BIM技術(shù)在緬甸引航站項目中的應(yīng)用研究

(中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，廣州 510230 )

1 項目簡介

1.1 工程概況

緬甸引航站項目位于緬甸仰光河入海口，是我國“一帶一路”和“中緬經(jīng)濟走廊”沿線的重要境外經(jīng)貿(mào)合作項目，是緬甸仰光新城首批落地項目。該引航站位于離岸20海里的海面處,是世界上第二座、緬甸境內(nèi)第一座海上引航站，屬于新型海上建筑物。項目總投資約2 000萬美元，建成后將為入緬的船只提供引航服務(wù)，同時兼顧船舶靠泊、油罐輸油、辦公住宿、娛樂觀光等功能。

引航站下部結(jié)構(gòu)是鋼管樁樁基礎(chǔ)，上部結(jié)構(gòu)由三部分組成：主平臺,包含4層的航站樓和信號塔等設(shè)施；棧橋平臺以及一個油罐平臺。項目的總體效果如圖1所示。

1.2 工程難點與特點

項目的主要特點是地質(zhì)條件差，淤泥層厚，外海作業(yè)風(fēng)高浪急，給施工和設(shè)計帶來很多難題；空間狹小但功能要求多，涉及包括水工結(jié)構(gòu)、建筑結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、給排水、暖通、電氣、通導(dǎo)、港口工藝、儲運油工藝等專業(yè)；結(jié)構(gòu)異形，機電油管線錯綜復(fù)雜；工期緊，為了趕在雨季來臨前完成樁基施工，設(shè)計時間被不斷壓縮。

為保證工程順利進(jìn)行，該項目在設(shè)計階段引入BIM技術(shù)，提前規(guī)劃、重點模擬、化繁為簡、減少返工。

圖1 項目總體效果圖

2 BIM組織與運用環(huán)境

2.1 項目應(yīng)用愿景

通過BIM技術(shù)的應(yīng)用，縮短項目設(shè)計周期，解決項目中遇到的設(shè)計難題；通過該項目的實踐，研究如何將BIM技術(shù)應(yīng)用于國際海上建筑物，并歸納總結(jié)出具體實施的技術(shù)和要點，提高效率和質(zhì)量，增強企業(yè)核心競爭力[1-3]。

2.2 項目團隊

基于正向設(shè)計的理念，本項目的BIM設(shè)計團隊從項目的設(shè)計團隊中抽調(diào)組建[4-5]。在BIM崗位上分別設(shè)置了BIM項目經(jīng)理、BIM項目副經(jīng)理、協(xié)調(diào)員、專業(yè)負(fù)責(zé)人和各專業(yè)的設(shè)計建模人員等BIM崗位，如圖2所示。

圖2 項目團隊組織架構(gòu)

2.3 項目策略書

本項目中，從可行性研究階段到施工圖階段，BIM設(shè)計和管理的理念和方法一直貫穿在整個過程中。項目前期結(jié)合項目特點，根據(jù)英標(biāo)、美標(biāo)及我院的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)等，編寫項目本身的《緬甸引航站項目BIM策略書》，用于項目過程中的設(shè)計協(xié)同和文件控制。《項目BIM策略書》對項目過程中各個方面都進(jìn)行了詳細(xì)的、具有實操性的規(guī)定，如制圖標(biāo)準(zhǔn)化、模型LOD精度等級、構(gòu)件的編碼命名、設(shè)校審流程、模型顏色管理等。項目策略書的運用，確保了項目協(xié)作高效精確，設(shè)計成果整潔美觀。該策略書主要的章節(jié)目錄如圖3所示[6]。

2.4 基于云架構(gòu)的全過程數(shù)字化管理

該項目的BIM設(shè)計涉及Autodesk、Intergraph等軟件平臺。針對其涉及專業(yè)多、軟件多樣的特點，項目采用Vault 協(xié)同設(shè)計平臺和阿里云服務(wù)器，進(jìn)行多專業(yè)、多參與方、多地點的設(shè)計協(xié)同，對數(shù)據(jù)和文件進(jìn)行全過程的數(shù)字化管理，實現(xiàn)了包括文件版本控制、權(quán)限管理、異地同平臺協(xié)同、設(shè)校審流程、文件自動編碼等在內(nèi)的協(xié)同設(shè)計功能，確保信息流通的實時性、安全性[1,7]。

圖3 項目BIM策略書封面及章節(jié)目錄

3 BIM技術(shù)運用范圍

3.1 三維建模

3.1.1 三維地質(zhì)

