王维江 郭延义 袁贵鹏

上海建工二建集团有限公司 上海 200080

BIM建筑信息模型这项技术源于20世纪70年代的美国，随后传播至英国、日本以及韩国等发达国家，现已逐渐成为建筑行业发展的主流方向。BIM的全生命周期管理充分解决了复杂项目的信息沟通问题，该项技术于21世纪初引进中国，目前在房建领域的应用已日渐成熟，近几年来，市政建设领域逐渐开始尝试采用BIM应用技术[1-4]，为提高设计和综合管理水平而不断探索。

1 BIM应用规划

1.1 工程简介

杨高南路（世纪大道—浦建路）道路改建工程位于上海市浦东新区陆家嘴地区。本工程道路的断面形式为“主线隧道＋地面辅道”。主线为全封闭隧道形式，北与现有世纪大道下立交相接，南至现状浦建路跨线桥。路线全线长1.327 km，其中新建隧道段长1.323 km，规划红线宽为50～60 m。地面辅路与蓝村路、花木路及世纪大道均为平面交叉，采用渠化设计联合信号灯控制方式。杨高南路（世纪大道—浦建路）改建工程共划分为3个标段。

本工程杨高南路（世纪大道—浦建路）道路改建工程3标为其中的三标段，范围为张家浜桥（不含，桩号为K2＋305）至工程终点（近桃林路，桩号为K3＋200）。主要包括道路工程、隧道工程、排水工程、安装工程、桃林路人行天桥、世纪大道公交站、隧道结构、世纪大道地面环岛改造、降压变电所。

1.2 BIM应用目标

与一般房建项目相比，市政工程有着诸多不同，主要表现在：复杂程度高、建设周期长、投资金额大、参建单位多、项目管理难度高。为解决施工技术难点，提升项目管理水平，杨高路3标项目综合以上因素，制订了以下BIM应用目标。

1）摸索市政隧道工程三维施工BIM模型的建立。

2）通过建立市政隧道的围护、结构、桥梁、机电、道路、管道等模型，查看相互之间的空间及位置关系，为校核设计图纸及现场施工提供可靠依据。

3）基于BIM技术的管理平台应用。

4）将BIM工程量与投标量、预算量进行对比，为日后决算提供数据支持。

1.3 软件选择

本项目采用多平台软件工具建模，充分利用各软件的特点，达到最佳BIM应用效果。对信息交换，首先采用中间平台进行处理，如欧特克公司Navisworks平台，这款Autodesk Navisworks软件能够准确地应用AutoCAD和Revit系列等创建出数据，可以与来自其他设计软件的几何图形以及信息相结合，将其作为一个整体的三维模型导出，同时可以通过多种文件格式进行同步审阅，而无需再考虑文件的大小。Navisworks这款软件可以帮助所有参与方将项目作为一个整体进行结合，进而优化从设计决策、项目实施、性能预测直至项目综合管理和运营等各个环节（图1）。

图1 模型信息交换

1.4 组织架构

根据制订的目标和要求，由项目工程师担任技术顾问，负责BIM技术的审核；由BIM工程师负责制订BIM技术路线，解决BIM技术难题以及任务的分配；由各专业负责人建立相应模型；由预算员负责BIM成本管控，将BIM工程量清单与预算清单进行比较，分析原因。

2 隧道工程BIM技术应用

2.1 施工模型的建立

施工阶段模型与设计阶段模型存在不同。而本工程将成本、质量、进度等方面的信息融到模型中。模型拆分既要满足现场施工的要求，也要满足施工算量的要求。

2.1.1 构件族类型预定义

针对隧道工程一类的BIM应用项目，由于其结构形式比较复杂，包含道路、结构、建筑、机电、给排水等不同专业的模型，在建模之前需要对各类模型的构件类型进行预定义，以便在后期的使用过程中提供便利，如进行统计、过滤、分析、筛选的不同操作的应用。

2.1.2 构件命名和编码标准

将在本工程中涉及到按节段号命名的构件进行统一命名, 命名按照“专业_节段_构件名称_尺寸”的定义原则；针对相同构件的模型出现在不同的地方（多实例的构件），命名的原则为：从小桩号到大桩号，从左至右，从上至下，并且强制规定沿桩号前进方向左侧（N），沿桩号前进方向右侧（S），由N到S为左右方向。

2.2 链接各专业模型，查看相互之间空间位置关系

围护模型和结构模型完成后，链接结构模型和围护模型，发现结构中板与第3道支撑相碰，不便于现场施工，与设计沟通协商后重新制订此处施工方案，对现场施工起到了积极的作用。

2.3 施工现场管理

施工现场的平面策划、布局、协调等工作，可以通过BIM技术生成的三维模型来完成。模拟各种复杂的施工节点、施工工艺、施工方案，利用BIM技术可视化的特性帮助施工人员更好地理解施工方案，并且可以利用BIM应用技术进行现场的工况模拟，进而对施工现场进行科学合理的布置，提升项目工作效率（图2、图3）。

