市政BIM發(fā)展趨勢淺析

成都市市政工程設(shè)計研究院 王彥祥 章沛蓉

Bentley軟件(北京)有限公司 田穎玲

西華師范大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 何琴

前言

近年來，市政工程項目復(fù)雜化程度越來越高，影響設(shè)計與施工的因素也越來越多，參建單位以全過程工程咨詢和總包方式介入趨勢日益明顯，業(yè)主從多維度對項目進(jìn)行評價，對項目提出了更高的要求。BIM在該環(huán)境下充分發(fā)揮優(yōu)勢，采用可視化手段在項目的全生命周期進(jìn)行設(shè)計及施工的優(yōu)化，參與運維管理，通過量化手段及仿真模擬，提高工作效率、節(jié)約成本。

在實際項目中，參建各方會根據(jù)自身需求選擇相應(yīng)的軟件平臺，開展不同程度的應(yīng)用，而各單位在項目的不同階段進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞或同一階段進(jìn)行數(shù)據(jù)交互時，又涉及到數(shù)據(jù)格式問題。本文結(jié)合市政BIM軟件平臺發(fā)展現(xiàn)狀，淺析BIM應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，對市政BIM應(yīng)用的趨勢進(jìn)行簡要介紹。

1.BIM軟件應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 現(xiàn)階段平臺的功能、行業(yè)細(xì)分、收購合并現(xiàn)狀

BIM的關(guān)鍵在于信息（Information），這個是區(qū)別于傳統(tǒng)二維設(shè)計的關(guān)鍵，也是信息模型的價值所在，同時信息必須依托模型（Model）?；谟嬎銠C硬件的發(fā)展，原本約束軟件使用范圍的瓶頸得以解決，硬件可以支持更大體量和范圍的模型，參與模型的構(gòu)建、仿真模擬與渲染和分析。

市政項目組成較為復(fù)雜，可供選擇的BIM軟件較多。BIM軟件平臺可以按照路、橋、隧、管網(wǎng)、水廠、泵站等專業(yè)進(jìn)行區(qū)分?，F(xiàn)以國外軟件Bentley、Autodesk、Dassault為例進(jìn)行簡要介紹。

前述三家軟件平臺針對市政項目均提供有一系列解決方案。其中，Bentley針對各專業(yè)均有對口軟件，數(shù)據(jù)交互性好，可以通過相互參考的方式完成設(shè)計的優(yōu)化和模型檢查，利用ProjectWise參與協(xié)同管理；Autodesk的房建軟件Revit參數(shù)化性能較好，通過Dynamo編程方式協(xié)助完成路橋隧模型構(gòu)建，統(tǒng)一進(jìn)入Naviswork進(jìn)行拼裝檢視，通過GIS性質(zhì)的軟件Infraworks完成模型和正射影像的組合，實現(xiàn)對大體量模型的支持；Dassault的參數(shù)化設(shè)計軟件Catia，在橋梁設(shè)計上表現(xiàn)優(yōu)異，同時3D Experience提供了云協(xié)同平臺。面對同一領(lǐng)域的競爭對手，軟件平臺除開發(fā)新的產(chǎn)品外，還采用了并購的策略。Bentley近年來的并購路線如表1所示。

從軟件應(yīng)用場景結(jié)合Bentley已擁有的軟件進(jìn)行分析，在集成了BIM三維信息處理能力的基礎(chǔ)上，并購可以彌補自身短板，往協(xié)同平臺化的方向發(fā)展，進(jìn)一步拓寬可視化的邊界，在一個軟件供應(yīng)商的體系內(nèi)構(gòu)建基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項目的全生命周期，通過上下游的整合，形成閉環(huán)生態(tài)，同時留有外部端口，允許其他軟件的接入，進(jìn)一步拓展應(yīng)用空間。從產(chǎn)品線進(jìn)行分析，并購使自身產(chǎn)品線與競爭對手相稱，出現(xiàn)對標(biāo)產(chǎn)品，這一特點在其他軟件供應(yīng)商的并購路線也呈現(xiàn)相同的趨勢。

