年，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等十三部門聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于推動智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展的指導(dǎo)意見》，明確提出了推動智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展的指導(dǎo)思想、基本原則、發(fā)展目標(biāo)、重點任務(wù)和保障措施[1]。BIM是智能建造的核心技術(shù)之一。

我國基礎(chǔ)設(shè)施體量巨大、造價與運營成本昂貴，BIM等新興技術(shù)的涌現(xiàn)為基礎(chǔ)設(shè)施的建造、運營與維護等領(lǐng)域提供了新的機遇。BIM技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字孿生、云計算、大數(shù)據(jù)及AR/VR等技術(shù)將全新賦能傳統(tǒng)工程建設(shè)行業(yè)，為市政工程等基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域的智能建造提供廣闊的發(fā)展空間[2]。

1 工程概況

汕頭東海岸新城位于汕頭市澄海區(qū)的東南沿海地帶，規(guī)劃總面積為24km2，包括新津、新溪及塔崗圍三個片區(qū)，其中塔崗圍片區(qū)占地面積7.4km2，2021年亞青會場館、汕頭大學(xué)東部校區(qū)坐落于此。塔崗圍片區(qū)市政工程建設(shè)內(nèi)容包括道路工程、橋涵工程、隧道工程、管線工程、排水工程、交通工程、照明工程、綠化工程、支河涌工程以及外砂河大橋底堤頂路改線工程。其中，道路工程建設(shè)總長約為13.5km，包括翠峰路、紫峰路、梅峰路、英華路、五洲大道、萬峰路和堤頂路改線，如圖1所示。該項目建設(shè)意義重大，質(zhì)量要求高，建設(shè)周期緊，為保證亞青會如期開幕，需在2021年9月底全部完工，對設(shè)計、施工及管理提出了極高的要求。

圖1 工程項目BIM效果圖

2 BIM實施方案

本項目BIM應(yīng)用由業(yè)主單位統(tǒng)籌，設(shè)計、施工和監(jiān)理等多家參建單位全力配合，共同制定BIM實施策略書，對BIM應(yīng)用總體路線及具體實施方案進行詳細(xì)規(guī)定，確定BIM實施的空間范圍和各專業(yè)的具體工作內(nèi)容，保證BIM建模標(biāo)準(zhǔn)化，定制化開發(fā)BIM施工管理平臺和項目綜合管控平臺，服務(wù)于項目現(xiàn)場管理。同時，充分考慮設(shè)計施工一體化整合，提高模型數(shù)據(jù)利用率，明確BIM實施的里程碑節(jié)點，分析達成節(jié)點的前置條件，并明確BIM實施的成果交付要求。

本項目BIM實施總體組織架構(gòu)設(shè)置項目經(jīng)理、主管總工、BIM協(xié)調(diào)員以及設(shè)計、施工、開發(fā)等多個專項負(fù)責(zé)人，各參建單位組建專業(yè)BIM團隊負(fù)責(zé)具體工作實施，如圖2 所示。

圖2 BIM實施總體路線

同時，本項目配備滿足BIM應(yīng)用需求的軟硬件環(huán)境，購買正版BIM建模軟件及模型可視化應(yīng)用軟件，并深度應(yīng)用自主研發(fā)的HIDAS系列軟件等。部署本地服務(wù)器用于多專業(yè)協(xié)同建模及各類文件的共享存儲，部署云服務(wù)器用于BIM施工管理平臺的開發(fā)和搭建，配備滿足BIM建模和展示要求的單機電腦，同時在項目展廳和施工現(xiàn)場安裝LED大屏，用于項目宣傳展示及綜合管控平臺的應(yīng)用。

3 BIM基礎(chǔ)應(yīng)用

3.1 多專業(yè)協(xié)同建模

本項目架設(shè)Vault云端服務(wù)器實現(xiàn)多專業(yè)協(xié)同建模，通過Vault附加模塊客戶端與Revit、Civil 3D、Navisworks等軟件緊密集成，實現(xiàn)多專業(yè)并行工作模式。此外，項目各參與方可以在Vault平臺上實現(xiàn)模型數(shù)據(jù)、項目文檔和往來函件的共享[3]。

