北橫通道工程BIM技術(shù)研究應用概述

高文堃

（上海市地下空間設計研究總院有限公司,上海市 200020）

北橫通道工程BIM技術(shù)研究應用概述

高文堃

（上海市地下空間設計研究總院有限公司,上海市 200020）

北橫通道新建工程是上海市2015年BIM應用試點項目之一,也是上海市首個全線全覆蓋應用BIM技術(shù)的特大型城市道路工程。基于北橫通道新建工程特點,編制涵蓋道路、橋梁、隧道、下立交多工程類型的BIM交付標準和行為標準；結(jié)合北橫通道新建工程特點,立足技術(shù)創(chuàng)新,進行設計方案比選、虛擬建設、工程漫游、施工工藝模擬等BIM應用,并研發(fā)了“特大型城市道路工程基于BIM全生命周期協(xié)同管理平臺”。其研究成果將提高北橫通道新建工程建設效率,提高管理水平,節(jié)省資源。

BIM；北橫通道新建工程；BIM標準；協(xié)同管理平臺

0 引言

建筑信息模型（Building Information Modeling, BIM）是以建筑工程項目的各項相關信息數(shù)據(jù)作為基礎,建立起三維的建筑模型,通過數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息。它具有信息完備性、信息關聯(lián)性、信息一致性、可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性八大特點。從1975年美國佐治亞理工大學的Chuck Eastman教授提出建筑物計算機模擬系統(tǒng)（Building Description System, BDS）的概念,到2002年BIM的概念被第一次提出,之后BIM技術(shù)的理念開始迅速發(fā)展。我國2003年引入BIM概念,國家先后出臺多項推進政策, 2016年8月住建部發(fā)布《2016-2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》[1]中明確指出“全面提高建筑業(yè)信息化,增強BIM、大數(shù)據(jù)、智能化、移動通訊、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)集成應用能力,建筑業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化取得突破性進展,初步建成一體化行業(yè)監(jiān)管和服務平臺”。2017年2月,國務院發(fā)布《關于促進建筑業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的意見》[2]中提到“加快推進建筑信息模型（BIM）技術(shù)在規(guī)劃、勘察、設計、施工和運營維護全過程的集成應用,實現(xiàn)工程建設項目全生命周期數(shù)據(jù)共享和信息化管理,為項目方案優(yōu)化和科學決策提供依據(jù),促進建筑業(yè)提質(zhì)增效”。上海市也在2016年推出了6本BIM標準。

BIM技術(shù)多用于地面建筑,市政工程中BIM技術(shù)應用起步較晚,目前尚處于初步應用階段。北橫通道新建工程作為上海市乃至國內(nèi)首屈一指的頭號特大型城市道路工程,也是第一個采用“業(yè)主主導,專業(yè)BIM咨詢、各方參與”模式的市政工程項目。本文研究在這種模式下采用BIM技術(shù)對工程質(zhì)量、進度、安全和投資等方面的輔助管理的具體應用,編制BIM實施系列標準,開發(fā)基于BIM與GIS技術(shù)的協(xié)同管理平臺。

1 工程概況

1.1 工程概況

上海市北橫通道是中心城區(qū)北部東西向小客車專用通道,服務北部重點地區(qū)的中長距離到發(fā)交通,是三橫北線的擴容和補充。北橫通道西起北虹路,東至內(nèi)江路,貫穿上海中心城區(qū)北部區(qū)域,全線經(jīng)長寧路—光復西路—蘇州河—余姚路—新會路—天目西路—天目中路—海寧路—周家嘴路,向西銜接北翟快速路,向東接周家嘴路越江隧道,全長約19.1 km,是國內(nèi)目前規(guī)模最大的以地下道路為主體的城市主干路。全線工程涉及盾構(gòu)法隧道、高架道路、立交改造、道路下立交、地面道路改擴建等內(nèi)容。

1.2 工程特點與難點

北橫通道新建工程（下文簡稱“北橫工程”）具有投資大、線路長、影響范圍廣、工期緊的工程特點。北橫工程沿線的建構(gòu)筑物復雜且經(jīng)過多個中心區(qū)域,沿線主要相關控制建筑共計85處,交通流量大,離居民區(qū)近,因此對設計、施工以及環(huán)境保護都提出了較高要求。北橫工程建設參與方眾多,包括勘察、設計、施工、供應商、監(jiān)理、第三方監(jiān)測檢測等,同時工程需與交通、消防、公安、市政管線公司、軌道交通等多家相關單位進行溝通,工程信息總量龐大、交互需求緊迫,現(xiàn)有的建設管理模式難以滿足北橫工程的管理需要,因此,亟待尋求適合北橫工程建設信息化管理模式。

