土建BIM在市政3D模型中的突破研究
-----以“鐘塔橋”為研究對象

孫 倩 韋 芳 華 云

（常熟理工學院經濟與管理學院 江蘇常熟 215500）

土建BIM在市政3D模型中的突破研究
-----以“鐘塔橋”為研究對象

孫 倩 韋 芳 華 云

（常熟理工學院經濟與管理學院 江蘇常熟 215500）

市政工程從本質上來說是建筑行業不可或缺的一部分，它與人們的生活息息相關。然而，現如今的市政行業中，無論是對道路亦或是橋梁的設計與建造，僅僅是思維停留在二維空間上的運作，正因為設計者2D思維的局限性，便造成一系列的工程設計的變更，乃致整個工程項目的質量缺陷。這些問題就是由于行業缺少相關的市政建模軟件，相關專業人才的缺失，以及市政工程的圖紙本身就比較復雜，構件內部構造多變，在工程實際實施過程中，會出現很多難以預料的工程變更。針對發現的問題，從廣聯達3D圖形算量軟件（即BIM技術）中得到啟發，通過對土建各部分的建筑構件的合理變形，就可以實現市政工程中各部分構件的搭建，從而也就實現了市政建筑物的三維展示。

BIM、信息化技術；市政工程；橋梁建模

我國BIM技術首先在建筑領域得到運用，目前已經擴充到幾乎所有的領域如建筑設計、機械制造等。而目前市政領域技術應用發展滯后，市政各專業間信息溝通不暢，導致道路施工時經常出現市政管網被挖斷而帶來極大的經濟損失等問題，如果利用BIM技術將各個市政專業的信息匯總成數據庫進行統一的管理，就可以減少類似的損失，提高經濟效益。所以BIM技術也必將在市政領域得到普及，目前國內目前缺少市政方面的BIM軟件，使得市政BIM發展受到限制，雖然說BIM的應用不是某個或者某類軟件的事情，但BIM軟件是BIM技術發展的必要條件，作為建筑行業的學生我們無法開發相應的軟件，于是在土建BIM軟件應用相對成熟的情況下，利用土建BIM軟件的類似原理，在土建BIM軟件中進行市政BIM的構建，以“鐘塔橋”為實例，證明了該方案的可行性。因此，用土建BIM中的構件替代市政工程中的構件，實現市政圖紙的三維轉換是很值得研究的。

一、市政工程中存在的問題

在經濟高速發展的21世紀，隧道、橋涵等大型市政工程的建造很大程度上反映出一個國家市政設施的建筑設計能力，是本國的建筑走向國際化的重要標志。可令人遺憾的是，我國的市政工程中還存在許多的問題和安全隱患。經分析，主要存在以下幾個問題：

1、市政工程頻出工程變更

由于項目管理人員對圖紙理解的主觀及片面性，單純從二維平面的角度去想象三維的建筑物，尤其在建筑物構造異彩紛呈的時代，很大程度上加劇了工程項目總承包工作的不確定性與復雜性。因此，工程變更、工期拖延、施工效率低等問題接踵[1]。

2、市政工程工期拖延

由于現今建筑市場上的BIM算量軟件都是以土木工程建造為對象，且以往市政工作建造的對象形式往往簡單、不存在多變性，從而使BIM技術不能被廣泛應用到市政工程中去，直接導致某些市政工程的施工效率得不到提高，進度緩慢，工期拖延嚴重的后果。

3、市政工程資源浪費嚴重

市政工程結構復雜，涉及到的施工技術高，施工材料品種多，施工人員及施工機械多，如果工程在事先未能準確做出用料用人預算，使其在開工之前對人力、物力進行協調，做出最優安排，就會在施工時出現誤工，施工錯誤之類的情況，嚴重浪費社會資源[2]。

由此可見，種種原因和結果都反映出，把可視化、模擬化、協調化的BIM技術投入于現代市政工程的設計建設與管理活動中，對于提高市政工程的建設水平，減少風險有著重要的意義。

二、市政工程問題出現的原因

根據分析市政工程頻頻出現的事故，得出了市政工程問題出現的原因，現歸結出一下的幾點原因：

1、市政建模軟件的缺失

過去在建筑行業也存在建筑施工圖紙、結構圖看不懂，內部構件復雜造成工程變更的情況，不過在建筑土建BIM技術成熟應用于建筑土建施工之后，建筑在土建部分的工程變更次數明顯減少，工程成本得到壓縮，使工期安排得更加合理，經濟和社會效益都得到提高。

而市政工程中構件之復雜，建筑物形狀也不規則，施工難度也遠超于土建工程的施工難度，但是在市政工程領域并不存在3D建模的軟件技術，無法將圖紙中的圖形直觀的展示出來，實現可視化的效果。試想，如果能在市政工程施工前期，就能預先建立并及時更新施工現場BIM模型，直觀再現施工現場的整體情況，進行規劃、布置、協調等工作，那么施工單位在施工現場就不會因看不懂施工圖紙而造成施工錯誤或是耽誤工期。由此看來，市政領域正是因為缺少市政建模的軟件，才會加大了施工難度，提高了施工的錯誤率。

2、專業人才技術投入的不足

目前，建筑行業的土建專業，水電專業的人才在市場上已成飽和狀態，土建的BIM建模技術也已呈成熟之勢，然而市政專業的人才在市場上呈緊缺狀態，專業人才技能不足，造成對市政施工圖紙的一知半解，技術掌握不到位，也無法進行專業的結構分析，圖紙分析，造成對施工工期的延長，施工成本的提高[3]。因此，專業素質不足，軟件技術開發投入不足是市政工程事故頻發的又一個原因。

