BIM主流平台对传统公路行业改革的技术探讨

2020-01-12邵文文

黑龙江交通科技 2020年4期

邵文文

(北京建达道桥咨询有限公司，北京 100015)

1 BIM应用现状

美国的BIM研究和应用都走在世界前列，目前BIM技术已经应用到美国大多建筑项目，应用点种类繁多，美国工程建设行业应用BIM技术的比例从2007年的28%增长到2012年的71%，其中74%的承包商已经在实施BIM(70%)。超过了建造师及机电工程师(67%)。英国政府在2011年5月内阁办公室发布了“政府建设战略(Government Construction Strategy)”文件，要求到2016年实行全面协同的3D BIM，并将全部的文件以信息化管理。BIM应用在工程建设中得到有效执行，因此英国的AEC企业与世界其他地方相比，发展速度更快。BIM概念自2002年引入中国建筑行业，其发展一直比较缓慢，直到2009年才开始受到行业各界的重视，近几年有发展BIM热的趋势。

2 平台应用

BIM是一种处理、解决项目全寿命数据和信息的理念和方法；它强调要将项目所涉及的各个单位之间、各个阶段性成果之间进行充分的交换和融合；力争在全过程的概念下达到最优，目前道路上主流的三大平台是：(1)AutoDesk公司产品：Revit、Civil3D、Dynamo、InfraWorks。(2)Bentley公司产品：Microstation、PowerCivil、OpenRoads Designer、LumenRT、EBS。(3)达索公司产品：Catia(以下简称ABC三平台)。其他辅助软件：3DMAX、Premiere、Tekla。从这些软件来看，BIM不是工具、也不是特指某一款软件，更不是对于既有项目的锦上添花，是运用各种工具，通过各种手段，让道路项目达到最优：方案最优，施工最优，成本最优，工期最优。

3 AutoDesk平台及建模方法

Revit是AutoDesk常用建模软件，支持建筑设计、MEP工程设计和结构工程的工具，并具有互操作性增强、支持IFC、参数化构件、工作共享等特色。在Revit中，项目是单个设计信息数据库—建筑信息模型，项目文件包含了建筑的所有设计信息，这些信息包含用于设计模型的构件，项目视图和设计图纸。通过使用单个项目文件，Revit能够修改设计，修改反映在所有关联区域中。标高是无限水平平面，用作屋顶，楼板和天花板等一层为主题的图元的参照。标高大多用于定义建筑内的垂直高度或楼层，可为每个已知楼层或建筑的其他必需参照创造标高。Revit按照类别、族和类型对图元进行分类。族是某一类别中图元的类，族根据参数集的共用，使用上的相同和图形表示的相似性来对图元进行分组。一个族中不同图元的部分或全部属性可能有不同的的值，但是属性的设置是相同的，每个族都可以拥有多个类型。

InfraWorks属于三维建模和可视化技术。通过更加高效地管理大型基础设施模型和帮助加速设计流程，交付各种规模的项目。可以通过Autodesk InfraWorks随时随地了解项目方案，安全地集中发布、存储和管理大型模型，增强Autodesk InfraWorks工作流程。通过访问、下载和编辑共享模型并利用相同的数据审核多个项目方案，可以与多个利益相关方协作。以京沪改扩建工程项目作为工程实例，用A平台建模，研究其在道路设计的适应性。

4 Bentley平台及方法

Bentley公司的BIM产品作为道路设计行业的主流之一，在很多设计院和施工单位都有广泛的应用。为探索其性能，本次利用Bentley软件工具，并使用基于Bentley平台二次开发的产品，尝试完成BIM建模工作以及模型应用。运用道路建模软件OpenRoads Designer对道路部分建立三维BIM模型。基于OpenRoads Designer强大的参数化功能，能快速建立道路平面线位、线型的布设，纵断面的高程信息，立交形式及匝道布置的空间关系，路基边坡坡率及平台高度，路面类型，边沟等排水设施的位置。通过建立全线BIM模型，能在建模过程中对设计图纸进行复核，也可为后期平台展示提供数据支撑。运用OpenBridge Modeler建立全线包括桥梁上、下部结构以及附属设施的桥梁模型。在建模过程中，通过运用OpenBridge Modeler软件可对桥梁断面进行参数化制作，提高建模效率，也可复核二维设计图纸。作为在本项目工程的重难点工程，隧道建设设计难度大，施工工艺复杂，危险系数高。在隧道建模中，结合设计图纸运用Bentley软件OpenBridge Modeler、OpenRoadsDsigner、MicroStation建立包括隧道洞门、洞身、及附属设备的隧道三维模型。再结合实景模型，对隧道进出口位置及隧道长度进行合理规划，提高方案的可行性、科学性。运用MicroStation软件可对全线道路标志标牌、道路标线、护栏建立三维模型，再结合道路三维模型，直观展示标志标牌埋深情况、布设位置以及标线布置是否满足需求，进一步复核设计，指导施工。

