孙 倩 韦 芳 华 云

（常熟理工学院经济与管理学院 江苏常熟 215500）

土建BIM在市政3D模型中的突破研究
-----以“钟塔桥”为研究对象

孙 倩 韦 芳 华 云

（常熟理工学院经济与管理学院 江苏常熟 215500）

市政工程从本质上来说是建筑行业不可或缺的一部分，它与人们的生活息息相关。然而，现如今的市政行业中，无论是对道路亦或是桥梁的设计与建造，仅仅是思维停留在二维空间上的运作，正因为设计者2D思维的局限性，便造成一系列的工程设计的变更，乃致整个工程项目的质量缺陷。这些问题就是由于行业缺少相关的市政建模软件，相关专业人才的缺失，以及市政工程的图纸本身就比较复杂，构件内部构造多变，在工程实际实施过程中，会出现很多难以预料的工程变更。针对发现的问题，从广联达3D图形算量软件（即BIM技术）中得到启发，通过对土建各部分的建筑构件的合理变形，就可以实现市政工程中各部分构件的搭建，从而也就实现了市政建筑物的三维展示。

BIM、信息化技术；市政工程；桥梁建模

我国BIM技术首先在建筑领域得到运用，目前已经扩充到几乎所有的领域如建筑设计、机械制造等。而目前市政领域技术应用发展滞后，市政各专业间信息沟通不畅，导致道路施工时经常出现市政管网被挖断而带来极大的经济损失等问题，如果利用BIM技术将各个市政专业的信息汇总成数据库进行统一的管理，就可以减少类似的损失，提高经济效益。所以BIM技术也必将在市政领域得到普及，目前国内目前缺少市政方面的BIM软件，使得市政BIM发展受到限制，虽然说BIM的应用不是某个或者某类软件的事情，但BIM软件是BIM技术发展的必要条件，作为建筑行业的学生我们无法开发相应的软件，于是在土建BIM软件应用相对成熟的情况下，利用土建BIM软件的类似原理，在土建BIM软件中进行市政BIM的构建，以“钟塔桥”为实例，证明了该方案的可行性。因此，用土建BIM中的构件替代市政工程中的构件，实现市政图纸的三维转换是很值得研究的。

一、市政工程中存在的问题

在经济高速发展的21世纪，隧道、桥涵等大型市政工程的建造很大程度上反映出一个国家市政设施的建筑设计能力，是本国的建筑走向国际化的重要标志。可令人遗憾的是，我国的市政工程中还存在许多的问题和安全隐患。经分析，主要存在以下几个问题：

1、市政工程频出工程变更

由于项目管理人员对图纸理解的主观及片面性，单纯从二维平面的角度去想象三维的建筑物，尤其在建筑物构造异彩纷呈的时代，很大程度上加剧了工程项目总承包工作的不确定性与复杂性。因此，工程变更、工期拖延、施工效率低等问题接踵[1]。

2、市政工程工期拖延

由于现今建筑市场上的BIM算量软件都是以土木工程建造为对象，且以往市政工作建造的对象形式往往简单、不存在多变性，从而使BIM技术不能被广泛应用到市政工程中去，直接导致某些市政工程的施工效率得不到提高，进度缓慢，工期拖延严重的后果。

3、市政工程资源浪费严重

市政工程结构复杂，涉及到的施工技术高，施工材料品种多，施工人员及施工机械多，如果工程在事先未能准确做出用料用人预算，使其在开工之前对人力、物力进行协调，做出最优安排，就会在施工时出现误工，施工错误之类的情况，严重浪费社会资源[2]。

由此可见，种种原因和结果都反映出，把可视化、模拟化、协调化的BIM技术投入于现代市政工程的设计建设与管理活动中，对于提高市政工程的建设水平，减少风险有着重要的意义。

二、市政工程问题出现的原因

根据分析市政工程频频出现的事故，得出了市政工程问题出现的原因，现归结出一下的几点原因：

1、市政建模软件的缺失

过去在建筑行业也存在建筑施工图纸、结构图看不懂，内部构件复杂造成工程变更的情况，不过在建筑土建BIM技术成熟应用于建筑土建施工之后，建筑在土建部分的工程变更次数明显减少，工程成本得到压缩，使工期安排得更加合理，经济和社会效益都得到提高。

而市政工程中构件之复杂，建筑物形状也不规则，施工难度也远超于土建工程的施工难度，但是在市政工程领域并不存在3D建模的软件技术，无法将图纸中的图形直观的展示出来，实现可视化的效果。试想，如果能在市政工程施工前期，就能预先建立并及时更新施工现场BIM模型，直观再现施工现场的整体情况，进行规划、布置、协调等工作，那么施工单位在施工现场就不会因看不懂施工图纸而造成施工错误或是耽误工期。由此看来，市政领域正是因为缺少市政建模的软件，才会加大了施工难度，提高了施工的错误率。

2、专业人才技术投入的不足

目前，建筑行业的土建专业，水电专业的人才在市场上已成饱和状态，土建的BIM建模技术也已呈成熟之势，然而市政专业的人才在市场上呈紧缺状态，专业人才技能不足，造成对市政施工图纸的一知半解，技术掌握不到位，也无法进行专业的结构分析，图纸分析，造成对施工工期的延长，施工成本的提高[3]。因此，专业素质不足，软件技术开发投入不足是市政工程事故频发的又一个原因。

