北橫通道工程BIM技術研究應用概述

高文堃

（上海市地下空間設計研究總院有限公司,上海市 200020）

北橫通道工程BIM技術研究應用概述

高文堃

（上海市地下空間設計研究總院有限公司,上海市 200020）

北橫通道新建工程是上海市2015年BIM應用試點項目之一,也是上海市首個全線全覆蓋應用BIM技術的特大型城市道路工程。基于北橫通道新建工程特點,編制涵蓋道路、橋梁、隧道、下立交多工程類型的BIM交付標準和行為標準；結合北橫通道新建工程特點,立足技術創新,進行設計方案比選、虛擬建設、工程漫游、施工工藝模擬等BIM應用,并研發了“特大型城市道路工程基于BIM全生命周期協同管理平臺”。其研究成果將提高北橫通道新建工程建設效率,提高管理水平,節省資源。

BIM；北橫通道新建工程；BIM標準；協同管理平臺

0 引言

建筑信息模型（Building Information Modeling, BIM）是以建筑工程項目的各項相關信息數據作為基礎,建立起三維的建筑模型,通過數字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息。它具有信息完備性、信息關聯性、信息一致性、可視化、協調性、模擬性、優化性和可出圖性八大特點。從1975年美國佐治亞理工大學的Chuck Eastman教授提出建筑物計算機模擬系統（Building Description System, BDS）的概念,到2002年BIM的概念被第一次提出,之后BIM技術的理念開始迅速發展。我國2003年引入BIM概念,國家先后出臺多項推進政策, 2016年8月住建部發布《2016-2020年建筑業信息化發展綱要》[1]中明確指出“全面提高建筑業信息化,增強BIM、大數據、智能化、移動通訊、云計算、物聯網等信息技術集成應用能力,建筑業數字化、網絡化、智能化取得突破性進展,初步建成一體化行業監管和服務平臺”。2017年2月,國務院發布《關于促進建筑業持續健康發展的意見》[2]中提到“加快推進建筑信息模型（BIM）技術在規劃、勘察、設計、施工和運營維護全過程的集成應用,實現工程建設項目全生命周期數據共享和信息化管理,為項目方案優化和科學決策提供依據,促進建筑業提質增效”。上海市也在2016年推出了6本BIM標準。

BIM技術多用于地面建筑,市政工程中BIM技術應用起步較晚,目前尚處于初步應用階段。北橫通道新建工程作為上海市乃至國內首屈一指的頭號特大型城市道路工程,也是第一個采用“業主主導,專業BIM咨詢、各方參與”模式的市政工程項目。本文研究在這種模式下采用BIM技術對工程質量、進度、安全和投資等方面的輔助管理的具體應用,編制BIM實施系列標準,開發基于BIM與GIS技術的協同管理平臺。

1 工程概況

1.1 工程概況

上海市北橫通道是中心城區北部東西向小客車專用通道,服務北部重點地區的中長距離到發交通,是三橫北線的擴容和補充。北橫通道西起北虹路,東至內江路,貫穿上海中心城區北部區域,全線經長寧路—光復西路—蘇州河—余姚路—新會路—天目西路—天目中路—海寧路—周家嘴路,向西銜接北翟快速路,向東接周家嘴路越江隧道,全長約19.1 km,是國內目前規模最大的以地下道路為主體的城市主干路。全線工程涉及盾構法隧道、高架道路、立交改造、道路下立交、地面道路改擴建等內容。

1.2 工程特點與難點

北橫通道新建工程（下文簡稱“北橫工程”）具有投資大、線路長、影響范圍廣、工期緊的工程特點。北橫工程沿線的建構筑物復雜且經過多個中心區域,沿線主要相關控制建筑共計85處,交通流量大,離居民區近,因此對設計、施工以及環境保護都提出了較高要求。北橫工程建設參與方眾多,包括勘察、設計、施工、供應商、監理、第三方監測檢測等,同時工程需與交通、消防、公安、市政管線公司、軌道交通等多家相關單位進行溝通,工程信息總量龐大、交互需求緊迫,現有的建設管理模式難以滿足北橫工程的管理需要,因此,亟待尋求適合北橫工程建設信息化管理模式。

1.3 研究目標和研究內容

實現北橫工程全生命期、各參與方的BIM應用,充分發揮BIM應用價值,有效控制和協助管理工程建設的質量、進度、安全和投資控制,提升北橫工程的精細化管理水平,提高工程管理和決策效率,減少返工浪費,保證工期,提高工程質量和投資效益。

建立一套基于BIM技術的協同管理機制、數據標準、BIM實施標準,形成一套市政工程建設可復制、可推廣的成套BIM應用和信息管理體系,為后續類似的大型市政工程推進BIM技術應用提供示范基礎。

2 特大型城市道路工程BIM實施標準

北橫工程BIM實施系列標準總體框架是以清華大學（CBIMS）標準框架為參考依據,分為應用需求層、核心層、約束層（見圖1）。核心層以交付標準為中心,行為標準和資源標準控制、規范各參與方建模過程。BIM應用實施導則為各參與方提供各應用點操作說明和流程。

