兰宁博

（中铁一局集团有限公司，西安 710054）

1 引言

2002年，我国首次引入BIM。BIM多维化的特点在工程建设过程中可以实现三维展示、快速算量、精确计划、有效管控、虚拟施工等价值，因此，在我国首先推行于比较易于实现构件标准化的建筑行业[1]。BIM技术的发展推动了相关计算机软件的逐渐成熟，技术运用范围也从建筑行业扩散至体量不规则的市政行业。BIM应用的目的是作为数字化信息交付成果，并带来切实的社会经济效益[2]。于这个角度而言，BIM技术对于市政道路工程的施工阶段具有适用性。

2 工程概况

2.1 项目简介

本项目坐落在雄安新区的主城区，肩负着集中承接北京非首都功能疏解的时代重任，承担着打造“雄安质量”样板、培育建设现代化经济体系新引擎的历史使命。整个项目为“八横十一纵”共19条道路，包含综合管廊、道路、桥梁、隧道等几大类工程。

本次NC6路综合管廊新面为单舱/双舱(NC6K1+010～NC6K1+970)，长度约960 m，其中单舱管廊A段（NC6K1+010～NC6K1+760）长度约750 m，标准断面尺寸为4.4 m×4.4 m；双舱管廊B段（NC6K1+760～NC6K1+970），长度约210 m，标准断面尺寸为6.5 m×4.4 m。单舱断面为综合舱，双舱断面为综合舱+热力舱。拟容纳的管线包括10kV电力(24回)、通信(24孔)、给水(2DN600)、再生水(DN200)、热气(2DN600)。

2.2 重难点分析

1）本项目线路长、体量大、专业综合、工期紧张，由设计人员提交的传统二维图纸问题易影响施工质量，拖后工期，除专业图纸问题之外，还存在各专业或各分部分项工程之间因协调不合理导致的碰撞等问题。

2）落实到施工过程中，存在着二维图纸及文字式施工组织不能有效地将施工意图传递给施工技术人员，同理，施工技术人员也无法将有效信息传递给施工实施人员。施工信息的传递逐步衰减，不仅导致施工效率降低，而且影响工程质量。

3）工程量的准确与否则直接影响施工成本，而大体量工程中工程量的准确把控难度更甚，从而易导致施工成本控制不合理。

4）由于本项目的综合性较高，施工阶段的整个建设过程中，参与其中的施工（包括各分包和总包）、监理、设计等各类单位数量众多，管理困难，彼此之间的沟通及对接效率直接影响着施工质量、安全、进度等各项工程指标，易造成项目信息统筹不清晰，出现各类工程问题。

3 BIM技术应用背景及需求

3.1 背景

2018年4 月，国家明确设立雄安新区高端高新产业的发展方向。该新区的设立不仅是京津冀协同发展的重要内容，更是未来城市发展方向、发展模式的重大探索[3]。城市综合管廊集中敷设电力、通信、燃气等多专业管线，可以有效缓解交通堵塞、环境污染等城市问题，是保障城市可持续发展的重点市政工程[4]。建设过程中BIM技术的助攻推动了“数字雄安”美好愿景的进一步实现。

3.2 需求

雄安新区有着建设智能化高要求，包括BIM及CIM的使用范围及标准。并且从项目重难点的角度分析，传统建设项目手段已不足以满足现今社会对建筑行业的需求，而BIM技术搭建数字化三维模型，并以模型为基础，通过模型信息的定向转换，可实现可视化交底。

4 BIM实施流程及应用

4.1 可视化应用

利用三维模型可视化特点，进行图纸会审和深化设计，从而体现BIM技术在施工阶段应用的优化性和协调性。

4.1.1 参数化建模

通过BIM建模软件的综合对比分析，最终确定管廊的模型主体以Revit平台为主。由于Revit自身特点更偏向房建类项目，管廊的线性分布特点需借助Civil 3D辅助实现，同时借助Revit自带的可视化编程工具Dynamo，进一步解放生产力，提升建模效率。

根据设计单位提供的二维地形图提取管廊中心线，在Civil 3D平台划分更精确的平面数据，再将平面数据与纵断面数据融合，形成可被Revit识别的三维路线。三维路线的拾取可保证Revit线性管廊模型的准确性。

管廊模型的搭建原理是沿着路线走向放置相应的横截面轮廓，轮廓的形态与数量根据路线走向的具体情况而定。之后将相邻轮廓进行融合，完成管廊模型的创建。建模过程借助Dynamo节点程序实现，制定的节点程序由Dynamo现由节点以及自定义Python代码群组成，输入端为路线桩号和对应的截面轮廓族以及需要添加的模型信息。节点程序的制定不仅提升建模效率和模型准确度，模型信息的添加对运维阶段的使用也起到一劳永逸的作用。图1所示为完成的管廊模型主体。

