林嬋,張越
(1.中國市政工程華北設(shè)計研究總院有限公司合肥分公司,合肥 230000;2.青島市市政工程設(shè)計研究總院有限責(zé)任公司,山東 青島 266000)
BIM 是以從設(shè)計、施工到運營協(xié)調(diào)各階段的項目信息為基礎(chǔ)而構(gòu)建的集成流程,它具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性5 大特點。能源站項目建設(shè)過程中,專業(yè)多,設(shè)備管路錯綜復(fù)雜,碰撞沖突容易出現(xiàn),從而導(dǎo)致工期延誤,給工程管理帶來諸多困難[1]。
BIM 技術(shù)的應(yīng)用,不僅能提高設(shè)計質(zhì)量,減少圖紙中錯漏碰缺的發(fā)生,使設(shè)計圖紙符合施工現(xiàn)場的要求,并能輔助工程施工管理,更好地適應(yīng)數(shù)字化智慧化城市建設(shè)的發(fā)展需求。
雄東片區(qū)位于河北雄安縣縣城東側(cè),是河北雄安新區(qū)先期建設(shè)的區(qū)域之一,能源站項目位于雄東片區(qū)B 社區(qū)。工程新建能源站7 座,新建供熱站27 座,新建入廊熱力管線約7.774 km,其中能源站為全地下構(gòu)筑物。能源站在設(shè)計過程較常規(guī)建筑設(shè)計而言復(fù)雜且具挑戰(zhàn)性,表現(xiàn)如下。
1)空間緊湊,管線錯綜,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,任何一處設(shè)計紕漏都可能造成后續(xù)施工困難。
2)各構(gòu)筑物彼此緊密排布,施工圖要能反映各單體與相鄰構(gòu)筑物間的聯(lián)系,施工圖的繪制復(fù)雜。
3)構(gòu)筑物防火疏散通風(fēng)等一系列安全性措施十分重要,必須周全考慮。
因此,為順利完成該工程,采用BIM 技術(shù),借助三維設(shè)計手段來解決設(shè)計上遇到的難題,并在實踐中實現(xiàn)如下目標(biāo)。
1)協(xié)同。采用BIM 軟件,各專業(yè)借助項目服務(wù)器在同一平臺協(xié)同設(shè)計,實時將修正內(nèi)容上傳至服務(wù)器,使得各專業(yè)即時互通,避免了因溝通不及時造成的紕漏,大大提高了設(shè)計精度。
2)同步。建立的三維模型與圖紙關(guān)聯(lián),只要修改模型,對應(yīng)的平面圖、剖面圖自動同步更新,避免了在出現(xiàn)變更時,部分圖紙出現(xiàn)漏改的情況,極大地提高了設(shè)計效率。
3)虛擬現(xiàn)實。三維模型直觀、立體,相比于二維設(shè)計,構(gòu)筑物內(nèi)部構(gòu)造一目了然,錯綜復(fù)雜的管線在高程上的交叉、碰撞等問題也易于發(fā)現(xiàn)并更正,減少了因設(shè)計疏忽造成的不必要的設(shè)計變更。
4)自動生成剖立面圖。模型建成后,可隨意角度進行剖切,實時生成相應(yīng)位置剖立面圖,極大減輕設(shè)計人員的工作量的同時,也保證了圖紙的準(zhǔn)確性。
5)工程量統(tǒng)計。參數(shù)化模型搭建后,可精確統(tǒng)計土方量、設(shè)備信息及管材耗量。
6)施工輔助。通過瀏覽虛擬模型,配合局部復(fù)雜結(jié)構(gòu)的3D剖切圖,設(shè)計人員可與施工方進行順暢溝通。
3.1.1 人員架構(gòu)
工程專業(yè)從業(yè)人員構(gòu)架如圖1 所示。
圖1 工程專業(yè)從業(yè)人員構(gòu)架圖
3.1.2 軟件平臺
各專業(yè)對應(yīng)BIM 應(yīng)用軟件類型如表1 所示。
表1 各專業(yè)對應(yīng)BIM應(yīng)用軟件類型
3.1.3 建模前準(zhǔn)備
1)要明確項目需求。項目開始時,編制符合項目需求的信息模型策劃書,具體內(nèi)容如下:項目概述、應(yīng)包含項目類型、規(guī)模、需求等信息、工程信息模型信息命名、分類和編碼,以及所采用標(biāo)準(zhǔn)名稱和版本。
2)明確建模深度。為更直觀地闡明模型深度與模型工程信息的關(guān)系,引入模型深度等級的分類方式,各專業(yè)工程模型深度應(yīng)由幾何深度等級和屬性深度等級組成。工程模型建模深度等級分為4 個等級。根據(jù)《雄安新區(qū)規(guī)劃建設(shè)BIM 管理平臺數(shù)據(jù)交付標(biāo)準(zhǔn)》對階段進行劃分,其中L1 對應(yīng)BIM1-2 規(guī)劃階段,L2 對應(yīng)BIM3 設(shè)計方案階段,L3 對應(yīng)BIM4 施工階段,L4 對應(yīng)BIM5 竣工階段。
3)制定建模規(guī)則。劃分模型單元,將各專業(yè)系統(tǒng)進行分類。
4)統(tǒng)一項目模板。設(shè)置出圖模板并且要建立完備工程圖庫,如圖2 所示。
圖2 熱力Cel l 庫設(shè)備模型