表1 Bentley軟件并購統(tǒng)計表

BIM軟件并購并非以大吃小，更多的是優(yōu)勢互補，消除應(yīng)用盲區(qū)。隨著基建設(shè)施的完善和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，智慧城市和數(shù)字孿生模型被提上議程，云平臺炙手可熱，完成并購之后的軟件商服務(wù)范圍較為統(tǒng)一，這種結(jié)果源自技術(shù)的進(jìn)步及客戶需求。

1.2 選擇平臺的因素：性價比、專業(yè)配合程度、數(shù)據(jù)交互及傳遞

對于參與項目建設(shè)的單位而言，基于自身利益和業(yè)主要求，會對己方參與的部分進(jìn)行不同程度的數(shù)字化，該階段涉及軟件平臺的選擇。

影響平臺選擇的因素包括自身優(yōu)勢專業(yè)對應(yīng)的專業(yè)軟件成熟程度、平臺搭建時間與維護成本、模型應(yīng)用的生命周期、專業(yè)之間的配合與銜接、項目不同階段的數(shù)據(jù)交互與傳遞，人才培養(yǎng)成本以及投資和產(chǎn)出比等。但實際情況是，即便是同一軟件商提供的產(chǎn)品，軟件之間的格式也可能不盡相同，容易造成數(shù)據(jù)傳遞的障礙；同樣，由于很多項目采用的是D-B（Design-build）模式，設(shè)計單位和施工單位采用不同的軟件平臺，造成了信息傳遞不完整或者重復(fù)構(gòu)建模型等情況的發(fā)生。

1.3 BIM在項目中的應(yīng)用深度

BIM在市政項目的不同階段有著不同深度的應(yīng)用。

勘察階段利用無人機獲取傾斜攝影或正攝影像，或者利用激光雷達(dá)獲取點云數(shù)據(jù)，用于構(gòu)建實景模型，一定程度上降低了人工獲取數(shù)據(jù)的風(fēng)險，提高了工作效率；對地質(zhì)鉆孔資料進(jìn)行整理，構(gòu)建三維地質(zhì)剖面，實現(xiàn)可視化管理；將管勘數(shù)據(jù)導(dǎo)入SUE，構(gòu)建現(xiàn)狀地下管網(wǎng)。

基于勘察階段形成的成果，設(shè)計階段可通過“BIM+實景”的方式評估道路選線的合理性，分析填挖方與自然景觀之間的關(guān)系；通過構(gòu)建各專業(yè)模型并總裝，可以進(jìn)行管線碰撞及凈空分析，有效地解決錯漏碰缺；對于給排水管網(wǎng)，可以進(jìn)一步評估管道承載能力；BIM模型能夠提供精準(zhǔn)的工程量數(shù)據(jù)；圖紙階段的切剖和軸測圖能夠有效地提高圖紙的可讀性。在完成模型的基礎(chǔ)上，通過可視化展示，進(jìn)行項目的漫游，可以更清晰地展示設(shè)計方案。

在施工階段，BIM的應(yīng)用主要集中在施工模擬、進(jìn)度和質(zhì)量的控制上。其中施工模擬應(yīng)用于管線切改、房屋拆遷及設(shè)備安裝階段，通過可視化使各分包方更好地判斷項目切入點、控制不利因素；對于施工進(jìn)度和質(zhì)量的控制，主要是通過協(xié)同平臺，實現(xiàn)資料的高效流轉(zhuǎn)和安全存儲，典型的案例為中國尊項目[1]。

在運維管理階段，主要是應(yīng)用于市政路橋和管網(wǎng)，依托于GIS平臺搭載實景模型，國內(nèi)關(guān)于直接采用BIM軟件進(jìn)行資產(chǎn)管理的報道相對較少。

2.軟件發(fā)展趨勢

對于一個項目來說，從勘察設(shè)計到施工運維，如果僅應(yīng)用一個平臺的軟件實現(xiàn)整個生命周期，將會有效地減少無用功；項目周期內(nèi)采用同一套數(shù)據(jù)格式，能夠有效提高數(shù)據(jù)傳遞的完整性，減少文件交互過程中的信息損失。數(shù)據(jù)格式兼容性更強的軟件的優(yōu)勢日益顯著。

