市政BIM發(fā)展趨勢淺析

文｜王彥祥 章沛蓉

現(xiàn)階段市政項(xiàng)目復(fù)雜化程度提高，影響設(shè)計(jì)與施工的因素多，參建單位以全過程咨詢和總包方式介入趨勢明顯，業(yè)主從多維度對項(xiàng)目進(jìn)行評價(jià)，對于項(xiàng)目提出了更高的要求。BIM在該環(huán)境下發(fā)揮出優(yōu)勢，采用可視化手段在項(xiàng)目的全生命周期進(jìn)行設(shè)計(jì)及施工的優(yōu)化，參與運(yùn)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(shí)際項(xiàng)目中，參建各方會根據(jù)自身需求選擇相應(yīng)的軟件平臺，并進(jìn)行不同程度的應(yīng)用，而各單位在項(xiàng)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(shí)，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)行簡要分析。

BIM 軟件應(yīng)用現(xiàn)狀

BIM 的關(guān)鍵在于信息（Information），這個(gè)是區(qū)別于傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，也是信息模型的價(jià)值所在，同時(shí)信息必須依托于模型（Model）?；谟?jì)算機(jī)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(xiàng)目組成較為復(fù)雜，可供選擇的BIM軟件較多。如果按照路、橋、隧、管網(wǎng)、水廠、泵站等專業(yè)進(jìn)行區(qū)分，BIM 軟件平臺可以進(jìn)行系列歸類，以國外軟件Bentley 為例進(jìn)行簡要介紹。

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(jì)優(yōu)化和模型檢查，利用ProjectWise 參與協(xié)同管理。對于同一領(lǐng)域的競爭對手，軟件平臺除了開發(fā)新的產(chǎn)品，也采用了并購的策略。

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(bǔ)自身短板，往協(xié)同平臺化方向發(fā)展，進(jìn)一步拓寬可視化的邊界，在一個(gè)軟件供應(yīng)商的體系內(nèi)構(gòu)建基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)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(shí)留有外部端口，容納其他軟件的接入，進(jìn)一步拓展應(yīng)用空間。從產(chǎn)品線分析，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(diǎn)在其他軟件供應(yīng)商的并購路線也呈現(xiàn)相同的趨勢。

BIM 軟件并購并非以大吃小，更多的是優(yōu)勢互補(bǔ)，消除應(yīng)用盲區(qū)。隨著基建完善和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，智慧城市和數(shù)字孿生模型提上議程，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。

對于參與項(xiàng)目建設(shè)的單位，基于自身利益和業(yè)主要求，會對己方參與部分進(jìn)行程度不一的數(shù)字化，該階段涉及到軟件平臺的選擇。

影響平臺選擇因素包括自身優(yōu)勢專業(yè)對應(yīng)的專業(yè)軟件成熟程度、平臺搭建時(shí)間與維護(hù)成本、模型應(yīng)用的生命周期、專業(yè)之間的配合與銜接、項(xiàng)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)出比較。比較現(xiàn)實(shí)的情況是，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相同，造成數(shù)據(jù)傳遞的障礙；同樣，由于很多項(xiàng)目采用的是D-B（Designbuild）模式，設(shè)計(jì)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)建模型的情況。

BIM 在項(xiàng)目中的應(yīng)用深度

BIM 在市政項(xiàng)目不同階段均有不同深度的應(yīng)用?？辈祀A段利用無人機(jī)獲取傾斜攝影或正攝影像，或者采用激光雷達(dá)獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)，用于構(gòu)建實(shí)景模型，一定程度上降低了人工獲取數(shù)據(jù)的風(fēng)險(xiǎn)，并提高了工作效率。對地質(zhì)鉆孔資料進(jìn)行整理，構(gòu)建三維地質(zhì)剖面，實(shí)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(jì)階段可通過“BIM+實(shí)景”的方式評估道路選線合理性，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，有效的解決錯(cuò)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；圖紙階段的切剖和軸測圖能夠有效的提高圖紙可讀性。完成模型的基礎(chǔ)上，通過可視化展示進(jìn)行項(xiàng)目的漫游，可以更清晰的展示設(shè)計(jì)方案，參與設(shè)計(jì)評審及交底。

在施工階段，BIM 應(yīng)用主要集中在施工模擬、進(jìn)度和質(zhì)量的控制上。其中施工模擬體現(xiàn)在管線切改、房屋拆遷及設(shè)備安裝階段，通過可視化使各分包方更好的判斷項(xiàng)目切入點(diǎn)，控制不利因素。對于施工進(jìn)度和質(zhì)量的控制，主要通過協(xié)同平臺，實(shí)現(xiàn)資料的高效流轉(zhuǎn)和安全存儲。

表1 Bentley 軟件并購統(tǒng)計(jì)表

在運(yùn)維管理階段，主要體現(xiàn)在市政路橋和管網(wǎng)依托于GIS 平臺搭載實(shí)景模型，但目前國內(nèi)關(guān)于直接采用BIM 軟件進(jìn)行資產(chǎn)管理的案例還相對較少。