3、施工圖紙復雜，無法展示全部的施工內容

經過調查發現，很多施工人員都表示，市政圖紙相較于建筑圖紙，內容展示比較抽象，比如市政工程管線交叉復雜，在施工圖紙上難以表達清楚，導致施工時因讀圖錯誤而使管道位置鋪設錯誤的后果；由于包封層厚度的問題，走向和標高都會和設計標高有較大出入，特別是交叉口的出入會更大，平面圖上數據獲取困難，諸如此類的問題就是圖紙本身復雜，不易理解，造成市政工程施工錯誤，嚴重會導致重大的施工事故。

改進方案:以土建BIM構建橋梁模型的設想

經過分析，針對市政工程中存在的問題及發生這些問題的原因，通過對土建3D軟件的自學和研究，提出用土建BIM來代替市政BIM的設想，我們以“鐘塔橋”為例，嘗試構建橋梁的3D模型，以此驗證該方案的可行性。

1、查閱資料，分析對比

查閱相關土建BIM技術的信息和在建筑行業方面成功應用的案例，進行土建工程在有BIM技術和沒有BIM技術前后，施工成本及工程變更情況的對比，發現BIM技術在實現3D可視化、立體化之后，可以減少工程變更，降低工程成本，縮短工期，從而增加工程的經濟效益，也提升了安全性。

2、自學土建軟件，構建市政構件

自學3D圖形算量軟件，在指導老師的指導下，熟悉各構件的畫法及特點，比如在畫柱子是只需定義柱子截面和柱子的高度即可，由此可以得到啟發，在畫橋梁的橋墩時，就可以用土建的柱子來代替橋梁的橋墩；在畫梁的時候也就需要定義梁的截面，在需要畫梁的位置畫出直線即可，由此可以得到啟發，可以用異性梁的定義來定義板梁。諸如此類，在充分掌握3D圖形算量的基礎上，熟練運用各部分的構件畫法，嘗試用土建BIM技術構件來代替市政工程的構件。

3、研究橋梁結構，進行橋梁構件拆分

對“鐘塔橋”的橋梁構件進行拆分，嘗試用土建構件去替代橋梁中的各部分構件。比如臺帽采取分解繪制的辦法，利用變截面梁設置臺帽挑梁、用截面為平行四邊形的柱子構件、利用土建懸挑梁，設置不同的梁頂標高和異截面尺寸構建臺帽中間變截面部分；再比如對枕梁，利用底面（寬60cm*高2400cm）為平行四邊形的柱子來構建。

4、繪制“鐘塔橋”的橋梁模型

對構件進行組合，進行尺寸調整，展示“鐘塔橋”的三維效果(如下圖)，證實土建BIM技術在市政工程的運用是完全可行的。

5、分析橋梁模型中的問題，完善并得出結論

在總體繪制完成之后，對繪制好的橋梁里面存在的問題進行分析，主要還是土建工程涉及的建筑物的構件多是一些規則性的，不像橋梁構件，多是多邊形或是截面為不規則圖形，加上橋墩與橋面之間還存在傾斜角度，在繪制時存在難度，繪制完成之后，存在重疊部分或是空隙部分。因此，土建構件在代替市政構件的過程中，由于兩者的差異，不能完全適用于市政工程中，不過總體而言，用這種方法展示橋梁的三維效果方便施工人員看圖，降低施工難度是有一定的可行性。

四、不足與結論

完成的鐘塔路橋梁模型還存在一些細微的缺陷，比如臺帽模型繪制后發現同一板構件的板厚必須一致，從而導致板下方仍需一個坡面構件填充，且板坡面與板厚的截面始終垂直無法改變角度，則利用斜板無法建立坡面構件；利用變截面梁，控制梁的頂標高不變而改變梁的截面建立懸挑梁和墻存在一樣的缺陷。盡管如此，但總體方案而言，還是非常接近橋梁的實際情況，則利用BIM技術進行該橋梁的設計，在項目全過程就都可以看到工程完成后的三維信息模型，使得規劃設計從傳統的CAD二維圖紙到三維信息模型的巨大轉變，實現所見即所得。

利用該橋梁數據模型，以及其他管線等構筑物的數據模型輔以分析軟件，可以進行空間合理性、施工方案的可行性、各個專業間的協調性的分析認證。在設計階段就可以發現設計缺陷問題，有效的防止施工中不同專業相互“碰撞”，并且隨時可以進行設計變更，施工前就能預知施工中的大部分困難，施工問題得到更完美的解決方案，提高了工程的施工效率、施工質量、經濟效益。

[1]王建軍，李社領，王建芬，張煥玲.市政橋梁施工技術質量問題分析 [J] 科技致富向導，2012（28）：17-19

[2]何學邱.《安全工程學》[M].徐州：中國礦業大學出版社，2000（20）：188-193

[3]張新龍.市政工程易發事故特點與原因分析.《山西建筑》,2013，39（19）：237-238

學生第一作者：孫倩（1993～),女(漢族),常熟理工學院本科工程管理在讀學生。

韋芳(1979～)，女(漢族),江蘇常熟人,常熟理工學院管理學院講師、工程師、全國一級注冊建造師、造價工程師、監理工程師，華東理工大學碩士，主要從事工程項目管理、工程造價研究。

大學生創新項目及課程改革項目,項目編號：jxnh2014066 。

G322

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1007-6344（2016）03-0249-02

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