用戶在項目的實際操作過程中，經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)軟件應(yīng)用的局限性，同時針對項目特點提出軟件改進(jìn)需求，這是影響軟件發(fā)展方向的重要一環(huán)。軟件商在修復(fù)BUG的同時可以實現(xiàn)產(chǎn)品的迭代。設(shè)計人員、施工方、運維單位對于平臺的需求具有共通性：軟件易用性好、實現(xiàn)模型的輕量化、保證信息數(shù)據(jù)的完整性、云端可查。這些需求是影響軟件平臺開發(fā)和并購策略的主要因素。

軟件的發(fā)展除了需結(jié)合用戶的需求外，另一個因素就是模仿與跟進(jìn)競爭對手的優(yōu)勢產(chǎn)品，在構(gòu)建三維模型的基礎(chǔ)上，Bentley改進(jìn)了參數(shù)化設(shè)計；Autodesk收購了Assemble Systems用于強化項目管理平臺；Dasault則通過構(gòu)建研發(fā)中心，開發(fā)市政領(lǐng)域的多個子項軟件。從時間跨度上來看，軟件功能呈現(xiàn)趨同性，產(chǎn)品出現(xiàn)對標(biāo)性的特點。目前在實際工程中，主要借助軟件之間的搭配及組合來完成不同類型的項目，涉及不同的軟件平臺和數(shù)據(jù)格式。

結(jié)合各軟件平臺技術(shù)路線可以判斷，一方面將依托核心軟件的更新迭代進(jìn)行縱深推進(jìn)，另一方面需借助資源整合，通過并購方式實現(xiàn)橫向拓展。平臺的后續(xù)形態(tài)將覆蓋整個項目的全生命周期，從建模到仿真、從建造模擬到資產(chǎn)管理，提出一套完整的解決方案。

3. BIM軟件應(yīng)用的發(fā)展趨勢

目前，國內(nèi)對于BIM軟件在項目上的應(yīng)用處于“邊學(xué)、邊練、邊積累”的階段，較為常規(guī)的發(fā)展路線為：翻?！鷨螌I(yè)模型構(gòu)建→各專業(yè)搭配構(gòu)建模型→協(xié)同設(shè)計，在這一過程中伴隨著模型的校審，方案的評估和協(xié)作方式的改進(jìn)，實現(xiàn)了設(shè)計質(zhì)量的提升和工作效率的優(yōu)化。隨著軟件的普及和人才培養(yǎng)體系的成熟，這一過程逐漸明晰，但僅建立一個三維模型并不能充分發(fā)揮軟件的功能。

市政道路

地下綜合管廊

互通式立交

BIM的關(guān)鍵在于信息，以基礎(chǔ)模型（Model）為載體，信息是后續(xù)運維管理的關(guān)鍵。三維模型更多的是提供物理信息，即幾何屬性（定位、尺寸），其非幾何屬性應(yīng)得到進(jìn)一步的挖掘，用于驗證設(shè)計的合理性，更好地發(fā)揮工程的社會效益。許云驊對污水廠單體進(jìn)行綠色建筑分析和池體污水的流態(tài)分析[2]；蘇木提出軌道交通與周邊地塊聯(lián)通的通道設(shè)計，可以借助BIM技術(shù)對站內(nèi)消防、安保布置及客流進(jìn)行分析，實現(xiàn)地塊客流的最大引流[3]。

以設(shè)計階段為例，對于基礎(chǔ)模型，通過信息加載或信息提取，可以進(jìn)行多專業(yè)的模擬與仿真，獲取高附加值的數(shù)據(jù)。對于建構(gòu)筑物，基于模型完成配筋后，結(jié)合預(yù)留孔洞進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力分析，對配筋加以調(diào)整，提高結(jié)構(gòu)安全性；對市政道路進(jìn)行照明分析，合理分配公共資源；對輸水管道進(jìn)行水力過渡分析，根據(jù)分析結(jié)果調(diào)整平縱位置，進(jìn)一步做管線碰撞檢測，保證輸水穩(wěn)定性；建筑單體內(nèi)的煙氣擴散模擬、排水管道的過流能力、流態(tài)分析及壓力變化都是判斷設(shè)計合理性的重要參數(shù)，可以對不同負(fù)荷下的運行狀態(tài)進(jìn)行評估，對于運維保養(yǎng)有重要意義。

