BIM設計在市政道路工程全過程管理中的應用

王 燕

（蘇邑設計集團有限公司,江蘇 南京 210000）

0 前言

BIM——Building Information Modeling（建筑信息模型），其技術的核心是Information，即信息的全過程傳遞與動態(tài)更新，是在三維模型的基礎之上集成各類設計信息、審查信息、管理信息、運維信息等。形成以三維模型為載體，各類信息可交互更新的動態(tài)管理數(shù)據(jù)庫，方便各類業(yè)務平臺調用，提升管理效率。從工程建設全生命周期角度來看，推行全過程BIM 應用有以下優(yōu)點：

（1）設計階段多系統(tǒng)全方位校核優(yōu)化。市政工程規(guī)劃設計是針對城市運行所需的各專業(yè)網(wǎng)狀系統(tǒng)進行耦合、修正的過程，傳統(tǒng)模式下，依靠二維管綜圖紙將多個系統(tǒng)網(wǎng)在平面上融合，豎向關系難以表達，可能會出現(xiàn)管道規(guī)模、管線布局不合理等情況。而通過BIM 技術進行正向設計，建立地下管線的三維關系，可以精準表達空間關系，分析沖突，優(yōu)化布局；模擬整個系統(tǒng)運行情況，分析不利點，優(yōu)化迭代管網(wǎng)系統(tǒng)。

（2）多專業(yè)、多時期數(shù)據(jù)迭代，快速分析項目建設的邊界條件。城市建設的責任主體多樣且項目分散，多專業(yè)、多時期數(shù)據(jù)難以統(tǒng)籌，協(xié)調難度大、效率低，邊界條件變化快。通過BIM 技術分階段建立開發(fā)數(shù)據(jù)庫，一圖統(tǒng)籌多個項目，可在線復核成果，提前規(guī)避各專業(yè)沖突。

1 項目概況

東部新片區(qū)總規(guī)劃面積24 km2，計劃通過BIM 全過程伴隨式應用，隨著工程實體的建設逐步形成片區(qū)數(shù)字城市底座。目前在建市政道路項目共計17 km，以東流路一標、麟崗大道一標、龍王山大道一標、龍其線及捷運大道建設工程、孟北路隧道等項目為代表，穩(wěn)步推進BIM 規(guī)劃報建、施工圖BIM 設計以及施工全過程BIM應用工作。目前的BIM 工作研究成果總結為“四個一”，即一套數(shù)據(jù)標準——《東部新片區(qū)市政工程BIM 實施指南》；一個協(xié)同平臺——鴻城BIM 協(xié)同平臺；一套工作機制——以管委會牽頭，多家參建方參與的BIM 工作專題小組；一模到底的全過程應用與交付。

2 全過程BIM 應用難點及應對工作思路

2.1 全過程BIM 應用的難點

道路工程屬于空間帶狀結構，需解決考慮道路平縱線形組合與板塊橫坡耦合的建模問題；管線、橋隧等專業(yè)的空間形態(tài)都依附于道路的設計線形，要解決不同專業(yè)之間設計協(xié)同的BIM 數(shù)據(jù)流轉問題。

參與單位眾多，總體協(xié)調難度大。市政工程除了設計、施工總包、監(jiān)理等單位外，還涉及給水、燃氣、通信、電力等產(chǎn)權單位，如何統(tǒng)籌各單位的BIM 工作步調是成功應用BIM 進行項目管控的前提。

行業(yè)現(xiàn)行建模標準較為籠統(tǒng)，缺乏片區(qū)級BIM 實施導則與行動指南。不同單位的BIM 應用需求各不相同，導致在項目實施過程中，選用的軟件體系、建模標準、協(xié)同工作方式等各有差異，如何將各單位的BIM 技術實力轉換成片區(qū)BIM 實施推進的合力是需要重點解決的技術問題。