1.3 研究目標和研究內(nèi)容

實現(xiàn)北橫工程全生命期、各參與方的BIM應用,充分發(fā)揮BIM應用價值,有效控制和協(xié)助管理工程建設的質(zhì)量、進度、安全和投資控制,提升北橫工程的精細化管理水平,提高工程管理和決策效率,減少返工浪費,保證工期,提高工程質(zhì)量和投資效益。

建立一套基于BIM技術(shù)的協(xié)同管理機制、數(shù)據(jù)標準、BIM實施標準,形成一套市政工程建設可復制、可推廣的成套BIM應用和信息管理體系,為后續(xù)類似的大型市政工程推進BIM技術(shù)應用提供示范基礎。

2 特大型城市道路工程BIM實施標準

北橫工程BIM實施系列標準總體框架是以清華大學（CBIMS）標準框架為參考依據(jù),分為應用需求層、核心層、約束層（見圖1）。核心層以交付標準為中心,行為標準和資源標準控制、規(guī)范各參與方建模過程。BIM應用實施導則為各參與方提供各應用點操作說明和流程。

圖1 標準框架示意圖

2.1 BIM交付標準

根據(jù)北橫工程工程類型,BIM交付標準分為橋梁篇和隧道篇,針對不同工程類型特點,編制交付標準,以保證在各自工程類型中BIM模型信息的準確性和完整性。交付標準內(nèi)容包括模型范圍、專業(yè)分類、幾何信息、非幾何信息、信息深度等級以及交付要求等。

橋梁篇專業(yè)分為:景觀、道路、橋梁、排水、照明、監(jiān)控。

隧道篇專業(yè)分為:環(huán)境、道路、建筑結(jié)構(gòu)、通風、給排水及消防、供電、照明、監(jiān)控。

幾何信息主要包括模型中構(gòu)件空間位置信息、尺寸。非幾何信息包括設計參數(shù)、施工信息參數(shù)、設備參數(shù)、運維信息和其他信息。

模型深度等級是參照美國建筑師協(xié)會（AIA）2008年文檔E202中定義的LOD的概念。同時為了給未來可能會插入等級預留空間,定義LOD為100到500五個等級。

2.2 BIM行為標準

BIM行為標準是指導模型創(chuàng)建和協(xié)同工作的標準,內(nèi)容包括:模型交互應用流程、協(xié)同設計原則、模型創(chuàng)建要求、命名規(guī)則（規(guī)定項目文件夾、模型文件、構(gòu)件等命名要求）、建筑結(jié)構(gòu)扣減規(guī)則,并提供視圖模板、構(gòu)件顏色規(guī)定。BIM行為標準與交付標準之間存在一定的對應關系,如圖2所示。

圖2 行為標準與交付標準對應關系

3 設計施工過程BIM技術(shù)應用

3.1 設計階段BIM技術(shù)應用

在設計階段,借助BIM技術(shù)三維可視化特點,建立三維模型直觀表達設計意圖。如在北虹路立交水上派出所選址的方案比選過程中,BIM技術(shù)發(fā)揮了這一特長,在三維環(huán)境中清晰展示兩個方案的利弊,輔助決策。同樣,在天目路立交公示階段,運用BIM模型與周邊受影響小區(qū)街道及居民代表進行溝通,與傳統(tǒng)的二維圖紙相比,使居民代表更方便更全面地理解工程,做到了工程的公開透明,使居民更好地理解工程竣工狀態(tài),有助于解決群眾訴求。除此之外,BIM技術(shù)在設計階段的運用可以輔助設計師審查設計的合理性,并且BIM三維模型的信息表達要更全于二維圖紙的表達,有利于規(guī)避設計過程中人為出現(xiàn)的失誤,使得設計方案更加完善。

（1）優(yōu)化規(guī)劃方案,降低對環(huán)境的干擾。

北虹路立交新建工程與原有立交、建筑、交通、管線、駁岸相互交織,空間復雜。運用BIM技術(shù),優(yōu)化匝道與新建地塊方案,解決主線占小區(qū)綠化、人行道的問題,如圖3所示,發(fā)現(xiàn)承臺與市政管線沖突21處,使工程對現(xiàn)狀環(huán)境的影響降至最低。