從幾何屬性的應(yīng)用擴展到非幾何屬性的應(yīng)用，通過信息的發(fā)掘與傳遞，鏈接設(shè)計、采購、施工和運維，BIM應(yīng)用將從底端的翻模提升至信息載體。經(jīng)過實際項目的經(jīng)驗累積，在全過程工程咨詢和總包的背景下，BIM的應(yīng)用將進(jìn)一步得到前置，在IPD模式下更好地發(fā)揮作用。

4.基于BIM+GIS，構(gòu)建CIM平臺

目前，市政BIM較多應(yīng)用于路橋隧、建筑單體或園區(qū)，用來整合和管理設(shè)施本身全生命周期各個階段的信息，偏重于精細(xì)化管理，在宏觀信息管理能力和周邊環(huán)境整體展示能力方面存在不足；GIS技術(shù)側(cè)重于地理空間環(huán)境信息的宏觀表達(dá)，能夠處理海量的地形數(shù)據(jù)，集成地圖視覺效果與地理信息的分析，完善城市級BIM大場景的展示，用于整合和管理設(shè)施外部環(huán)境信息，但不能創(chuàng)建精細(xì)化的內(nèi)部微觀模型。

BIM與GIS之間并無可替代性，更傾向于是一種互補的關(guān)系。利用BIM技術(shù)彌補GIS技術(shù)在項目信息模型精度上存在的不足，基于GIS技術(shù)對各項目零散的建筑信息模型數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，BIM和GIS正從各自的領(lǐng)域逐步走向兩個領(lǐng)域的融合。通過數(shù)據(jù)組織模式的優(yōu)化、建立空間索引結(jié)構(gòu)，提高可視化性能，滿足不同行業(yè)對空間信息表達(dá)和管理的需求[4]。

GIS技術(shù)為城市的智慧化奠定了基礎(chǔ)，BIM則加載了城市建構(gòu)筑物的信息，BIM模型經(jīng)過輕量化后導(dǎo)入GIS平臺，實現(xiàn)微觀數(shù)據(jù)與宏觀數(shù)據(jù)的整合。通過搭建溝通平臺實現(xiàn)信息資源共享、擴大信息覆蓋范圍、消除信息孤島、多專業(yè)多領(lǐng)域的合作，擴大其應(yīng)用空間，構(gòu)建城市信息模型CIM（City Information Modeling）。二者的結(jié)合將創(chuàng)建一個附有大量信息的虛擬城市模型。

集成BIM技術(shù)和GIS技術(shù)進(jìn)行城市級工程項目管理，將在海量信息可視化、項目信息協(xié)同以及工程管理技術(shù)融合等方面提供更完善的解決方案，用于服務(wù)工程建設(shè)和市政管理工作。與單個應(yīng)用相比，在建模質(zhì)量、分析精度、決策效率、成本控制水平等方面都會有明顯優(yōu)勢。

總之，BIM+GIS的融合在城市和景觀規(guī)劃、智慧城市建設(shè)、城市微環(huán)境分析、市政管網(wǎng)管理、建筑設(shè)計、災(zāi)害管理、室內(nèi)外導(dǎo)航等諸多領(lǐng)域，提供了一個集預(yù)測規(guī)劃、仿真推演和決策支撐為一體的平臺。

5.結(jié)論

（1）軟件平臺通過并購提高資源整合能力，實現(xiàn)項目的全生命周期構(gòu)建；用戶的需求、軟件在項目中應(yīng)用方向及應(yīng)用深度，對軟件平臺的開發(fā)和并購策略有影響。

（2）在軟件功能呈現(xiàn)趨同性的背景下，BIM軟件平臺的易用性、便捷性、數(shù)據(jù)通用性和云端訪問速度將影響競爭格局。

（3）BIM的應(yīng)用方向?qū)哪Ｐ蜆?gòu)建提升到信息利用，并與GIS相融合，應(yīng)用于數(shù)字城市的構(gòu)建，輔助工程建設(shè)和市政管理。