圖1 標準框架示意圖

2.1 BIM交付標準

根據北橫工程工程類型,BIM交付標準分為橋梁篇和隧道篇,針對不同工程類型特點,編制交付標準,以保證在各自工程類型中BIM模型信息的準確性和完整性。交付標準內容包括模型范圍、專業分類、幾何信息、非幾何信息、信息深度等級以及交付要求等。

橋梁篇專業分為:景觀、道路、橋梁、排水、照明、監控。

隧道篇專業分為:環境、道路、建筑結構、通風、給排水及消防、供電、照明、監控。

幾何信息主要包括模型中構件空間位置信息、尺寸。非幾何信息包括設計參數、施工信息參數、設備參數、運維信息和其他信息。

模型深度等級是參照美國建筑師協會（AIA）2008年文檔E202中定義的LOD的概念。同時為了給未來可能會插入等級預留空間,定義LOD為100到500五個等級。

2.2 BIM行為標準

BIM行為標準是指導模型創建和協同工作的標準,內容包括:模型交互應用流程、協同設計原則、模型創建要求、命名規則（規定項目文件夾、模型文件、構件等命名要求）、建筑結構扣減規則,并提供視圖模板、構件顏色規定。BIM行為標準與交付標準之間存在一定的對應關系,如圖2所示。

圖2 行為標準與交付標準對應關系

3 設計施工過程BIM技術應用

3.1 設計階段BIM技術應用

在設計階段,借助BIM技術三維可視化特點,建立三維模型直觀表達設計意圖。如在北虹路立交水上派出所選址的方案比選過程中,BIM技術發揮了這一特長,在三維環境中清晰展示兩個方案的利弊,輔助決策。同樣,在天目路立交公示階段,運用BIM模型與周邊受影響小區街道及居民代表進行溝通,與傳統的二維圖紙相比,使居民代表更方便更全面地理解工程,做到了工程的公開透明,使居民更好地理解工程竣工狀態,有助于解決群眾訴求。除此之外,BIM技術在設計階段的運用可以輔助設計師審查設計的合理性,并且BIM三維模型的信息表達要更全于二維圖紙的表達,有利于規避設計過程中人為出現的失誤,使得設計方案更加完善。

（1）優化規劃方案,降低對環境的干擾。

北虹路立交新建工程與原有立交、建筑、交通、管線、駁岸相互交織,空間復雜。運用BIM技術,優化匝道與新建地塊方案,解決主線占小區綠化、人行道的問題,如圖3所示,發現承臺與市政管線沖突21處,使工程對現狀環境的影響降至最低。

圖3 設計方案優化

（2）解決凈空控制難題,提高溝通效率。

天目路立交新建大跨度大縱坡橋梁,上跨既有高架,實現北橫與南北高架的連接,在立交環島區呈空間四層交錯分布,且局部采用大尺寸門墩,加之既有高架建成數年后已有一定沉降,使得橋梁設計中凈空控制存在很大難度。在本節點中,通過對現狀高架進行建模,并加入沉降數據進行模型修正,再整合新建立交模型形成精準的BIM模型,協助設計核對立交區內設計方案的凈高,避免設計中可能存在的數據缺失造成方案缺陷,保證設計質量,提高設計品質。

3.2 施工階段BIM技術應用

在施工階段,借助BIM技術的可模擬性,未建先試模擬施工過程,提前發現問題,減少不必要的返工。如在明挖過蘇州河段,施工的場地條件十分苛刻,運用BIM技術對工程就復雜節點進行4D施工模擬,檢查工序碰撞,優化流水作業排布,深化施工方案和細化進度計劃,降低了施工風險,確保了施工進度和安全。同樣,江浦路新建下立交施工區域狹長,管線復雜,用地范圍狹窄,利用BIM技術中二、三維聯動及參數驅動的特性,分段布置、調整管線位置,直接生成規劃斷面圖,既快速又精確,同時避免了管線碰撞。

在盾構穿越影響建筑的應用中,將風險點、一般影響建筑、計劃拆除建筑和非影響建筑四類建筑物區分為紅、黃、白和透明色,同時將建筑名稱標注用編程的方式自動標注在建筑物上并區分顏色。對關注區域直接定位,在漫游時準確知道所處位置,解決二維三維聯動和局部總體顯示問題。調節地表透明度,既真實反映周邊環境又可以顯示地面以下結構物情況,免去切換地形的麻煩,實時斷面剖切（見圖4）,可以在關注的部位進行細致分析,提升了地下工程方案溝通效果和設計的精細度。

圖4 盾構穿越影響建筑

4 特大型城市道路工程基于BIM全生命周期協同管理平臺

在工程建設管理中,BIM技術的信息集成性為提升工程精細化管理提供了基礎。北橫通道是上海市基礎設施建設中第一個采用“業主主導、專業咨詢、各方應用”BIM應用模式的工程,業主和咨詢單位建立了一系列BIM標準和管理制度,并且北橫通道工程自主研發了基于網頁的BIM協同管理平臺,攻克了多軟件模型融合、大體量模型輕量化展示等關鍵技術,為各方數據傳遞、交換、協同應用提供了基準和保障。