本項目中，通過Dynamo+Revit方式進(jìn)行三維地質(zhì)建模，其主要的建模步驟包括以下幾個方面：

1)將地勘數(shù)據(jù)錄入Excel 表格；

2)利用dynamo讀取Excel 表格數(shù)據(jù)，并在revit中生成分層地形曲面；

3)Dynamo讀取Revit地形三角網(wǎng)格曲面，進(jìn)一步生成三維地質(zhì)實體；

4)將三維地質(zhì)實體導(dǎo)入到Revit 中，并賦予不同土層的地質(zhì)參數(shù)；

5)在Revit中進(jìn)行剖面出圖及地質(zhì)工程量統(tǒng)計等。

生成的三維地質(zhì)模型，如圖4所示，能更直觀地展示土層的分布，任意剖切出圖，添加土層參數(shù)等，并導(dǎo)入到結(jié)構(gòu)軟件中進(jìn)行計算，為項目的樁基設(shè)計提供有力保障[8-9]。

(a)三維效果展示 (b)剖切出圖

(c)Revit明細(xì)表中展示土層參數(shù)圖4 Revit 中的三維地質(zhì)模型

3.1.2 結(jié)構(gòu)、水暖電建模

設(shè)計過程中，總圖專業(yè)首先完成總平面布置，并將設(shè)計成果上傳到vault 公共數(shù)據(jù)共享平臺。其它專業(yè)的設(shè)計人員以鏈接的形式引用總圖條件，在各自的設(shè)計平臺上并行設(shè)計。其中，港口結(jié)構(gòu)、建筑結(jié)構(gòu)、水、暖、電、通導(dǎo)等專業(yè)采用REVIT完成建模；港口工藝專業(yè)采用Inventor 完成設(shè)備建模；結(jié)構(gòu)專業(yè)采用Advance Steel插件完成鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)點設(shè)計。鋼結(jié)構(gòu)模型包括基本的板厚、型材、焊縫等細(xì)節(jié)，可直接用于工程加工[10-11]。結(jié)構(gòu)、水暖電建模的三維模型模型如圖5所示。

(a)結(jié)構(gòu)三維模型

(b)水、暖、電模型 (c)鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點設(shè)計圖5 結(jié)構(gòu)、水、暖、電模型

3.1.2 儲運油系統(tǒng)建模

基于Smart Plant 3D平臺，進(jìn)行儲運油系統(tǒng)三維協(xié)同設(shè)計，其三維模型如圖6所示。

圖6 儲運油系統(tǒng)模型

3.2 工程量統(tǒng)計與二維出圖

在模型的基礎(chǔ)上,各專業(yè)設(shè)計人員通過軟件的功能進(jìn)一步得出二維施工圖、工程量清單、結(jié)構(gòu)計算模型等,如圖7所示。充分利用模型中的信息，做到一模多用，簡化人工數(shù)據(jù)搬運的過程，實現(xiàn)真正的正向設(shè)計[12]。

圖7 水工專業(yè)施工圖與明細(xì)表

其中，用Revit的明細(xì)表統(tǒng)計水工結(jié)構(gòu)專業(yè)的工程量時，存在著工程量格式不符合水運行業(yè)的規(guī)定，部分的量無法直接導(dǎo)出等問題，需要人為手動處理。針對此問題，項目組根據(jù)不同的構(gòu)件類型特點，依據(jù)水工行業(yè)的工程量計算規(guī)則及編制要求，用Dynamo編寫了自定義節(jié)點替代算量模板，用于智能化的工程量統(tǒng)計，實現(xiàn)包括人、機、料在內(nèi)的工程量統(tǒng)計，如圖8所示。

3.3 模型的設(shè)校審

利用Vault中自定義生命周期的功能定制文件設(shè)校審流程, 利用Design Review 的校審功能，實現(xiàn)了設(shè)計文件和模型的全過程數(shù)字化管理。通過設(shè)置不同的文件生命周期，實現(xiàn)文件狀態(tài)的更改自動觸發(fā)版本號、權(quán)限的更改，并且自動發(fā)送郵件通知下游的任務(wù)相關(guān)人員。

(1)主程序界面 (2)dynamo提取的水工工程量清單圖8 Dynamo編程提取水工工程量

通過Vault平臺的設(shè)置，可實現(xiàn)Revit 、Civil3D 、CAD等軟件上傳到Vault 平臺后，自動生成相應(yīng)的Design Review 文件。校審人員無需安裝專業(yè)的建模軟件，即可對模型和圖紙進(jìn)行模型剖切、構(gòu)件移動、視圖旋轉(zhuǎn)、文檔比對、審閱批注等校審活動，實現(xiàn)全過程的數(shù)字化審圖，如圖9所示。