图2 挖土工况

图3 结构工况

2.4 基于BIM技术的管理平台应用

基于BIM技术的平台应用，由建设单位、施工单位提出开发需求，软件公司在获取开发需求后，绘制开发的业务流程图，在得到建设单位的确认后再进行功能开发。本平台开发的模块为：施工进度模块、工程管理模块、施工安全管理模块、投资控制管理模块等几大模块。

2.4.1 进度管理模块

通过BIM模型进行可视化的工程进度安排，工程进度控制的核心技术是网络计划技术，通过与网络计划技术进行集成，可以通过BIM模型按月、周、天直观地显示工程进度计划，有利于工程管理人员对不同施工方案进行比较，选择符合进度要求的施工方案。

另外，对于管理者而言，可以及时地发现工程计划进度和实际进度的偏差。

2.4.2 质量管理模块

将项目现场的质量信息同步记录在BIM模型中，从而有效地提高质量管理效率。基于BIM技术的施工质量管理系统，可以分为材料设备质量管理与施工过程质量管理2个方面：

1）材料设备质量管理：在基于BIM的质量管理中，由施工单位将材料管理的全部信息进行记录，其中包括将各类材料的出厂合格证、质量保证书、原厂检测报告、检验批等信息分别进行录入，并通过BIM模型进行综合关联。同样，监理单位也可以通过BIM管理平台，进行材料信息的审核工作，使材料管理的信息更为准确、更具有可追溯性。

2）施工全过程质量管理：可以将BIM模型与现场实际施工工况相比较，将相关检查信息构件关联，明确记录内容，便于统计与日后复查。

2.4.3 安全管理模块

基于BIM具有信息完备性和可视化的特点，在施工安全管理方面的应用主要体现在：

1）重大危险源的提示。对于复杂工程，在施工过程中不可避免地会出现危险源的情况，通过平台的开发，可以基于BIM模型查找（三维场景的搜索及具体的构筑件查找），可以事先对重大危险源进行公示。

2）深基坑监测。通过BIM技术监测深基坑的点位，通过三维模型建立完成，再把监测到的数据与模型进行关联。设置预警值，当出现超预警值时，系统会自动显示哪些点位存在风险，方便及时做出相应的对策。

2.5 BIM工程算量

2.5.1 构件拆分

首先在BIM模型建立之前，要确定市政隧道工程各个专业的分部分项列表，并制订符合BIM工程算量的拆分原则，具体的拆分原则应该按照市政隧道结构的位置关系以及施工工艺的顺序来确定。比如市政隧道结构可先按照其里程桩号进行划分，可以具体到每一个节段，划分成垫层、底板、腋角、侧墙、中隔墙、顶板、防撞侧石、混凝土铺装、沥青等不同的部位（图4）。

图4 构件拆分

2.5.2 围护与结构模型构件拆分清单

围护与结构模型构件拆分如下：

1）围护模型：地下连续墙、高压旋喷桩、三轴搅拌桩、钻孔灌注桩、混凝土支撑、钢支撑、格构柱。

2）结构模型：垫层、底板、侧墙、中隔墙、顶板、防撞侧石、沥青、混凝土铺装。

2.5.3 提取BIM工程量

完成所有的BIM模型后，根据构件类型在明细表中分别统计各项工程量。

2.5.4 将BIM工程量与预算量进行复核

通过将BIM导出的工程量与预算量进行对比，对差异较大的再进行复核，并分析原因，提高施工预算的准确性。

3 BIM技术在市政工程中的阻碍分析

1）参与单位众多，BIM软件应用能力参差不齐，无法精确把控模型应用深度。

2）市政建模软件缺乏，族库不够丰富，为建模带来较大的阻力，效率低下。

3）设计模型无法完美过渡到施工模型，模型使用价值无法更好地体现。

4）单一软件无法解决一个项目的BIM应用，学习成本较高，各软件接口不能很好地互通，模型深度不能统一把控，模型整合难度较大。

4 结语

通过BIM应用技术在杨高南路道路改建工程3标段的成功应用，证明了BIM应用技术这种全新的三维项目管理方式，是满足当今城市化发展需求的。

市政工程所涉及到的专业工程、结构形式、工程筹划以及相应的协调工作复杂而繁多，工程与工程之间关系错综复杂，极易造成由于信息沟通不畅、资料交接遗漏、工程量统计不准以及工程进度管理滞后而导致的多类型的技术和管理问题，后期的运营维护同样面临周期长、涉及范围广、内容多等特点。

中心城区的市政道路工程建设中存在设计、施工技术与环境影响等一系列问题，因此，适时对基于BIM技术的建设与运营一体化管理系统的相关关键技术进行研究，对促进城市地下空间开发利用，提高地下空间开发设备的研发、规划设计、施工和运营水平，推动经济建设、社会进步具有非常积极的作用。

BIM技术在市政项目的应用仍然需要技术上的创新来推动市政行业的发展，以为市政行业带来管理方式的变革。