片區(qū)級海量BIM 數(shù)據(jù)匯總整合、格式轉換與交付，還要滿足方便各參與方隨時查閱、維護更新，也是該項目實施的難點。

2.2 BIM 全過程工作思路

綜合選用鴻業(yè)路易、鴻業(yè)管廊、杰圖管線、Revit、Dynamo 等多款BIM 設計軟件進行BIM 設計。道路設計階段運用平面曲線、縱斷面曲線復合出道路空間三維中心線，基于三維路線設置道路參數(shù)化橫斷面，最終與路線數(shù)據(jù)耦合，放樣裝配出道路三維實體模型。道路邊坡根據(jù)邊坡裝配方案自動匹配路面高程與自然地形，生成放坡或擋墻模型，解決了道路復雜多變的建模問題。管線、管廊等專業(yè)通過讀取道路三維交換數(shù)據(jù)，提取道路設計縱斷、路面橫坡、交叉口豎向等數(shù)據(jù)并進行標高推算，在此基礎上進行三維設計。

組建以建設方牽頭、設計BIM 第三方咨詢?yōu)榧夹g總控的BIM 協(xié)同工作機制，形成階段成果多方會簽認定制度。建設方領導下的咨詢方BIM 驅動模式既發(fā)揮了咨詢機構的BIM 專業(yè)優(yōu)勢，又利用建設方在工程管理體系中的主導地位推動了BIM 在項目管理上的應用。同時，BIM 咨詢方也可以對設計方、施工方以及監(jiān)理方的BIM活動進行指導[1]。

以BIM 設計示范項目為藍本，制定片區(qū)級BIM 實施指南并提供項目BIM 實施樣板。為保證該片區(qū)全過程BIM 應用標準統(tǒng)一，該項目BIM 實施指南由設計BIM牽頭單位主編，在各方參與下共同制定。包括各方工作責任與義務、BIM 建模軟件的選擇、各階段BIM 應用點、BIM 建模細則與交付標準。交付標準明確了各階段BIM 交付物的交付內容、交付格式、模型顆粒度等要求。BIM 樣板項目重點明確了BIM 輔助設計的技術路徑，以及BIM規(guī)劃報建、設計BIM優(yōu)化、施工過程管控的應用點。

搭建片區(qū)BIM 設計協(xié)同工作平臺。項目選用鴻城CIM 數(shù)據(jù)集成平臺并進行云端部署，為項目各參與方創(chuàng)建項目空間并分配權限，整合片區(qū)多項目、多專業(yè)的BIM 數(shù)據(jù)與不同時期的傾斜攝影實景模型，實現(xiàn)了基于WEB 端的BIM 數(shù)據(jù)查詢、分析，在設計階段就可實現(xiàn)基于三維協(xié)同平臺進行云上聯(lián)合校審，有效保障了BIM數(shù)據(jù)在過程建設全過程的順利流轉。

3 工作成效

根據(jù)片區(qū)特色以及BIM 全過程應用計劃，重點解決了以下幾點問題：

3.1 BIM 報建示范引領，填補國內該領域空白

市政行業(yè)BIM 相比工民建領域發(fā)展較晚，軟件數(shù)據(jù)格式與建模標準也沒有形成行業(yè)共識。經(jīng)過前期調研比選并結合南京市規(guī)劃局BIM 數(shù)字報建工作的要求，最終確定以鴻業(yè)路易軟件作為道路BIM 正向設計推薦的工作流。

最終綜合應用鴻業(yè)路易、鴻業(yè)管廊、杰圖管線、Revit、Dynamo 等多款BIM 輔助設計軟件完成了龍王山大道的BIM 設計以及BIM 數(shù)字報建數(shù)據(jù)制作，實現(xiàn)窗口一次進件批復，為全市的市政工程建設項目BIM 技術應用推廣開了好頭，對同類市政工程的實施具有一定的示范參考意義。

3.2 基于全專業(yè)BIM 設計進行方案比選、界限復核驗證

道路設計階段通過GIS 平臺集成項目設計BIM 模型與無人機傾斜攝影實景模型（圖1），直觀反映工程與周邊環(huán)境的關系，用于項目方案階段周邊界限復核，大幅減少現(xiàn)場踏勘工作量。

圖1 BIM+傾斜攝影實景三維數(shù)字沙盤示意圖

BIM 設計在不同設計方案的比選上直觀明了，比如東流路管廊設計時，通過BIM 比選兩種風亭布置方案，綜合對道路景觀的影響，最終確定采用外側退讓的方式（圖2）。

圖2 基于BIM 進行設計方案比選示意圖

在管綜設計階段，運用BIM 進行正向設計，基于三維模型可直觀進行管線綜合碰撞檢查，優(yōu)化設計。例如，管綜階段，發(fā)現(xiàn)雨水篦子連接支管與沿線燃氣管線碰撞，管綜階段將燃氣支管的覆土深度由常規(guī)做法1.1 m 調整為1.4 m，避免了碰撞問題。

