探索市政工程的BIM之路

文｜本刊記者 寧冉

上海市城市建設(shè)設(shè)計研究總院BIM中心常務(wù)副主任楊海濤表示：“BIM技術(shù)應(yīng)用到市政基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目中可以說是水到渠成，市政基礎(chǔ)設(shè)施工程體量大、投資高、專業(yè)多、周期長、對周邊環(huán)境影響大、施工組織復(fù)雜。BIM能對項(xiàng)目的建設(shè)效率、數(shù)據(jù)傳遞準(zhǔn)確性、造價控制等方面施加正面影響，契合市政工程項(xiàng)目的要求，從而在市政工程中發(fā)揮全面、積極的作用?！?/p>

在市政工程建設(shè)領(lǐng)域，上海市城市建設(shè)設(shè)計研究總院（簡稱“城建總院”）堪稱一顆歷久彌新的璀璨明珠。這家創(chuàng)建于1963年的設(shè)計院，穿越50年的歷史屢創(chuàng)精品，在公路與城市道路、交通工程、橋梁工程、隧道與地下工程、軌道交通、工業(yè)與民用建筑以及勘察、監(jiān)測等領(lǐng)域碩果累累，曾榮獲國家部市級優(yōu)秀設(shè)計咨詢科技進(jìn)步獎420多項(xiàng)，擁有各類專利173項(xiàng)，其中發(fā)明專利26項(xiàng)。

城建總院BIM中心常務(wù)副主任楊海濤指出：“為應(yīng)對復(fù)雜多樣的設(shè)計需求和越來越高的建筑標(biāo)準(zhǔn)，我們開始依托BIM進(jìn)行技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新，并成立了BIM中心。現(xiàn)在，我們已經(jīng)搭建起基于BIM的協(xié)同系統(tǒng)平臺和門戶網(wǎng)站，長期對人員進(jìn)行一對一培訓(xùn)，并且要求各分院每年都必須拿出1-2個BIM 項(xiàng)目，以重點(diǎn)項(xiàng)目帶動BIM應(yīng)用能力，使其從項(xiàng)目級應(yīng)用向企業(yè)級應(yīng)用轉(zhuǎn)變?！?/p>

對技術(shù)進(jìn)行孜孜不倦的探索是城建總院一以貫之的優(yōu)良傳統(tǒng)和作風(fēng)，而在設(shè)計工具上的不斷嘗新則讓城建總院煥發(fā)出全新生機(jī)。近年來，城建總院的很多項(xiàng)目都借助了BIM技術(shù)，其中，Revit系列專業(yè)建模軟件和Ecotect等分析軟件不僅在民用建筑中包打天下，也同樣適用于市政工程建設(shè)。

徐家匯交通樞紐和陳翔路地道都是上海極為重要的交通基礎(chǔ)設(shè)施工程。在這兩個項(xiàng)目中，BIM軟件一方面幫助城建總院提高了設(shè)計質(zhì)量，讓獨(dú)具匠心的創(chuàng)意實(shí)踐落地；另一方面，也使設(shè)計方在與業(yè)主溝通時更加順暢，為保障方案順利實(shí)施發(fā)揮了巨大作用。

BIM助力溝通協(xié)調(diào)

＞＞圖1 徐家匯地鐵站場地模型

徐家匯承載著老上海的歷史，也正以中心商圈、交通樞紐的姿態(tài)開拓著新上海的未來。“徐家匯地區(qū)匯聚了軌道交通1號線、9號線、11號線3條交通大動脈，對上海軌道交通的網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)行有著至關(guān)重要的作用?！背墙傇盒旒覅R樞紐項(xiàng)目的專業(yè)負(fù)責(zé)人謝波說。

然而，在修建徐家匯地鐵站時如何避免長時間在主干道虹橋路、華山路大面積破土挖路，使徐家匯商圈遭受災(zāi)難性影響，是十分棘手的難題。此外，上海屬于軟土地區(qū)，修建地鐵的條件先天不足，還需將站點(diǎn)空間壓縮到最小，來減小施工難度。（如圖1所示）

城建總院經(jīng)過認(rèn)真的實(shí)地勘察、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目尚行匝芯浚贫ǔ鲕壍澜煌?、9、11號線三線換乘時間不超過5分鐘的“環(huán)港匯”方案。方案提出，11號線向西移到港匯廣場西側(cè)的恭城路地下；9號線則大膽借用港匯廣場公寓樓與商業(yè)大樓之間已建成的地下車庫。變車庫為地鐵站，在全國還是首例。這一方案將工程對路面交通的影響降至最低，卻也推高了工程風(fēng)險。

