BIM主流平臺(tái)對(duì)傳統(tǒng)公路行業(yè)改革的技術(shù)探討

邵文文

(北京建達(dá)道橋咨詢有限公司，北京 100015)

1 BIM應(yīng)用現(xiàn)狀

美國(guó)的BIM研究和應(yīng)用都走在世界前列，目前BIM技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到美國(guó)大多建筑項(xiàng)目，應(yīng)用點(diǎn)種類繁多，美國(guó)工程建設(shè)行業(yè)應(yīng)用BIM技術(shù)的比例從2007年的28%增長(zhǎng)到2012年的71%，其中74%的承包商已經(jīng)在實(shí)施BIM(70%)。超過了建造師及機(jī)電工程師(67%)。英國(guó)政府在2011年5月內(nèi)閣辦公室發(fā)布了“政府建設(shè)戰(zhàn)略(Government Construction Strategy)”文件，要求到2016年實(shí)行全面協(xié)同的3D BIM，并將全部的文件以信息化管理。BIM應(yīng)用在工程建設(shè)中得到有效執(zhí)行，因此英國(guó)的AEC企業(yè)與世界其他地方相比，發(fā)展速度更快。BIM概念自2002年引入中國(guó)建筑行業(yè)，其發(fā)展一直比較緩慢，直到2009年才開始受到行業(yè)各界的重視，近幾年有發(fā)展BIM熱的趨勢(shì)。

2 平臺(tái)應(yīng)用

BIM是一種處理、解決項(xiàng)目全壽命數(shù)據(jù)和信息的理念和方法；它強(qiáng)調(diào)要將項(xiàng)目所涉及的各個(gè)單位之間、各個(gè)階段性成果之間進(jìn)行充分的交換和融合；力爭(zhēng)在全過程的概念下達(dá)到最優(yōu)，目前道路上主流的三大平臺(tái)是：(1)AutoDesk公司產(chǎn)品：Revit、Civil3D、Dynamo、InfraWorks。(2)Bentley公司產(chǎn)品：Microstation、PowerCivil、OpenRoads Designer、LumenRT、EBS。(3)達(dá)索公司產(chǎn)品：Catia(以下簡(jiǎn)稱ABC三平臺(tái))。其他輔助軟件：3DMAX、Premiere、Tekla。從這些軟件來看，BIM不是工具、也不是特指某一款軟件，更不是對(duì)于既有項(xiàng)目的錦上添花，是運(yùn)用各種工具，通過各種手段，讓道路項(xiàng)目達(dá)到最優(yōu)：方案最優(yōu)，施工最優(yōu)，成本最優(yōu)，工期最優(yōu)。

3 AutoDesk平臺(tái)及建模方法

Revit是AutoDesk常用建模軟件，支持建筑設(shè)計(jì)、MEP工程設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)工程的工具，并具有互操作性增強(qiáng)、支持IFC、參數(shù)化構(gòu)件、工作共享等特色。在Revit中，項(xiàng)目是單個(gè)設(shè)計(jì)信息數(shù)據(jù)庫(kù)—建筑信息模型，項(xiàng)目文件包含了建筑的所有設(shè)計(jì)信息，這些信息包含用于設(shè)計(jì)模型的構(gòu)件，項(xiàng)目視圖和設(shè)計(jì)圖紙。通過使用單個(gè)項(xiàng)目文件，Revit能夠修改設(shè)計(jì)，修改反映在所有關(guān)聯(lián)區(qū)域中。標(biāo)高是無限水平平面，用作屋頂，樓板和天花板等一層為主題的圖元的參照。標(biāo)高大多用于定義建筑內(nèi)的垂直高度或樓層，可為每個(gè)已知樓層或建筑的其他必需參照創(chuàng)造標(biāo)高。Revit按照類別、族和類型對(duì)圖元進(jìn)行分類。族是某一類別中圖元的類，族根據(jù)參數(shù)集的共用，使用上的相同和圖形表示的相似性來對(duì)圖元進(jìn)行分組。一個(gè)族中不同圖元的部分或全部屬性可能有不同的的值，但是屬性的設(shè)置是相同的，每個(gè)族都可以擁有多個(gè)類型。

InfraWorks屬于三維建模和可視化技術(shù)。通過更加高效地管理大型基礎(chǔ)設(shè)施模型和幫助加速設(shè)計(jì)流程，交付各種規(guī)模的項(xiàng)目。可以通過Autodesk InfraWorks隨時(shí)隨地了解項(xiàng)目方案，安全地集中發(fā)布、存儲(chǔ)和管理大型模型，增強(qiáng)Autodesk InfraWorks工作流程。通過訪問、下載和編輯共享模型并利用相同的數(shù)據(jù)審核多個(gè)項(xiàng)目方案，可以與多個(gè)利益相關(guān)方協(xié)作。以京滬改擴(kuò)建工程項(xiàng)目作為工程實(shí)例，用A平臺(tái)建模，研究其在道路設(shè)計(jì)的適應(yīng)性。