常規(guī)設計中，綜合管廊的分線井設計往往作為標準化節(jié)點處理，忽略了每個井周邊市政管線的空間占位，極易造成出線碰撞。在全專業(yè)BIM 設計背景下，鏈接其他專業(yè)的設計成果作為三維設計提資，可清晰地看到管廊分線井出線后與周邊管線之間的標高矛盾，及時做出優(yōu)化調整（圖3），避免了施工變更。

圖3 三維管線校核示意圖

3.3 基于BIM 設計咨詢，協(xié)助業(yè)主進行多家產(chǎn)權單位的全方位設計協(xié)調管控（傳統(tǒng)管理中的缺失）

市政管線的設計、施工牽扯多家壟斷部門（燃氣、給水、電力、通信），傳統(tǒng)工作模式下，管綜方案獲批后，由產(chǎn)權單位自行深化設計、自行施工，缺失了整合校核的環(huán)節(jié)，需要建設方反復組織多家單位開會對圖，效果卻不盡如人意。施工期間，施工工作面及工序交接缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，易出現(xiàn)二次開挖破壞、扯皮的現(xiàn)象，耽誤項目總進度。在東部新片區(qū)項目建設過程中，引入設計BIM 咨詢第三方校核的工作模式，在做完BIM 管綜設計后，首先對產(chǎn)權單位的深化設計進行三維交底，在各家產(chǎn)權單位專項設計過程中增加BIM 設計全程跟蹤校核的過程，提前避免各類碰撞問題，將優(yōu)化意見反饋給產(chǎn)權單位管線設計人員進行修改，基于全專業(yè)BIM 數(shù)據(jù)規(guī)劃好施工順序，有效保障了施工落地性。

3.4 設計BIM 三維交底，提供施工時序搭接安排與工序指導

BIM模型中更能直觀地統(tǒng)計出各類專項的交織情況，提前聯(lián)合管線產(chǎn)權單位進行討論，固化交叉節(jié)點做法，以此為基礎，進行各專業(yè)隊伍進場時序安排，減少窩工以及返工。例如在道路交叉口等管線聚集交叉的部位，運用BIM 提前排布施工時序，根據(jù)道路結構層施工時序相應排出各家管線的進場時間（圖4）。

圖4 各專業(yè)施工進場時序分層排布圖

3.5 工藝模擬、三維交底

孟北路隧道項目采用雙側壁導坑暗挖施工，該項目地質條件復雜，存在多處溶洞，前期運用BIM 技術進行隧道導坑工序開挖模擬演示，提前對施工單位進行三維交底，告知施工風險及關鍵點。

3.6 施工過程BIM 設計旁站巡視，保障方案落地

BIM 設計落地的“最后一公里”問題往往出現(xiàn)在施工階段，在片區(qū)項目推進過程中，引入“設計BIM 巡視”制度，設計院派駐專職BIM 工程師現(xiàn)場旁站，檢驗管綜節(jié)點成果的落地，發(fā)現(xiàn)偏差及時上報建設單位協(xié)調產(chǎn)權方整改。另一方面，BIM 人員駐場也保證了工程變更在BIM 數(shù)據(jù)上的及時反映。

4 總結與展望

該片區(qū)通過實施BIM 全過程應用，減少了90%以上的設計變更，實現(xiàn)施工現(xiàn)場管線施工零返工。結合傾斜攝影、土地資料、GIS 底圖融合、現(xiàn)狀管線疊圖等應用，助力項目的開工前障礙排查、設計內容校核、施工指導。隨著工程建設的推進，同步建立了較為翔實的CIM 數(shù)據(jù)庫，對管線種類、管徑、長度、材質、生產(chǎn)商、生產(chǎn)年份、建設年份、責任單位等內容進行統(tǒng)計，統(tǒng)一了單位、坐標、格式、命名、編碼的標準。為城市地下管線智慧運維提供準確指導數(shù)據(jù)，助力實現(xiàn)城市精細化治理。未來，依托數(shù)字化，提升完善產(chǎn)業(yè)結構，推進可視化、智能化運營維護管理，將會成為城市建設的新目標。