謝波坦言，與港匯廣場協(xié)調(diào)用地下車庫建站是一個博弈的過程。地下室的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和耐受力能否適應(yīng)建站需求，建站之后是否影響地面建筑的穩(wěn)固性，地鐵站建成后港匯廣場的收益有多大，商業(yè)面積的購買如何進(jìn)行？而BIM技術(shù)為商務(wù)談判提供大量的數(shù)據(jù)、模型作為支撐，有效打消了對方的顧慮。

＞＞圖2 徐家匯地鐵站建筑模型

簡介

上海市城市建設(shè)設(shè)計研究總院（“城建總院”）創(chuàng)建于1963年，是以從事城市基礎(chǔ)設(shè)施勘察設(shè)計為主的綜合性設(shè)計咨詢研究單位，具有市政行業(yè)甲級、公路行業(yè)專業(yè)甲級、建筑行業(yè)（建筑工程）甲級、水利行業(yè)專業(yè)甲級、工程勘察綜合甲級、工程測繪、工程咨詢、工程造價、工程監(jiān)理甲級資質(zhì)，市政公用工程施工總承包二級資質(zhì)，可以為工程建設(shè)全過程提供服務(wù)。

城建總院始終位于上海市勘察設(shè)計單位綜合考評前十名，位全國百強(qiáng)之列，并躋身于中國工程設(shè)計企業(yè)60強(qiáng)；首批被授予上海市優(yōu)秀公司，并連續(xù)榮膺此光榮稱號。近年獲得全國五一勞動獎狀、上海市文明單位、金杯公司、質(zhì)量管理獎、實(shí)施卓越績效模式先進(jìn)企業(yè)、職工最滿意企業(yè)、專利試點(diǎn)企業(yè)、創(chuàng)新型企業(yè)等多項(xiàng)榮譽(yù)稱號。

此外，徐家匯地鐵站內(nèi)部空間十分狹小，謝波稱工程是在“螺螄殼里做道場”，再加上市政的各種管線交錯，地下樓層高低不同，空間管理十分復(fù)雜。通過BIM空間管理技術(shù)，可以使諸多頭緒一一理清。（如圖2所示）

例如管線專業(yè)模型疊加，形成管線綜合模型，檢查專業(yè)間管線布置是否沖突，比平面管線綜合圖更直觀，沖突發(fā)現(xiàn)更準(zhǔn)確；管線綜合模型更可疊加裝修模型，方便檢查管線與裝修吊頂?shù)臎_突；車站建筑裝飾模型則用于檢驗(yàn)車站站臺的標(biāo)志、標(biāo)識設(shè)置的視覺效果、樓扶梯周邊布置對乘客疏散的影響；車站機(jī)電模型用于確保各種管道的建筑、結(jié)構(gòu)預(yù)留孔是否得到滿足，檢修空間是否有保證；車站站臺電氣模型，用于檢查公共區(qū)橋架、燈具布置、配電間布置。

“在施工階段，將設(shè)計模型導(dǎo)入后，可進(jìn)行安裝支架施工虛擬布置，安排各專業(yè)施工有序進(jìn)行，更可進(jìn)行綜合支吊架設(shè)置。設(shè)計模型可以分解為單個構(gòu)件、部件，項(xiàng)目管理計劃表不再僅停留在施工區(qū)，更可以細(xì)化到某一結(jié)構(gòu)柱、某一片墻體、某一個孔洞、某一臺設(shè)備、某一段管道?！敝x波指出，模型精度提高后，建模精度可以達(dá)到零件，物料清單可以細(xì)化到螺釘級別。

BIM給協(xié)同辦公帶來的改進(jìn)同樣值得稱道。設(shè)計、施工、管理三者無法完全割裂，在這種模式下，技術(shù)信息的傳遞尤為重要。從設(shè)計、施工到運(yùn)營，BIM可以將信息有序地傳遞給下一道工序的工作人員。借助相關(guān)軟件，在車站實(shí)際竣工前，非工程建設(shè)專業(yè)的運(yùn)營方還可了解車站的最終面貌，在虛擬界面中漫游車站，提出改進(jìn)建議。

＞＞圖4 基于BIM的全內(nèi)容建模

“徐家匯樞紐是一個復(fù)雜的地下工程，而BIM對整個工程設(shè)計質(zhì)量管理是非常有幫助的。BIM幫助業(yè)主落實(shí)了各種意愿，解決了商業(yè)談判、設(shè)計協(xié)調(diào)、設(shè)計接口、方案實(shí)施等問題，同時有助于業(yè)主實(shí)時了解整個工程實(shí)施過程中的施工條件和進(jìn)展情況，發(fā)揮了實(shí)實(shí)在在的作用?！敝x波說。