图1 管廊模型

4.1.2 模型可视化应用

管廊主体以及附属管线模型绘制完毕进行模型输出和模型整合。在建模过程中发现各专业中自身矛盾或图纸不明确的地方，记录形成图纸问题报告，与设计方沟通进行图纸会审。抑或同其他专业冲突的地方，进行模型标记，施工之前进行深化设计，减少施工变更，提升施工效率，从而节约工期与成本。

4.2 模拟性应用

将携带信息的三维模型进行轻量化整合，结合具体施工工艺，进行施工技术的可视化交底和专项施工方案模拟等应用，在可视化基础上充分发挥BIM技术的模拟性。

通常将Revit模型直接导出为BIM软件通用的.FBX格式文件，实现轻量化，再导入CINEMA 4D、3D Max等动画软件中，将模型数据重新拆分、组合，进行专项施工工艺的动画展示。施工方案模拟目的：一是用预演的方式来分析方案的合理性，补充方案的不足点：二是更清晰明了地体现施工工艺的细节，进一步提升施工质量。NC6路过河段，综合管廊基坑钢板桩支护需设置3层水平钢支撑，工艺复杂且交底有难度，在开工之前进行专项施工模拟，严格执行技术交底制度，帮助技术人员充分理解和更好地执行施工方案。动画软件的使用在保证施工动画效果的同时，将BIM技术模拟性发挥到极致。

综合管廊项目地下空间结构复杂，管线交叉多。为了更加直观、快速地对工人进行技术交底，将BIM模型轻量化后导出到PC端和移动端，即可随时随地查看模型及相应构件挂载信息。运用移动端进行可视化交底解决了BIM模型与施工人员的隔阂，使BIM模型真正落实到现场，对工人进行技术指导，达到项目提质增效的目的。三维模型进行施工指导更加直观、方便，同时可以保证模型与现场的一致性，符合雄安新区对项目的BIM使用标准。图2所示为移动端和PC端的可视化交底。

图2 可视化交底

4.3 优化性应用

三维模型不仅仅具有直观的可视化特性，更重要的在于BIM软件可以综合模型信息和可视化性能自动计算模型体积，优化工程量的统计和计算。本项目在施工之前依据图纸建立精细化模型，Revit的明细表功能，可通过模型准确地统计出所需的工程量。图3所示为Revit明细表统计的工程量。

图3 明细表统计工程量

除工程量统计之外，还可借助无人机进行倾斜摄影，将倾斜摄影数据导入Context Capture软件形成模型，输入场地数据，软件可自动进行土方工程的统计。此外，项目进场之前可以提前在倾斜摄影模型上进行场地规划，选择靠近现场，空间充裕、方便施工的位置作为钢筋加工场选址，提前规划好运输路线，进一步体现BIM技术的优化性。图4为倾斜摄影规划场地和现场布置对比示意图。

图4 倾斜摄影示意图

4.4 协调性应用

整个施工过程中，BIM应用的协调性在施工管理中得到了充分体现。

本项目甲方提供的数字雄安建设管理平台集合了项目设计单位、施工单位、建设单位等各家单位于一体，使整个项目建设流程信息化、透明化、标准化。平台将BIM模型、人员管理、视频监控、环境监测、进度管理等集成在一起，有利于管理人员实时查看施工现场的作业状态和进度。

BIM技术协调性还体现在施工工艺仿真系统的应用。该系统基于Unity开发平台、虚拟仿真技术，开发桥梁桩基施工工艺仿真交底系统，逼真再现施工场景和工艺，使体验者身临其境地感受整个施工工艺过程，对工艺交底内容理解更加深刻，同时系统搭载考试系统，多交底内容进行实时考核更专业、更全面、更活学，实现理、实、虚交底的完美结合。图5为仿真系统和操作图。

图5 施工工艺仿真系统

5 结语

通过以上分析，项目施工阶段的BIM应用流程从三维模型的可视化，到模型轻量化之后的模拟性，以及建设管理平台和仿真系统使用的协调性都推动了施工阶段项目整体的优化性。

1）管廊的三维模型搭建利用Revit参数化功能及Dynamo定向开发，极大地提升了建模效率，在施工之前进行专业图纸的会审及优化设计，减少返工。不仅能有效缓解工期紧张，还保证了施工质量。

2）利用三维模型进行可视化交底和专项施工方案模拟对施工信息的完整传递起到了重要作用，形象生动的模型交底和工艺动画展示可最大限度地保证施工现场技术与施工工艺标准设计的一致性。

3）由于BIM技术成熟度受限，目前规定工程量应由传统计算方法统计，而随着BIM软件智能化程度的提高，三维模型工程量的统计可以起到工程量辅助统计作用，通过与传统工程量的数据对比，可从大方向判断其准确性。

4）使用特定的BIM管理平台，将各施工参与方汇聚于此，通过赋予不同参与方相应的管理权限而进行整个施工阶段的各类信息的统筹管理，实时监控施工中的安全、质量、进度等问题。