MicroStatio开发插件可将传统二维设计图纸进行可视化处理，模拟沿线景观绿化，模拟四季景观变化，也可模拟不同天气变化，更可结合交通安全设计不断提升公路品质，革新了传统效果图展示。地形模型，采用倾斜摄影、生成点云数据，使用ContextCapture形成三维地形图模型和实景模型。也可根据等高线地形图在OpenRoads Designer中生成三维地形模型，以黑龙江大桥为例，建立BIM模型。

项目完成建模后，投标方提供工程量清单，清单能准确反映实物工程量，该工程量清单数量不包含相应损耗。甲方及施工方也可通过软件快速提取模型中任意部分工程量，节约计量时间，大幅提高工程量统计效率。

传统的二维图纸，在各个专业汇总完图纸以后，总项目负责人和分项负责人发现和解决专业内部和与别的专业不协调的地方，这将耗费结构设计师和安装师的时间和精力，影响工程进展和质量。二维图纸进行会审，人为的失误在所难免，使施工出现返工现象，造成建设投资巨大浪费，还会影响工程进度，特别体现在结构复杂，不规则的结构中，常规的三视图来很难通过表达空间关系，钢筋打架，管道打架，或者施工工序冲突等现象造成返工，使用碰撞检查可以避免这些问题，加快施工进度。把建立好的各个BIM模型在碰撞检查检测软件检查碰撞，并出具碰撞报告，碰撞检查能够彻底消灭碰撞，优化工程设计，避免在建筑施工阶段可能发生的错误损失和返工的可能，能够优化净空，优化管线排布方案。

施工阶段建立施工措施参数化BIM模型，各措施构件具备完整的项目特征和描述信息，利用CivilStation Designer软件可获取措施项目模型中的工程量信息，得到的工程量信息作为进度款支付、施工图预算及工程结算的依据。同时，从模型中获取的工程量信息满足本项目约定的计量、计价规范要求。造价咨询单位可对施工措施项目模型实现动态成本的监控与管理，并实现目标成本与结算工作前置。设计人根据优化的动态模型实时获取成本信息，动态合理地配置施工过程中所需的资源。可在施工建造阶段及时记录各种变更信息，为审批变更和计算变更提供基础数据，并结合施工进度为支付申请提供数据。

5 CATIA的3DE平台

5.1 软件介绍及理念

CATIA是法国Dassault System公司的软件，广泛应用于航空航天、汽车制造、造船、机械制造行业，它的集成解决方案覆盖所有的产品设计与制造领域。达索系统针对土木工程的BIM平台将复杂工程可视化，可视化三维设计是BIM最重要最直接的一部分，并不是传统上的效果图，而是整个流程中的可视化过程，贯穿整个设计流程，包括方案阶段，设计，施工等等整个生命周期。

一个完善的信息模型，能够连接项目生命期不同阶段的数据、过程和资源，是对工程对象的完整描述，可被项目各参与方普遍使用。BIM具有单一工程数据源，可解决分布式、异构工程数据之间的一致性和全局共享问题，支持建设项目生命期中动态的工程信息创建、管理和共享。建筑信息模型同时又是一种应用于设计、建造、管理的数字化方法，这种方法支持工程的集成管理环境，可以使工程在其整个进程中显著提高效率和大量减少风险。

5.2 建模方法

公路项目与房建的车站、建筑项目属于点状项目不同，属于带状工程，空间上具有点多线长、带状分布的特点，公路项目的BIM模型要能反应出项目周边环境，地质地貌、地下重要管线、构筑物及项目主体的全部信息。因此模型具有体量大，精细化，主线为空间曲线，模型重等特点。基于CATIA开发的地形模块，支持包括无人机测量、激光扫描以及等高线散点等多种来源的地形数据。3DE平台建模首先必须建立合理的结构树，以方便后期项目的管理变更调整深化。将项目按专业分成不同部分，专业间的模型可以相互参考，实现各专业协同设计，同时也提供了很好的轻量化浏览查看整体模型的方法。既可以利用结构树浏览整个项目也可以单独打开需要的某个或者多个模型部分，避免项目后期模型巨大，影响工作效率。

CATIA平台对于异性结构和复杂工程有很好的适用性。特大桥梁往往结构复杂，通过CATIA软件建立桥梁的BIM模型，用于设计过程的设计辅助和设计审核。在CATIA的设计流程中，采取“骨架+模板”的设计模式。首先通过骨架线定义建筑或结构的基本走向形态，再通过把构件模板附着到骨架线来创建实体建筑或结构模型。通过对构件模板的不断细化，就能实现LOD逐渐深化的设计过程。而一旦调整骨架线，所有构件的尺寸可自动重新计算生成，极大的提高了设计效率。利用catia知识工程的文档模板工具可以有效提高桥梁工程中大量有设计规律的构件单元(如拉索、钢锚箱、主梁节段等)的建模效率。以桥梁总体布置骨架为主导，以构件设计模板为核心，结合参数化功能，实现大型桥梁结构的有效建模。