3.2.1 精細(xì)化設(shè)計
基于施工圖模型內(nèi)的所有內(nèi)容進行碰撞檢測服務(wù),通過三維方式發(fā)現(xiàn)圖紙中錯、漏、碰、缺與專業(yè)間的沖突,從而預(yù)檢施工過程中可能出現(xiàn)的問題,提前解決,避免工期延誤或返工。圖3 所示為建筑、暖通專業(yè)所建模型剖面。
圖3 燃?xì)忮仩t房BIM模型剖面
3.2.2 材料統(tǒng)計
在BIM 模型建立過程中,對構(gòu)建材質(zhì)進行準(zhǔn)確定義,在模型建立完善之后,可進行各專業(yè)材料統(tǒng)計。便于實施材料購買計劃,控制施工進度。
同時,材料清單列表內(nèi)容與模型實時聯(lián)動,在出現(xiàn)設(shè)計變動的情況下,更改BIM 模型結(jié)構(gòu)或者某些構(gòu)建材質(zhì),材料清單中的材料統(tǒng)計量及工程量都會隨著模型的變更而變動,操作便捷的同時還能夠保證算量統(tǒng)計的準(zhǔn)確性[2]。
3.2.3 施工進度模擬
利用Navisworks、Fuzor 等軟件實現(xiàn)項目的仿真建模,4D模擬以其直接可視化的特點可以清晰地展現(xiàn)施工過程中的場地、設(shè)備、人員與可能出現(xiàn)的矛盾與缺陷,以增強項目的可執(zhí)行力?,F(xiàn)場模擬可與實際施工現(xiàn)場情況進行相互聯(lián)系,實時反映實際施工進度,工程實施過程中是否出現(xiàn)拖延時間、工期延期等現(xiàn)象在進度表中一目了然,便于工程管理部門宏觀調(diào)控,并從中調(diào)整工作平衡;施工模擬還可以起到指導(dǎo)施工的作用,對于復(fù)雜的施工方法及新型施工方法,能夠起到很好的教程作用,便于施工人員快速學(xué)習(xí)、準(zhǔn)確掌握并正確施工。
3.2.4 出施工圖
應(yīng)用BIM 軟件在精準(zhǔn)建模的前提下,可進行出圖,包括三維軸測圖、二維平面圖、立面圖(見圖4)、剖面圖(見圖5)、透視圖等,圖紙可與模型實時聯(lián)動,更改模型則圖紙可自動更新,無須設(shè)計人員逐一進行手動更改,減少因設(shè)計變更而引起的工作量,同時降低圖紙出現(xiàn)錯漏的概率。
圖4 換熱站房BIM模型生成立面圖
圖5 換熱站房BIM模型生成剖面圖
將BIM 技術(shù)應(yīng)用于三維技術(shù)交底中,結(jié)合傳統(tǒng)二維圖紙與三維BIM 模型,可擺脫CAD 時代的識圖難的問題,尤其在復(fù)雜節(jié)點或者復(fù)雜構(gòu)件的技術(shù)交底上,三維模型具有毋庸置疑的優(yōu)勢,從而達到指導(dǎo)施工的目的。
項目匯報時可以導(dǎo)出虛擬漫游文件,向建設(shè)單位展示項目的全貌,同時還可以在線進行測量和信息讀取。讓建設(shè)方、施工方、監(jiān)理方均能直觀地感受到項目的情況,比以往的3D建模的可視化效果更好。
將BIM 模型導(dǎo)入渲染軟件,在模型基礎(chǔ)上添加真實的自然環(huán)境,如植物、人物、動物、車輛、天空和水等環(huán)境效果,如圖6 所示,可渲染出高品質(zhì)的視頻與效果圖[3],呈現(xiàn)出項目完成后的精致場景,在設(shè)計完成時即同步呈現(xiàn)出理想的虛擬可視化景觀解決方案。
圖6 可視化景觀效果
為服務(wù)本項目后期智慧運維需要,在重要監(jiān)測點安裝相應(yīng)傳感器等設(shè)施,并為項目后期智慧運維系統(tǒng)的接入提供技術(shù)支持,并且保證應(yīng)用技術(shù)的前瞻性,確保在長期的發(fā)展過程中,智慧平臺具有可持續(xù)發(fā)展性。
智慧管理平臺可實現(xiàn)項目運維期間的數(shù)據(jù)采集與實時監(jiān)控,能夠及時發(fā)現(xiàn)問題,并為管理人員提供解決建議,便于管理人員決策。
同時為更好地融入雄安新區(qū)規(guī)劃建設(shè)BIM 管理平臺,項目在BIM 建模期間可根據(jù)《雄安新區(qū)市政工程BIM 模型成果技術(shù)導(dǎo)則》《雄安新區(qū)市政工程數(shù)據(jù)對象編碼技術(shù)導(dǎo)則》 對模型進行信息掛接,完全按照標(biāo)準(zhǔn)進行模型的建立與交付,如圖7 所示。
圖7 智慧管理平臺
本文通過設(shè)計實例,簡要分析了BIM 技術(shù)在能源站設(shè)計階段中的應(yīng)用。隨著大數(shù)據(jù)時代的發(fā)展,BIM 技術(shù)在能源站建設(shè)和運維領(lǐng)域完成了三維建模的又一次創(chuàng)新與進步,利用了三維建模的可視化、碰撞檢查等一系列特性,設(shè)計者可以對前期的設(shè)計階段進行調(diào)整,避免了能源站后期施工過程中因設(shè)計與現(xiàn)場施工不協(xié)調(diào)造成的拆改和返工,從而有效降低人工及材料浪費,控制成本,縮短工期,同時為智慧化城市建設(shè)提供了基礎(chǔ)保障。