BIM技術(shù)在綜合管廊施工階段的應(yīng)用

蘭寧博

（中鐵一局集團有限公司，西安 710054）

1 引言

2002年，我國首次引入BIM。BIM多維化的特點在工程建設(shè)過程中可以實現(xiàn)三維展示、快速算量、精確計劃、有效管控、虛擬施工等價值，因此，在我國首先推行于比較易于實現(xiàn)構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化的建筑行業(yè)[1]。BIM技術(shù)的發(fā)展推動了相關(guān)計算機軟件的逐漸成熟，技術(shù)運用范圍也從建筑行業(yè)擴散至體量不規(guī)則的市政行業(yè)。BIM應(yīng)用的目的是作為數(shù)字化信息交付成果，并帶來切實的社會經(jīng)濟效益[2]。于這個角度而言，BIM技術(shù)對于市政道路工程的施工階段具有適用性。

2 工程概況

2.1 項目簡介

本項目坐落在雄安新區(qū)的主城區(qū)，肩負(fù)著集中承接北京非首都功能疏解的時代重任，承擔(dān)著打造“雄安質(zhì)量”樣板、培育建設(shè)現(xiàn)代化經(jīng)濟體系新引擎的歷史使命。整個項目為“八橫十一縱”共19條道路，包含綜合管廊、道路、橋梁、隧道等幾大類工程。

本次NC6路綜合管廊新面為單艙/雙艙(NC6K1+010～NC6K1+970)，長度約960 m，其中單艙管廊A段（NC6K1+010～NC6K1+760）長度約750 m，標(biāo)準(zhǔn)斷面尺寸為4.4 m×4.4 m；雙艙管廊B段（NC6K1+760～NC6K1+970），長度約210 m，標(biāo)準(zhǔn)斷面尺寸為6.5 m×4.4 m。單艙斷面為綜合艙，雙艙斷面為綜合艙+熱力艙。擬容納的管線包括10kV電力(24回)、通信(24孔)、給水(2DN600)、再生水(DN200)、熱氣(2DN600)。

2.2 重難點分析

1）本項目線路長、體量大、專業(yè)綜合、工期緊張，由設(shè)計人員提交的傳統(tǒng)二維圖紙問題易影響施工質(zhì)量，拖后工期，除專業(yè)圖紙問題之外，還存在各專業(yè)或各分部分項工程之間因協(xié)調(diào)不合理導(dǎo)致的碰撞等問題。

2）落實到施工過程中，存在著二維圖紙及文字式施工組織不能有效地將施工意圖傳遞給施工技術(shù)人員，同理，施工技術(shù)人員也無法將有效信息傳遞給施工實施人員。施工信息的傳遞逐步衰減，不僅導(dǎo)致施工效率降低，而且影響工程質(zhì)量。

3）工程量的準(zhǔn)確與否則直接影響施工成本，而大體量工程中工程量的準(zhǔn)確把控難度更甚，從而易導(dǎo)致施工成本控制不合理。

4）由于本項目的綜合性較高，施工階段的整個建設(shè)過程中，參與其中的施工（包括各分包和總包）、監(jiān)理、設(shè)計等各類單位數(shù)量眾多，管理困難，彼此之間的溝通及對接效率直接影響著施工質(zhì)量、安全、進度等各項工程指標(biāo)，易造成項目信息統(tǒng)籌不清晰，出現(xiàn)各類工程問題。

3 BIM技術(shù)應(yīng)用背景及需求

3.1 背景

2018年4 月，國家明確設(shè)立雄安新區(qū)高端高新產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。該新區(qū)的設(shè)立不僅是京津冀協(xié)同發(fā)展的重要內(nèi)容，更是未來城市發(fā)展方向、發(fā)展模式的重大探索[3]。城市綜合管廊集中敷設(shè)電力、通信、燃?xì)獾榷鄬I(yè)管線，可以有效緩解交通堵塞、環(huán)境污染等城市問題，是保障城市可持續(xù)發(fā)展的重點市政工程[4]。建設(shè)過程中BIM技術(shù)的助攻推動了“數(shù)字雄安”美好愿景的進一步實現(xiàn)。

3.2 需求

雄安新區(qū)有著建設(shè)智能化高要求，包括BIM及CIM的使用范圍及標(biāo)準(zhǔn)。并且從項目重難點的角度分析，傳統(tǒng)建設(shè)項目手段已不足以滿足現(xiàn)今社會對建筑行業(yè)的需求，而BIM技術(shù)搭建數(shù)字化三維模型，并以模型為基礎(chǔ)，通過模型信息的定向轉(zhuǎn)換，可實現(xiàn)可視化交底。