圖9 利用design review 對文件進(jìn)行校審

設(shè)校審流程的運用，確保協(xié)同平臺能夠保存 “里程碑式”的歷史版本，進(jìn)而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可追溯、可分析[7，13]。

3.4 碰撞檢查與管線綜合

項目協(xié)調(diào)員在Navisworks和fuzor 軟件中對各專業(yè)的BIM模型進(jìn)行總裝。并進(jìn)一步進(jìn)行了碰撞檢查、管線綜合、凈高分析等，及時發(fā)現(xiàn)了錯、漏、碰的問題，并預(yù)留設(shè)備合理的安裝和操作空間，確保了管線布局的合理性和美觀性。優(yōu)化后該項目設(shè)備間的管線和設(shè)備布局如圖10所示。

圖10 設(shè)備間管線設(shè)備布局

3.5 4D施工模擬

采用Fuzor軟件分別導(dǎo)入三維BIM模型和施工進(jìn)度計劃(preject wise6),對施工工序以動態(tài)的三維方式呈現(xiàn)，如圖11所示。并根據(jù)不同的施工進(jìn)度及時程在三維模型上標(biāo)示不同的顏色，表達(dá)不同建筑物于目前施工進(jìn)度之狀態(tài)。相比于傳統(tǒng)的文字或者甘特圖的表達(dá)方式，BIM 4D的動態(tài)展示更加直觀，項目相關(guān)方能更快速地掌握整個工程進(jìn)度與狀況。

圖11 4D施工模擬

3.6 可視化交底

通過Lumion 、Fuzor等軟件把二維圖紙上的建筑施工圖變成更有空間感的模型、海報、漫游視頻等。利用Fuzor和Augement等軟件的VR、AR技術(shù)進(jìn)行模型展示，如圖12所示，讓三維模型“躍然紙上”，現(xiàn)實環(huán)境與虛擬模型相結(jié)合，實現(xiàn)更好的工程展示效果。

4 技術(shù)創(chuàng)新

4.1 二次開發(fā)提高建模效率

項目中，針對不同的工程問題，采用Dynamo、API進(jìn)行大量的二次開發(fā)，實現(xiàn)工作流程自動化，提高了工作效率[14-15]，主要包括以下幾個方面。

樁基快速批量建模：針對本工程樁基密集、傾斜樁多、樁基空間交錯復(fù)雜等特點，通過Dynamo開發(fā)了批量建樁的程序(圖13)，實現(xiàn)樁基模型任意空間扭轉(zhuǎn)角度的參數(shù)化控制；結(jié)合地形曲面，自動調(diào)整樁長確保樁基進(jìn)入持力層的長度，大大提高模型的智能度[16]。

圖12 模型VR/AR 效果展示

圖13 Dynamo批量建樁程序

管道深化設(shè)計之快速分段及編碼：本項目利用C#進(jìn)行了Revit的二次開發(fā)，創(chuàng)建了對管道模型的>

快速分段和添加編號注釋的插件，如圖14所示，程序主要的步驟如下：

1)利用 API 接口，讀取已有管道的幾何信息后，刪除原有管道；

2)根據(jù)設(shè)計人員輸入的距離對幾何線進(jìn)行等距離分段，進(jìn)一步生成管道和分段點處的套箍；

3)對管道順序編號，并寫入?yún)?shù)“標(biāo)記”中。

通過深化了管道模型，為后續(xù)精確指導(dǎo)管道采購及施工提供基礎(chǔ)。

墻體深化設(shè)計之3D排磚：本項目采用Revit和Dynamo相結(jié)合的方式進(jìn)行虛擬樣板房的墻體結(jié)構(gòu)進(jìn)行深化建模，實現(xiàn)三維排磚，取代現(xiàn)場樣板制作指導(dǎo)現(xiàn)場施工。其主要流程步驟如圖15所示。

4.2 樁基施工順序的仿真模擬

樁基設(shè)計中，需要編排合理的打樁順序，確保施工過程中船機設(shè)備不與已打的樁基發(fā)生碰撞。傳統(tǒng)的做法是在樁基圖紙中，畫出等比例的船機設(shè)備的施工范圍，通過人眼識別是否碰撞樁。這種做法工作量大，錯誤率高，而且無法判斷方案的優(yōu)劣。