圖3 設計方案優(yōu)化

（2）解決凈空控制難題,提高溝通效率。

天目路立交新建大跨度大縱坡橋梁,上跨既有高架,實現(xiàn)北橫與南北高架的連接,在立交環(huán)島區(qū)呈空間四層交錯分布,且局部采用大尺寸門墩,加之既有高架建成數(shù)年后已有一定沉降,使得橋梁設計中凈空控制存在很大難度。在本節(jié)點中,通過對現(xiàn)狀高架進行建模,并加入沉降數(shù)據(jù)進行模型修正,再整合新建立交模型形成精準的BIM模型,協(xié)助設計核對立交區(qū)內(nèi)設計方案的凈高,避免設計中可能存在的數(shù)據(jù)缺失造成方案缺陷,保證設計質(zhì)量,提高設計品質(zhì)。

3.2 施工階段BIM技術(shù)應用

在施工階段,借助BIM技術(shù)的可模擬性,未建先試模擬施工過程,提前發(fā)現(xiàn)問題,減少不必要的返工。如在明挖過蘇州河段,施工的場地條件十分苛刻,運用BIM技術(shù)對工程就復雜節(jié)點進行4D施工模擬,檢查工序碰撞,優(yōu)化流水作業(yè)排布,深化施工方案和細化進度計劃,降低了施工風險,確保了施工進度和安全。同樣,江浦路新建下立交施工區(qū)域狹長,管線復雜,用地范圍狹窄,利用BIM技術(shù)中二、三維聯(lián)動及參數(shù)驅(qū)動的特性,分段布置、調(diào)整管線位置,直接生成規(guī)劃斷面圖,既快速又精確,同時避免了管線碰撞。

在盾構(gòu)穿越影響建筑的應用中,將風險點、一般影響建筑、計劃拆除建筑和非影響建筑四類建筑物區(qū)分為紅、黃、白和透明色,同時將建筑名稱標注用編程的方式自動標注在建筑物上并區(qū)分顏色。對關注區(qū)域直接定位,在漫游時準確知道所處位置,解決二維三維聯(lián)動和局部總體顯示問題。調(diào)節(jié)地表透明度,既真實反映周邊環(huán)境又可以顯示地面以下結(jié)構(gòu)物情況,免去切換地形的麻煩,實時斷面剖切（見圖4）,可以在關注的部位進行細致分析,提升了地下工程方案溝通效果和設計的精細度。

圖4 盾構(gòu)穿越影響建筑

4 特大型城市道路工程基于BIM全生命周期協(xié)同管理平臺

在工程建設管理中,BIM技術(shù)的信息集成性為提升工程精細化管理提供了基礎。北橫通道是上海市基礎設施建設中第一個采用“業(yè)主主導、專業(yè)咨詢、各方應用”BIM應用模式的工程,業(yè)主和咨詢單位建立了一系列BIM標準和管理制度,并且北橫通道工程自主研發(fā)了基于網(wǎng)頁的BIM協(xié)同管理平臺,攻克了多軟件模型融合、大體量模型輕量化展示等關鍵技術(shù),為各方數(shù)據(jù)傳遞、交換、協(xié)同應用提供了基準和保障。

4.1 平臺建設目標

以北橫通道工程建設為背景,將BIM技術(shù)應用貫穿設計、建設和運維全階段,結(jié)合GIS、web等技術(shù)搭建一個大型市政工程全生命周期協(xié)同管理平臺,實現(xiàn)信息集成、共享、更新和管理,保證信息的一致性,實現(xiàn)各參與方的協(xié)同交流、信息共享,實現(xiàn)對整個項目的動態(tài)控制,為管理和決策提供幫助,提升工程設計、施工的管理水平,減少返工浪費,縮短工期,提高工程質(zhì)量和投資效益。

以構(gòu)建“特大型城市道路工程基于BIM全生命周期協(xié)同管理平臺”為核心,建立工程參建各方的信息網(wǎng)絡和信息流動機制,結(jié)合計算機技術(shù)、BIM技術(shù)、數(shù)據(jù)分析技術(shù),通過基于BIM的中心數(shù)據(jù)庫建設及工程協(xié)同管理技術(shù)的研究,形成一套可在工程建設行業(yè)內(nèi)復制推廣的成套信息技術(shù)體系。

4.2 平臺的功能架構(gòu)

以GIS和BIM三維空間模型為載體,將工程全生命周期的過程信息整合在一起,通過信息傳遞和交換平臺,打破工程中不同階段、不同專業(yè)、不同角色之間的信息溝通壁壘,實現(xiàn)信息的準確傳遞,并以此為基礎,建立工程協(xié)同管理平臺,圍繞規(guī)劃期、設計期、施工期、運維期的核心管理目標,使管理人員能夠通過快速、形象、便捷的信息入口,進行工程全生命周期協(xié)同和智慧管理,改變市政行業(yè)傳統(tǒng)管理和運營模式,提升市政工程的質(zhì)量和效益。圖5為平臺整體功能架構(gòu)。