4.1 平臺建設目標

以北橫通道工程建設為背景,將BIM技術應用貫穿設計、建設和運維全階段,結合GIS、web等技術搭建一個大型市政工程全生命周期協同管理平臺,實現信息集成、共享、更新和管理,保證信息的一致性,實現各參與方的協同交流、信息共享,實現對整個項目的動態控制,為管理和決策提供幫助,提升工程設計、施工的管理水平,減少返工浪費,縮短工期,提高工程質量和投資效益。

以構建“特大型城市道路工程基于BIM全生命周期協同管理平臺”為核心,建立工程參建各方的信息網絡和信息流動機制,結合計算機技術、BIM技術、數據分析技術,通過基于BIM的中心數據庫建設及工程協同管理技術的研究,形成一套可在工程建設行業內復制推廣的成套信息技術體系。

4.2 平臺的功能架構

以GIS和BIM三維空間模型為載體,將工程全生命周期的過程信息整合在一起,通過信息傳遞和交換平臺,打破工程中不同階段、不同專業、不同角色之間的信息溝通壁壘,實現信息的準確傳遞,并以此為基礎,建立工程協同管理平臺,圍繞規劃期、設計期、施工期、運維期的核心管理目標,使管理人員能夠通過快速、形象、便捷的信息入口,進行工程全生命周期協同和智慧管理,改變市政行業傳統管理和運營模式,提升市政工程的質量和效益。圖5為平臺整體功能架構。

圖5 平臺整體功能架構

平臺采用分層分塊技術、數據自動優化技術、LOD技術,實現大體量BIM模型數據的在線高速展現；建立了設計各方之間、設計方與施工方之間的聯系；對施工過程進行進度、質量、投資和安全的全過程管理,使得各參與方不僅能夠全面了解施工狀態,而且能夠系統提升施工管理能力；平臺采用權限管理考慮數據安全以及知識產權維護等方面需求。

5 結語

北橫通道新建工程是國內首屈一指的特大型城市道路工程,全線全過程應用BIM技術,是首個在市政領域采用“業主主導、BIM專業咨詢、各方參與”模式的工程。本文結合北橫工程特點,研究編制了BIM實施系列標準,并在北橫工程中取得了良好的應用效果。根據北橫工程進展情況,進行了多項BIM應用點的實施,自主研發了“特大型城市道路工程基于BIM全生命周期協同管理平臺”,提升北橫工程精細化管理水平,平臺將在北橫工程持續應用。

[1]住房城鄉建筑部.2016-2020年建筑業信息化發展綱要 [Z].北京:住房城鄉建筑部,2016.

[2]國務院辦公廳.關于促進建筑業持續健康發展的意見（國辦發[2017]19號）[Z].北京:國務院辦公廳,2017.

廣東省揭惠高速惠來段主線全部貫通

廣東省揭惠高速公路惠來段全線建設進展順利,目前已投入資金約9.85億元,主線已全部貫通,預計今年9月份完成瀝青路面鋪設,今年年底將通車。

揭惠高速公路項目是落實廣東省委、省政府《關于促進粵東地區實現“五年大變化”的指導意見》精神的重大項目,是省網二橫、四橫和五橫線的聯絡線,是縱貫揭陽和汕頭兩市南北向的重要通道。該項目路線走向起于榕城區仙橋街道(接省道234線),經普寧南徑鎮,汕頭市潮南區司馬浦鎮、雷嶺鎮,惠來縣華湖鎮、神泉鎮,止于惠來縣前詹鎮(接規劃的惠來沿海一級公路),全長71.8 km。其中:主線長約63.3 km,采用雙向4車道、時速100 km/h的高速公路標準設計;榕城區內的連接線8.5 km,采用設計時速80 km/h、雙向4車道一級公路技術標準。項目估算總投資86.5億元。

揭惠高速公路惠來段起于惠來縣華湖鎮堡內村,經神泉鎮前湖村,止于前詹鎮新陂村,路線長11.7 km,沿線涉及華湖、神泉、前詹3鎮15個自然村,估算總投資13.92億元,設置有華湖互通立交和美園樞紐互通立交。華湖互通立交主要與原省道337線連接,設有華湖收費站一個,是惠來縣的主要出入口;美園樞紐互通立交則為揭惠高速與深汕高速提供連續、快速的交通轉換。目前,該項目已投入資金約9.85億元,主線已全部貫通,路基工程已基本完成,路面工程已完成主線水穩墊層及兩層底層鋪設,兩處立交全部匝道、橋梁路基工程已完成,預計今年9月份完成瀝青路面鋪設,今年年底將通車。

該項目貫通南部沿海臨港經濟產業帶,建成后將有效串聯沿線東西向公路,進一步縮短揭陽市區至惠來縣的距離,進一步提高潮汕地區的通達程度,對促進區域協調發展和粵東一體化具有重要意義。

U41；TP31

B

1009-7716（2017）07-0035-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.07.010

2017-03-16

高文堃（1990-）,女,寧夏石嘴山人,助理工程師,從事BIM研究工作。