通過Dynmo編程，利用BIM模型，自動計算每根樁施工時與已有樁基的距離，通過距離求出安全系數(shù)。不但可以判斷方案是否發(fā)生臨時性的碰撞，而且可以給該方案打分，從而判斷不同方案的優(yōu)劣。程序的流程圖如圖16所示。

(a)管道分段對話框 (b)編號對話框 (c)深化后的管道模型圖14 管道深化建模

圖15 墻體三維排磚

圖16 Dynamo 樁基施工順序仿真模擬程序流程圖

4.3 三維鋼筋建模

Hidas是我院自主研發(fā)的BIM軟件系統(tǒng)，包含地質(zhì)建模、巖土、結(jié)構(gòu)計算、三維配筋等功能模塊。本項目將Revit 構(gòu)件導(dǎo)入到海達(dá)斯中進(jìn)行三維配筋，如圖17所示。該模塊提供了多種三維智能化配筋方式，滿足了不同異形構(gòu)件的配筋需求，并可進(jìn)行鋼筋碰撞檢測、快速出圖、鋼筋明細(xì)表統(tǒng)計等[17]。

圖17 Hidas三維配筋

4.4 云端集成設(shè)計計算系統(tǒng)

云端集成設(shè)計計算系統(tǒng)是我院自主研發(fā)的、國內(nèi)水運行業(yè)首個云端設(shè)計計算系統(tǒng)。在本項目中，通過點擊BIM模型中相關(guān)的參數(shù)，即可鏈接進(jìn)入云端設(shè)計系統(tǒng)，查看該構(gòu)件所包含的全部歷史版本的計算文件,如圖18所示。

該功能的運用，實現(xiàn)BIM模型與云計算系統(tǒng)的綁定，豐富BIM模型信息。

圖18 BIM+云端集成設(shè)計計算系統(tǒng)

5 項目運用效果

BIM技術(shù)的引進(jìn)，使我們更好地完成了項目的設(shè)計任務(wù)：

1)提高了管理質(zhì)量：以BIM為核心,各軟件相互關(guān)聯(lián),數(shù)據(jù)有序傳遞,完成全過程的設(shè)計；

2)提高了工作效率:以模型為核心,實現(xiàn)了工程量、施工圖、配筋圖、計算模型等與模型的聯(lián)動,減小了數(shù)據(jù)搬運的過程,縮短設(shè)計周期；

3)提高了產(chǎn)品質(zhì)量:運用了管線綜合、施工模擬等技術(shù)，減小了“錯、漏、碰、缺”而造成的相關(guān)延誤和損失；全過程三維可視化設(shè)計方便設(shè)計團隊對不同的設(shè)計方案進(jìn)行反復(fù)的溝通交流、討論決策，實現(xiàn)更人性化的設(shè)計；

4)技術(shù)積累：實現(xiàn)全過程全方位的正向設(shè)計，培養(yǎng)了一批優(yōu)秀的設(shè)計團隊，積累相關(guān)的構(gòu)件庫。

6 總結(jié)

6.1 創(chuàng)新點

1)以三維模型為核心，實現(xiàn)工程量、施工圖、配筋圖、計算文件等與模型的聯(lián)動，減小了數(shù)據(jù)搬運的工程，減小人為的錯誤，提高工作效率；

2)基于Vault和阿里云平臺進(jìn)行協(xié)同工作，改變了傳統(tǒng)分散低效的協(xié)作模式，實現(xiàn)項目信息的集中儲存訪問，增強協(xié)同信息準(zhǔn)確性和及時性，提高工作效率，減少問題，減少變更，縮短工期，節(jié)約成本；

3)針對項目中的實際需求，自主二次開發(fā)出若干個功能模塊，極大地提升了設(shè)計效率；

4)自主開發(fā)水運行業(yè)云端集成設(shè)計計算系統(tǒng)以及HIDAS三維配筋系統(tǒng)，在相關(guān)領(lǐng)域?qū)儆谛袠I(yè)領(lǐng)先地位。

6.2 經(jīng)驗教訓(xùn)

1)制定規(guī)范細(xì)致、具有可操作性的標(biāo)準(zhǔn)文件，并確保被有效執(zhí)行，對項目BIM技術(shù)能否成功實施起著至關(guān)重要的作用；

2)BIM的運用價值應(yīng)該貫穿于工程的全生命周期，尤其在施工階段需要業(yè)主和施工單位的積極配合和推進(jìn)，BIM才能發(fā)揮更大的價值；

3)利用API /dynamo等進(jìn)行二次開發(fā)，工作看似繁雜，但從長遠(yuǎn)來看能極大地提高工程師的工作效率[15]。