圖5 平臺整體功能架構(gòu)

平臺采用分層分塊技術(shù)、數(shù)據(jù)自動優(yōu)化技術(shù)、LOD技術(shù),實現(xiàn)大體量BIM模型數(shù)據(jù)的在線高速展現(xiàn)；建立了設計各方之間、設計方與施工方之間的聯(lián)系；對施工過程進行進度、質(zhì)量、投資和安全的全過程管理,使得各參與方不僅能夠全面了解施工狀態(tài),而且能夠系統(tǒng)提升施工管理能力；平臺采用權(quán)限管理考慮數(shù)據(jù)安全以及知識產(chǎn)權(quán)維護等方面需求。

5 結(jié)語

北橫通道新建工程是國內(nèi)首屈一指的特大型城市道路工程,全線全過程應用BIM技術(shù),是首個在市政領域采用“業(yè)主主導、BIM專業(yè)咨詢、各方參與”模式的工程。本文結(jié)合北橫工程特點,研究編制了BIM實施系列標準,并在北橫工程中取得了良好的應用效果。根據(jù)北橫工程進展情況,進行了多項BIM應用點的實施,自主研發(fā)了“特大型城市道路工程基于BIM全生命周期協(xié)同管理平臺”,提升北橫工程精細化管理水平,平臺將在北橫工程持續(xù)應用。

[1]住房城鄉(xiāng)建筑部.2016-2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要 [Z].北京:住房城鄉(xiāng)建筑部,2016.

[2]國務院辦公廳.關于促進建筑業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的意見（國辦發(fā)[2017]19號）[Z].北京:國務院辦公廳,2017.

廣東省揭惠高速惠來段主線全部貫通

廣東省揭惠高速公路惠來段全線建設進展順利,目前已投入資金約9.85億元,主線已全部貫通,預計今年9月份完成瀝青路面鋪設,今年年底將通車。

揭惠高速公路項目是落實廣東省委、省政府《關于促進粵東地區(qū)實現(xiàn)“五年大變化”的指導意見》精神的重大項目,是省網(wǎng)二橫、四橫和五橫線的聯(lián)絡線,是縱貫揭陽和汕頭兩市南北向的重要通道。該項目路線走向起于榕城區(qū)仙橋街道(接省道234線),經(jīng)普寧南徑鎮(zhèn),汕頭市潮南區(qū)司馬浦鎮(zhèn)、雷嶺鎮(zhèn),惠來縣華湖鎮(zhèn)、神泉鎮(zhèn),止于惠來縣前詹鎮(zhèn)(接規(guī)劃的惠來沿海一級公路),全長71.8 km。其中:主線長約63.3 km,采用雙向4車道、時速100 km/h的高速公路標準設計;榕城區(qū)內(nèi)的連接線8.5 km,采用設計時速80 km/h、雙向4車道一級公路技術(shù)標準。項目估算總投資86.5億元。

揭惠高速公路惠來段起于惠來縣華湖鎮(zhèn)堡內(nèi)村,經(jīng)神泉鎮(zhèn)前湖村,止于前詹鎮(zhèn)新陂村,路線長11.7 km,沿線涉及華湖、神泉、前詹3鎮(zhèn)15個自然村,估算總投資13.92億元,設置有華湖互通立交和美園樞紐互通立交。華湖互通立交主要與原省道337線連接,設有華湖收費站一個,是惠來縣的主要出入口;美園樞紐互通立交則為揭惠高速與深汕高速提供連續(xù)、快速的交通轉(zhuǎn)換。目前,該項目已投入資金約9.85億元,主線已全部貫通,路基工程已基本完成,路面工程已完成主線水穩(wěn)墊層及兩層底層鋪設,兩處立交全部匝道、橋梁路基工程已完成,預計今年9月份完成瀝青路面鋪設,今年年底將通車。

該項目貫通南部沿海臨港經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)帶,建成后將有效串聯(lián)沿線東西向公路,進一步縮短揭陽市區(qū)至惠來縣的距離,進一步提高潮汕地區(qū)的通達程度,對促進區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展和粵東一體化具有重要意義。

U41；TP31

B

1009-7716（2017）07-0035-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.07.010

2017-03-16

高文堃（1990-）,女,寧夏石嘴山人,助理工程師,從事BIM研究工作。