本項目針對不同專業(yè)的模型特點選擇不同的建模工具，體現(xiàn)了信息建模的專業(yè)能力。利用Civil 3D創(chuàng)建道路模型[4]、隧道及基坑支護模型、雨水和污水管網(wǎng)模型、支河涌模型等； 利用Revit創(chuàng)建橋梁和箱涵模型； 利用鴻業(yè)管立得創(chuàng)建電力和通信管網(wǎng)模型； 利用鴻業(yè)路易創(chuàng)建標(biāo)線、標(biāo)牌、信號燈、路燈等交通設(shè)施模型； 利用SketchUp和Lumion創(chuàng)建綠化工程模型，如圖3 所示。

圖3 BIM模型展示

3.2 BIM+GIS應(yīng)用

基于遙感衛(wèi)星影像和測繪GIS數(shù)據(jù)，對項目地區(qū)新建道路及周邊基礎(chǔ)設(shè)施進行科學(xué)智能規(guī)劃[5，6]，以模型的方式展示規(guī)劃要素，對于建筑、地貌等“概念模型”，通過編寫規(guī)則代碼批量生成基于GIS數(shù)據(jù)的大場景三維模型，如圖4所示。

圖4 BIM+GIS模型

3.3 三維地質(zhì)模型應(yīng)用

本項目包含各類勘探鉆孔487個，地質(zhì)條件復(fù)雜，總共分布有33個地層，按地質(zhì)成因及工程性質(zhì)簡化后仍有12層，地層多變且不連續(xù)，建模難度較大。

利用EVS軟件的巖性建模方式構(gòu)建三維地質(zhì)模型，在模型空間中劃分網(wǎng)格，利用[indicator_geology]模塊的Kriging方法進行空間插值，計算空間每一個網(wǎng)格中每一種土質(zhì)出現(xiàn)的概率，將概率最大的土質(zhì)賦值到網(wǎng)格中，從而得到三維地質(zhì)模型，如圖5 所示。

圖5 三維地質(zhì)模型

3.4 BIM可視化應(yīng)用

將總裝模型進行格式轉(zhuǎn)換，導(dǎo)入Lumion軟件進行渲染，輸出高清效果圖、漫游視頻和全景圖片，用于項目的宣傳和展示，如圖6所示。通過BIM模型及復(fù)雜節(jié)點的可視化技術(shù)交底，輔助工程技術(shù)人員更直觀地理解設(shè)計方案，準(zhǔn)確開展施工。

圖6 模型渲染效果

4 BIM應(yīng)用研究

4.1 自主研發(fā)HIDAS配筋軟件

HIDAS系統(tǒng)是中交四航院獨立自主研發(fā)的工程數(shù)字化勘察設(shè)計集成系統(tǒng)。本項目利用HIDAS系統(tǒng)中的三維配筋軟件進行箱梁結(jié)構(gòu)的配筋設(shè)計，使用了多種三維智能化配筋方式以滿足不同的鋼筋類型，如圖7所示，將BIM模型導(dǎo)入配筋軟件轉(zhuǎn)換成配筋模型，軟件自動捕捉構(gòu)件對象要素，根據(jù)鋼筋直徑、間距、保護層厚度等參數(shù)的設(shè)置實現(xiàn)智能布筋，并可進行鋼筋的碰撞檢測，快速輸出配筋圖、鋼筋表和材料表，提高了配筋設(shè)計的精度和效率[7]。

圖7 HIDAS三維智能化配筋

4.2 BIM+云計算系統(tǒng)

中交四航院“BIM+云計算”系統(tǒng)內(nèi)置百余條標(biāo)準(zhǔn)化計算模板，涵蓋中標(biāo)、美標(biāo)、歐標(biāo)及日標(biāo)等多國設(shè)計規(guī)范。本項目利用該系統(tǒng)進行了樁基承載力計算、深梁配筋計算等，實現(xiàn)了計算書格式標(biāo)準(zhǔn)化，通過在模型中添加URL的方式，實現(xiàn)BIM模型與云計算系統(tǒng)綁定。在三維模型中點擊超鏈接，直接跳轉(zhuǎn)至計算結(jié)果網(wǎng)頁，如圖8所示，豐富了BIM設(shè)計階段的信息，將BIM設(shè)計概念延伸至網(wǎng)絡(luò)云計算。

圖8 BIM+云計算系統(tǒng)