3、施工图纸复杂，无法展示全部的施工内容

经过调查发现，很多施工人员都表示，市政图纸相较于建筑图纸，内容展示比较抽象，比如市政工程管线交叉复杂，在施工图纸上难以表达清楚，导致施工时因读图错误而使管道位置铺设错误的后果；由于包封层厚度的问题，走向和标高都会和设计标高有较大出入，特别是交叉口的出入会更大，平面图上数据获取困难，诸如此类的问题就是图纸本身复杂，不易理解，造成市政工程施工错误，严重会导致重大的施工事故。

改进方案:以土建BIM构建桥梁模型的设想

经过分析，针对市政工程中存在的问题及发生这些问题的原因，通过对土建3D软件的自学和研究，提出用土建BIM来代替市政BIM的设想，我们以“钟塔桥”为例，尝试构建桥梁的3D模型，以此验证该方案的可行性。

1、查阅资料，分析对比

查阅相关土建BIM技术的信息和在建筑行业方面成功应用的案例，进行土建工程在有BIM技术和没有BIM技术前后，施工成本及工程变更情况的对比，发现BIM技术在实现3D可视化、立体化之后，可以减少工程变更，降低工程成本，缩短工期，从而增加工程的经济效益，也提升了安全性。

2、自学土建软件，构建市政构件

自学3D图形算量软件，在指导老师的指导下，熟悉各构件的画法及特点，比如在画柱子是只需定义柱子截面和柱子的高度即可，由此可以得到启发，在画桥梁的桥墩时，就可以用土建的柱子来代替桥梁的桥墩；在画梁的时候也就需要定义梁的截面，在需要画梁的位置画出直线即可，由此可以得到启发，可以用异性梁的定义来定义板梁。诸如此类，在充分掌握3D图形算量的基础上，熟练运用各部分的构件画法，尝试用土建BIM技术构件来代替市政工程的构件。

3、研究桥梁结构，进行桥梁构件拆分

对“钟塔桥”的桥梁构件进行拆分，尝试用土建构件去替代桥梁中的各部分构件。比如台帽采取分解绘制的办法，利用变截面梁设置台帽挑梁、用截面为平行四边形的柱子构件、利用土建悬挑梁，设置不同的梁顶标高和异截面尺寸构建台帽中间变截面部分；再比如对枕梁，利用底面（宽60cm*高2400cm）为平行四边形的柱子来构建。

4、绘制“钟塔桥”的桥梁模型

对构件进行组合，进行尺寸调整，展示“钟塔桥”的三维效果(如下图)，证实土建BIM技术在市政工程的运用是完全可行的。

5、分析桥梁模型中的问题，完善并得出结论

在总体绘制完成之后，对绘制好的桥梁里面存在的问题进行分析，主要还是土建工程涉及的建筑物的构件多是一些规则性的，不像桥梁构件，多是多边形或是截面为不规则图形，加上桥墩与桥面之间还存在倾斜角度，在绘制时存在难度，绘制完成之后，存在重叠部分或是空隙部分。因此，土建构件在代替市政构件的过程中，由于两者的差异，不能完全适用于市政工程中，不过总体而言，用这种方法展示桥梁的三维效果方便施工人员看图，降低施工难度是有一定的可行性。

四、不足与结论

完成的钟塔路桥梁模型还存在一些细微的缺陷，比如台帽模型绘制后发现同一板构件的板厚必须一致，从而导致板下方仍需一个坡面构件填充，且板坡面与板厚的截面始终垂直无法改变角度，则利用斜板无法建立坡面构件；利用变截面梁，控制梁的顶标高不变而改变梁的截面建立悬挑梁和墙存在一样的缺陷。尽管如此，但总体方案而言，还是非常接近桥梁的实际情况，则利用BIM技术进行该桥梁的设计，在项目全过程就都可以看到工程完成后的三维信息模型，使得规划设计从传统的CAD二维图纸到三维信息模型的巨大转变，实现所见即所得。

利用该桥梁数据模型，以及其他管线等构筑物的数据模型辅以分析软件，可以进行空间合理性、施工方案的可行性、各个专业间的协调性的分析认证。在设计阶段就可以发现设计缺陷问题，有效的防止施工中不同专业相互“碰撞”，并且随时可以进行设计变更，施工前就能预知施工中的大部分困难，施工问题得到更完美的解决方案，提高了工程的施工效率、施工质量、经济效益。

[1]王建军，李社领，王建芬，张焕玲.市政桥梁施工技术质量问题分析 [J] 科技致富向导，2012（28）：17-19

[2]何学邱.《安全工程学》[M].徐州：中国矿业大学出版社，2000（20）：188-193

[3]张新龙.市政工程易发事故特点与原因分析.《山西建筑》,2013，39（19）：237-238

学生第一作者：孙倩（1993～),女(汉族),常熟理工学院本科工程管理在读学生。

韦芳(1979～)，女(汉族),江苏常熟人,常熟理工学院管理学院讲师、工程师、全国一级注册建造师、造价工程师、监理工程师，华东理工大学硕士，主要从事工程项目管理、工程造价研究。

大学生创新项目及课程改革项目,项目编号：jxnh2014066 。

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1007-6344（2016）03-0249-02

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