4 BIM實施流程及應(yīng)用

4.1 可視化應(yīng)用

利用三維模型可視化特點，進行圖紙會審和深化設(shè)計，從而體現(xiàn)BIM技術(shù)在施工階段應(yīng)用的優(yōu)化性和協(xié)調(diào)性。

4.1.1 參數(shù)化建模

通過BIM建模軟件的綜合對比分析，最終確定管廊的模型主體以Revit平臺為主。由于Revit自身特點更偏向房建類項目，管廊的線性分布特點需借助Civil 3D輔助實現(xiàn)，同時借助Revit自帶的可視化編程工具Dynamo，進一步解放生產(chǎn)力，提升建模效率。

根據(jù)設(shè)計單位提供的二維地形圖提取管廊中心線，在Civil 3D平臺劃分更精確的平面數(shù)據(jù)，再將平面數(shù)據(jù)與縱斷面數(shù)據(jù)融合，形成可被Revit識別的三維路線。三維路線的拾取可保證Revit線性管廊模型的準(zhǔn)確性。

管廊模型的搭建原理是沿著路線走向放置相應(yīng)的橫截面輪廓，輪廓的形態(tài)與數(shù)量根據(jù)路線走向的具體情況而定。之后將相鄰輪廓進行融合，完成管廊模型的創(chuàng)建。建模過程借助Dynamo節(jié)點程序?qū)崿F(xiàn)，制定的節(jié)點程序由Dynamo現(xiàn)由節(jié)點以及自定義Python代碼群組成，輸入端為路線樁號和對應(yīng)的截面輪廓族以及需要添加的模型信息。節(jié)點程序的制定不僅提升建模效率和模型準(zhǔn)確度，模型信息的添加對運維階段的使用也起到一勞永逸的作用。圖1所示為完成的管廊模型主體。

圖1 管廊模型

4.1.2 模型可視化應(yīng)用

管廊主體以及附屬管線模型繪制完畢進行模型輸出和模型整合。在建模過程中發(fā)現(xiàn)各專業(yè)中自身矛盾或圖紙不明確的地方，記錄形成圖紙問題報告，與設(shè)計方溝通進行圖紙會審。抑或同其他專業(yè)沖突的地方，進行模型標(biāo)記，施工之前進行深化設(shè)計，減少施工變更，提升施工效率，從而節(jié)約工期與成本。

4.2 模擬性應(yīng)用

將攜帶信息的三維模型進行輕量化整合，結(jié)合具體施工工藝，進行施工技術(shù)的可視化交底和專項施工方案模擬等應(yīng)用，在可視化基礎(chǔ)上充分發(fā)揮BIM技術(shù)的模擬性。

通常將Revit模型直接導(dǎo)出為BIM軟件通用的.FBX格式文件，實現(xiàn)輕量化，再導(dǎo)入CINEMA 4D、3D Max等動畫軟件中，將模型數(shù)據(jù)重新拆分、組合，進行專項施工工藝的動畫展示。施工方案模擬目的：一是用預(yù)演的方式來分析方案的合理性，補充方案的不足點：二是更清晰明了地體現(xiàn)施工工藝的細(xì)節(jié)，進一步提升施工質(zhì)量。NC6路過河段，綜合管廊基坑鋼板樁支護需設(shè)置3層水平鋼支撐，工藝復(fù)雜且交底有難度，在開工之前進行專項施工模擬，嚴(yán)格執(zhí)行技術(shù)交底制度，幫助技術(shù)人員充分理解和更好地執(zhí)行施工方案。動畫軟件的使用在保證施工動畫效果的同時，將BIM技術(shù)模擬性發(fā)揮到極致。

綜合管廊項目地下空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜，管線交叉多。為了更加直觀、快速地對工人進行技術(shù)交底，將BIM模型輕量化后導(dǎo)出到PC端和移動端，即可隨時隨地查看模型及相應(yīng)構(gòu)件掛載信息。運用移動端進行可視化交底解決了BIM模型與施工人員的隔閡，使BIM模型真正落實到現(xiàn)場，對工人進行技術(shù)指導(dǎo)，達到項目提質(zhì)增效的目的。三維模型進行施工指導(dǎo)更加直觀、方便，同時可以保證模型與現(xiàn)場的一致性，符合雄安新區(qū)對項目的BIM使用標(biāo)準(zhǔn)。圖2所示為移動端和PC端的可視化交底。