4.3 BIM施工管理平臺的開發(fā)與應(yīng)用

本項目BIM施工管理平臺基于WebGL框架進行定制開發(fā)，可實現(xiàn)在電腦和移動設(shè)備瀏覽器中展示、操作和管理BIM數(shù)據(jù)，實現(xiàn)BIM+GIS、二維+三維、模型+業(yè)務(wù)的多維聯(lián)動[8-9]。該平臺服務(wù)于現(xiàn)場施工管理，主要包括權(quán)限管理、模型管理、文檔管理、流程管理、WBS管理、進度管理、質(zhì)量安全管理和工序報驗等功能。該平臺支持移動端APP應(yīng)用，包括模型、文檔、問題和現(xiàn)場四個模塊。

通過BIM施工管理平臺，實現(xiàn)了部分現(xiàn)場管理流程的無紙化，通過手機APP操作即可完成質(zhì)量安全問題的整改驗收、工序報驗流程處理等，大幅節(jié)省了流程處理時間，降低了時間成本。通過進度管理模塊進行4D施工模擬，如圖9所示，三維可視化展示施工中的沖突點和優(yōu)化空間，優(yōu)化施工方案，縮短施工工期，并用于指導(dǎo)人材機的調(diào)配，節(jié)約工程成本。

圖9 4D施工進度模擬

4.4 項目綜合管控平臺的開發(fā)與應(yīng)用

綜合管控平臺采用瀏覽器和服務(wù)器結(jié)構(gòu)模式開發(fā)[10]。該平臺與施工管理平臺數(shù)據(jù)互通，具有更好的信息集成與模型展示效果，豐富了項目管理手段，增強了項目宣傳效果。

圖10 項目綜合管控中心

該平臺主界面集成了工程概況、天氣信息、項目漫游展示等信息，并通過微服務(wù)接口獲取施工管理平臺數(shù)據(jù)，集中展示各單位工程的進度狀態(tài)、質(zhì)量安全問題的整改情況、施工工序的驗收情況和施工現(xiàn)場的航拍照片等。通過視頻流技術(shù)接入現(xiàn)場監(jiān)控攝像頭，實現(xiàn)對施工現(xiàn)場的實時監(jiān)控。通過微服務(wù)接口獲取隧道基坑監(jiān)測平臺數(shù)據(jù)，基坑監(jiān)測傳感器類型包括測斜儀、應(yīng)變計、孔壓計和軸力計，顯示24小時內(nèi)實時監(jiān)測數(shù)據(jù)并設(shè)置閥值預(yù)警，提醒監(jiān)測異常情況。

該平臺包含四個模型展示模塊，分別是GIS、BIM、地塊和全景圖，每個模塊展示的側(cè)重點不同。GIS模塊展示項目所處地理位置及炫酷的總體模型效果； BIM模塊展示市政道路的詳細(xì)設(shè)計方案，包含模型構(gòu)件的各類屬性信息； 地塊模塊展示土地區(qū)域的規(guī)劃方案，包含地塊的用途、面積、綠化率等信息； 全景圖模塊利用廣角模式盡可能多地表現(xiàn)項目周邊環(huán)境，并可通過熱點進行視角切換。

5 BIM應(yīng)用總結(jié)

本項目BIM應(yīng)用涵蓋設(shè)計、施工和管理，并進行了應(yīng)用平臺開發(fā)，在項目實施過程中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，為項目帶來了一定的經(jīng)濟效益和社會效益，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

(1)設(shè)計成果標(biāo)準(zhǔn)化程度提升

建立協(xié)同服務(wù)器，專業(yè)間參與程度提升，溝通效率提高，設(shè)計成果標(biāo)準(zhǔn)化程度提高； 依托BIM模型進行管線綜合碰撞檢測，在設(shè)計過程中規(guī)避碰撞問題，降低施工風(fēng)險； 進行設(shè)計方案的可視化交底。

(2)施工數(shù)字化水平提升

基于BIM施工管理平臺實現(xiàn)對現(xiàn)場施工進度、質(zhì)量安全等的數(shù)字化管理，優(yōu)化施工方案，縮短項目工期，提高流程處理效率； 施工管理過程在平臺上留底存檔，方便問題追溯及保證施工管理信息的完整性。

(3)項目綜合管控方式創(chuàng)新

綜合管控平臺與BIM施工管理平臺數(shù)據(jù)互通，信息集成度較高，包括進度狀態(tài)、質(zhì)量安全、工序報驗、現(xiàn)場航拍、視頻監(jiān)控和基坑監(jiān)測等，便于項目管理人員快速了解現(xiàn)場施工情況，創(chuàng)新了項目管理方式。高度集成的信息化管控平臺，體現(xiàn)出本項目具有先進的數(shù)字化管理水平，提升了項目和企業(yè)的社會影響力。