細(xì)節(jié)提升品質(zhì)

與其他地道工程相比，上海市陳翔路地道的工程環(huán)境更加復(fù)雜。城建總院負(fù)責(zé)的主要包括道路、排水、地下通道、地道泵站，同步實(shí)施公用管線、綠化、照明、交通標(biāo)志標(biāo)線等附屬設(shè)施。

陳翔路地道總長500米，位于我國大陸第一條高速公路滬嘉高速的地下，緊鄰地鐵11號線、超高壓輸電線以及各種市政管線等，對設(shè)計要求很高；同時地道工程涉及的專業(yè)也很多，包括地道、橋梁、道路、建筑、綠化、交通等十幾個專業(yè)，設(shè)計協(xié)調(diào)的工作量較大。（如圖3所示）

城建總院總承包部BIM小組負(fù)責(zé)人秦雯介紹：“陳翔路地道主要包括18個具體應(yīng)用，每一個應(yīng)用都比較實(shí)用，可以說是小而精。在設(shè)計階段，我們用BIM完成了全內(nèi)容的建模，每一根鋼筋都得以展現(xiàn)；在完全脫離CAD常規(guī)平臺的情況下出施工圖，不僅符合施工圖要求，還使圖紙的錯誤率大大減少?！?/p>

在以往的地道項(xiàng)目中，設(shè)計團(tuán)隊(duì)很少深入認(rèn)證地道采光，而借助BIM軟件Revit和綠色分析軟件Ecotect，BIM小組對地道內(nèi)采光、過渡段采光和周邊建筑的反光污染等都做出了細(xì)致入微的光學(xué)分析，有針對性地設(shè)置燈光，減少地道內(nèi)外的光線變化，保障了行車安全，成為城建總院的一次重要創(chuàng)新。同樣的應(yīng)用還有模擬交通狀況后做出的力學(xué)分析。對細(xì)節(jié)的關(guān)注大大提升了設(shè)計的品質(zhì)。（如圖4所示）

在2011年，城建總院就完成了陳翔路地道模型的三維打印，在當(dāng)時的全國市政工程中還是首家。作為一種最直觀的表現(xiàn)形式，三維模型使設(shè)計院與業(yè)主等單位的交流更為輕松順暢。

在施工階段，城建總院將BIM模型導(dǎo)入到機(jī)器人全站儀的測量庫中，直接在施工現(xiàn)場進(jìn)行放樣，避免了復(fù)雜的計算，使工作效率提高了2～3倍，并且保證精度。同時，城建總院也將安全設(shè)施納入到BIM模型中，對現(xiàn)場的安全防護(hù)情況進(jìn)行模擬論證，提升了現(xiàn)場的安全管理水平。

“當(dāng)前市政運(yùn)維主要工作是診治，我們希望能夠借助BIM來優(yōu)化市政設(shè)施的養(yǎng)護(hù)管理。依托BIM大量的數(shù)據(jù)，對病害進(jìn)行量化的科學(xué)預(yù)警，增強(qiáng)設(shè)施的使用壽命。”秦雯對BIM應(yīng)用的前景十分看好“BIM不僅是技術(shù)上的革新，更是管理上的革新，這是一個循序漸進(jìn)的過程。目前BIM的理念已經(jīng)被業(yè)內(nèi)普遍接受，在一些應(yīng)用點(diǎn)上有了突出的表現(xiàn)。未來，BIM還將大大推動行業(yè)生產(chǎn)的綜合提升，對生產(chǎn)關(guān)系產(chǎn)生深刻影響，促進(jìn)一些新的建設(shè)模式發(fā)展，催生一些基于BIM服務(wù)的新行業(yè)?！?/p>

“對于使用者來說，好的BIM軟件的優(yōu)勢就在于易于上手，應(yīng)用面廣，適合用來做構(gòu)架級的建模?！崩钚l(wèi)東指出，“CAD軟件實(shí)現(xiàn)了從手工繪畫到電子繪畫的過渡，它影響的可能只是一個設(shè)計階段；但BIM影響的是整個設(shè)計行業(yè)的流程改造和整個產(chǎn)業(yè)鏈，BIM技術(shù)將大大推動行業(yè)生產(chǎn)的綜合提升，對生產(chǎn)關(guān)系產(chǎn)生深刻影響，促進(jìn)一些新的建設(shè)模式發(fā)展，催生一些基于BIM服務(wù)的新行業(yè)，未來一定會掀起一場變革。”