圖2 可視化交底

4.3 優(yōu)化性應(yīng)用

三維模型不僅僅具有直觀的可視化特性，更重要的在于BIM軟件可以綜合模型信息和可視化性能自動計算模型體積，優(yōu)化工程量的統(tǒng)計和計算。本項目在施工之前依據(jù)圖紙建立精細(xì)化模型，Revit的明細(xì)表功能，可通過模型準(zhǔn)確地統(tǒng)計出所需的工程量。圖3所示為Revit明細(xì)表統(tǒng)計的工程量。

圖3 明細(xì)表統(tǒng)計工程量

除工程量統(tǒng)計之外，還可借助無人機進行傾斜攝影，將傾斜攝影數(shù)據(jù)導(dǎo)入Context Capture軟件形成模型，輸入場地數(shù)據(jù)，軟件可自動進行土方工程的統(tǒng)計。此外，項目進場之前可以提前在傾斜攝影模型上進行場地規(guī)劃，選擇靠近現(xiàn)場，空間充裕、方便施工的位置作為鋼筋加工場選址，提前規(guī)劃好運輸路線，進一步體現(xiàn)BIM技術(shù)的優(yōu)化性。圖4為傾斜攝影規(guī)劃場地和現(xiàn)場布置對比示意圖。

圖4 傾斜攝影示意圖

4.4 協(xié)調(diào)性應(yīng)用

整個施工過程中，BIM應(yīng)用的協(xié)調(diào)性在施工管理中得到了充分體現(xiàn)。

本項目甲方提供的數(shù)字雄安建設(shè)管理平臺集合了項目設(shè)計單位、施工單位、建設(shè)單位等各家單位于一體，使整個項目建設(shè)流程信息化、透明化、標(biāo)準(zhǔn)化。平臺將BIM模型、人員管理、視頻監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測、進度管理等集成在一起，有利于管理人員實時查看施工現(xiàn)場的作業(yè)狀態(tài)和進度。

BIM技術(shù)協(xié)調(diào)性還體現(xiàn)在施工工藝仿真系統(tǒng)的應(yīng)用。該系統(tǒng)基于Unity開發(fā)平臺、虛擬仿真技術(shù)，開發(fā)橋梁樁基施工工藝仿真交底系統(tǒng)，逼真再現(xiàn)施工場景和工藝，使體驗者身臨其境地感受整個施工工藝過程，對工藝交底內(nèi)容理解更加深刻，同時系統(tǒng)搭載考試系統(tǒng)，多交底內(nèi)容進行實時考核更專業(yè)、更全面、更活學(xué)，實現(xiàn)理、實、虛交底的完美結(jié)合。圖5為仿真系統(tǒng)和操作圖。

圖5 施工工藝仿真系統(tǒng)

5 結(jié)語

通過以上分析，項目施工階段的BIM應(yīng)用流程從三維模型的可視化，到模型輕量化之后的模擬性，以及建設(shè)管理平臺和仿真系統(tǒng)使用的協(xié)調(diào)性都推動了施工階段項目整體的優(yōu)化性。

1）管廊的三維模型搭建利用Revit參數(shù)化功能及Dynamo定向開發(fā)，極大地提升了建模效率，在施工之前進行專業(yè)圖紙的會審及優(yōu)化設(shè)計，減少返工。不僅能有效緩解工期緊張，還保證了施工質(zhì)量。

2）利用三維模型進行可視化交底和專項施工方案模擬對施工信息的完整傳遞起到了重要作用，形象生動的模型交底和工藝動畫展示可最大限度地保證施工現(xiàn)場技術(shù)與施工工藝標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的一致性。

3）由于BIM技術(shù)成熟度受限，目前規(guī)定工程量應(yīng)由傳統(tǒng)計算方法統(tǒng)計，而隨著BIM軟件智能化程度的提高，三維模型工程量的統(tǒng)計可以起到工程量輔助統(tǒng)計作用，通過與傳統(tǒng)工程量的數(shù)據(jù)對比，可從大方向判斷其準(zhǔn)確性。

4）使用特定的BIM管理平臺，將各施工參與方匯聚于此，通過賦予不同參與方相應(yīng)的管理權(quán)限而進行整個施工階段的各類信息的統(tǒng)籌管理，實時監(jiān)控施工中的安全、質(zhì)量、進度等問題。