BIM 軟件發(fā)展趨勢

一個(gè)項(xiàng)目從勘察設(shè)計(jì)到施工運(yùn)維，如果僅應(yīng)用一個(gè)平臺的軟件即可實(shí)現(xiàn)整個(gè)生命周期的應(yīng)用，將會有效地減少無用功。項(xiàng)目周期內(nèi)采用同一套數(shù)據(jù)格式，能提高數(shù)據(jù)傳遞的完整性，減少文件交互過程中的信息損失，因此，數(shù)據(jù)格式兼容性更強(qiáng)的軟件將會凸顯優(yōu)勢。

在項(xiàng)目實(shí)際操作過程中，人們會發(fā)現(xiàn)軟件應(yīng)用的局限性，同時(shí)針對項(xiàng)目特點(diǎn)也會提出相關(guān)改進(jìn)需求，這是影響軟件發(fā)展方向的重要一環(huán)，軟件供應(yīng)商在修復(fù)BUG 的同時(shí)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品迭代。設(shè)計(jì)人員、施工方、運(yùn)維單位對于平臺的需求具有共通性：軟件易用性好、實(shí)現(xiàn)模型的輕量化、保證信息數(shù)據(jù)的完整性、云端可查，這些需求是軟件平臺開發(fā)和并購策略的影響因素。

軟件的發(fā)展除了結(jié)合用戶的需求，另一個(gè)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(jì)。從時(shí)間跨度分析，軟件功能呈現(xiàn)趨同性，產(chǎn)品出現(xiàn)對標(biāo)性的特點(diǎn)。目前在實(shí)際工程中，主要借助軟件之間的搭配及組合完成不同類型的項(xiàng)目，涉及到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，一方面將依托于核心軟件的更新迭代進(jìn)行縱深推進(jìn)，另一方面借助資源整合，通過并購方式實(shí)現(xiàn)橫向拓展。平臺的后續(xù)形態(tài)將覆蓋整個(gè)項(xiàng)目的全生命周期，從建模到仿真，從建造模擬到資產(chǎn)管理提出一整套解決方案。

BIM 軟件應(yīng)用發(fā)展趨勢

國內(nèi)對于BIM 軟件在項(xiàng)目上的應(yīng)用處于“邊學(xué)、邊練、邊積累”的狀態(tài)，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(jì)，在這一過程中伴隨著模型的校審、方案的評估以及協(xié)作方式的改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)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，這一過程逐漸明晰化，但僅建立一個(gè)三維模型并沒有充分發(fā)揮BIM 軟件的功能。

BIM 的關(guān)鍵在于信息（Information），基礎(chǔ)模型（Model）作為載體，信息是后續(xù)運(yùn)維管理的關(guān)鍵。三維模型更多提供的是物理信息，即幾何屬性（定位、尺寸），對于非幾何屬性應(yīng)進(jìn)行進(jìn)一步的挖掘，用于驗(yàn)證設(shè)計(jì)合理性，讓工程更好的發(fā)揮社會效益。以設(shè)計(jì)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；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(kuò)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(jì)合理性的重要參數(shù)，評估不同負(fù)荷下的運(yùn)行狀態(tài)，對于運(yùn)維保養(yǎng)有重要意義。

從幾何屬性的應(yīng)用擴(kuò)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(jì)、采購、施工和運(yùn)維，BIM 應(yīng)用將從底端的翻模提升到信息載體。經(jīng)過實(shí)際項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)累積，在全過程咨詢和總包背景下，BIM 應(yīng)用將進(jìn)一步前置，在IPD 模式下更好的發(fā)揮作用。

BIM+GIS 構(gòu)建CIM

市政BIM 目前較多的應(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(gè)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)化內(nèi)部微觀模型。

BIM 與GIS 之間并無可替代性，更傾向于一種互補(bǔ)的關(guān)系。利用BIM 技術(shù)彌補(bǔ)GIS 技術(shù)在項(xiàng)目信息模型精度上存在的不足，基于GIS技術(shù)對各項(xiàng)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(gè)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。

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)入到GIS 平臺，實(shí)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(shí)現(xiàn)信息資源共享，擴(kuò)大信息覆蓋范圍，消除信息孤島，實(shí)現(xiàn)多專業(yè)多領(lǐng)域的合作，擴(kuò)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(gè)附著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(xiàng)目管理，將在海量信息可視化、項(xiàng)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，服務(wù)于工程建設(shè)和市政管理工作。與各自單獨(dú)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提高。

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(jì)、災(zāi)害管理、室內(nèi)外導(dǎo)航等諸多領(lǐng)域提供預(yù)測規(guī)劃、仿真推演和決策支撐平臺。

軟件平臺通過并購提高資源整合能力，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的全生命周期構(gòu)建；用戶的需求、軟件在項(xiàng)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。

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。BIM 的應(yīng)用方向也將從模型構(gòu)建提升到信息利用，并結(jié)合GIS 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。