4 Bentley平臺(tái)及方法

Bentley公司的BIM產(chǎn)品作為道路設(shè)計(jì)行業(yè)的主流之一，在很多設(shè)計(jì)院和施工單位都有廣泛的應(yīng)用。為探索其性能，本次利用Bentley軟件工具，并使用基于Bentley平臺(tái)二次開發(fā)的產(chǎn)品，嘗試完成BIM建模工作以及模型應(yīng)用。運(yùn)用道路建模軟件OpenRoads Designer對(duì)道路部分建立三維BIM模型。基于OpenRoads Designer強(qiáng)大的參數(shù)化功能，能快速建立道路平面線位、線型的布設(shè)，縱斷面的高程信息，立交形式及匝道布置的空間關(guān)系，路基邊坡坡率及平臺(tái)高度，路面類型，邊溝等排水設(shè)施的位置。通過建立全線BIM模型，能在建模過程中對(duì)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行復(fù)核，也可為后期平臺(tái)展示提供數(shù)據(jù)支撐。運(yùn)用OpenBridge Modeler建立全線包括橋梁上、下部結(jié)構(gòu)以及附屬設(shè)施的橋梁模型。在建模過程中，通過運(yùn)用OpenBridge Modeler軟件可對(duì)橋梁斷面進(jìn)行參數(shù)化制作，提高建模效率，也可復(fù)核二維設(shè)計(jì)圖紙。作為在本項(xiàng)目工程的重難點(diǎn)工程，隧道建設(shè)設(shè)計(jì)難度大，施工工藝復(fù)雜，危險(xiǎn)系數(shù)高。在隧道建模中，結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙運(yùn)用Bentley軟件OpenBridge Modeler、OpenRoadsDsigner、MicroStation建立包括隧道洞門、洞身、及附屬設(shè)備的隧道三維模型。再結(jié)合實(shí)景模型，對(duì)隧道進(jìn)出口位置及隧道長(zhǎng)度進(jìn)行合理規(guī)劃，提高方案的可行性、科學(xué)性。運(yùn)用MicroStation軟件可對(duì)全線道路標(biāo)志標(biāo)牌、道路標(biāo)線、護(hù)欄建立三維模型，再結(jié)合道路三維模型，直觀展示標(biāo)志標(biāo)牌埋深情況、布設(shè)位置以及標(biāo)線布置是否滿足需求，進(jìn)一步復(fù)核設(shè)計(jì)，指導(dǎo)施工。

MicroStatio開發(fā)插件可將傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行可視化處理，模擬沿線景觀綠化，模擬四季景觀變化，也可模擬不同天氣變化，更可結(jié)合交通安全設(shè)計(jì)不斷提升公路品質(zhì)，革新了傳統(tǒng)效果圖展示。地形模型，采用傾斜攝影、生成點(diǎn)云數(shù)據(jù)，使用ContextCapture形成三維地形圖模型和實(shí)景模型。也可根據(jù)等高線地形圖在OpenRoads Designer中生成三維地形模型，以黑龍江大橋?yàn)槔IM模型。

項(xiàng)目完成建模后，投標(biāo)方提供工程量清單，清單能準(zhǔn)確反映實(shí)物工程量，該工程量清單數(shù)量不包含相應(yīng)損耗。甲方及施工方也可通過軟件快速提取模型中任意部分工程量，節(jié)約計(jì)量時(shí)間，大幅提高工程量統(tǒng)計(jì)效率。

傳統(tǒng)的二維圖紙，在各個(gè)專業(yè)匯總完圖紙以后，總項(xiàng)目負(fù)責(zé)人和分項(xiàng)負(fù)責(zé)人發(fā)現(xiàn)和解決專業(yè)內(nèi)部和與別的專業(yè)不協(xié)調(diào)的地方，這將耗費(fèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師和安裝師的時(shí)間和精力，影響工程進(jìn)展和質(zhì)量。二維圖紙進(jìn)行會(huì)審，人為的失誤在所難免，使施工出現(xiàn)返工現(xiàn)象，造成建設(shè)投資巨大浪費(fèi)，還會(huì)影響工程進(jìn)度，特別體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不規(guī)則的結(jié)構(gòu)中，常規(guī)的三視圖來很難通過表達(dá)空間關(guān)系，鋼筋打架，管道打架，或者施工工序沖突等現(xiàn)象造成返工，使用碰撞檢查可以避免這些問題，加快施工進(jìn)度。把建立好的各個(gè)BIM模型在碰撞檢查檢測(cè)軟件檢查碰撞，并出具碰撞報(bào)告，碰撞檢查能夠徹底消滅碰撞，優(yōu)化工程設(shè)計(jì)，避免在建筑施工階段可能發(fā)生的錯(cuò)誤損失和返工的可能，能夠優(yōu)化凈空，優(yōu)化管線排布方案。

施工階段建立施工措施參數(shù)化BIM模型，各措施構(gòu)件具備完整的項(xiàng)目特征和描述信息，利用CivilStation Designer軟件可獲取措施項(xiàng)目模型中的工程量信息，得到的工程量信息作為進(jìn)度款支付、施工圖預(yù)算及工程結(jié)算的依據(jù)。同時(shí)，從模型中獲取的工程量信息滿足本項(xiàng)目約定的計(jì)量、計(jì)價(jià)規(guī)范要求。造價(jià)咨詢單位可對(duì)施工措施項(xiàng)目模型實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)成本的監(jiān)控與管理，并實(shí)現(xiàn)目標(biāo)成本與結(jié)算工作前置。設(shè)計(jì)人根據(jù)優(yōu)化的動(dòng)態(tài)模型實(shí)時(shí)獲取成本信息，動(dòng)態(tài)合理地配置施工過程中所需的資源。可在施工建造階段及時(shí)記錄各種變更信息，為審批變更和計(jì)算變更提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并結(jié)合施工進(jìn)度為支付申請(qǐng)?zhí)峁?shù)據(jù)。

5 CATIA的3DE平臺(tái)

5.1 軟件介紹及理念

CATIA是法國(guó)Dassault System公司的軟件，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車制造、造船、機(jī)械制造行業(yè)，它的集成解決方案覆蓋所有的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域。達(dá)索系統(tǒng)針對(duì)土木工程的BIM平臺(tái)將復(fù)雜工程可視化，可視化三維設(shè)計(jì)是BIM最重要最直接的一部分，并不是傳統(tǒng)上的效果圖，而是整個(gè)流程中的可視化過程，貫穿整個(gè)設(shè)計(jì)流程，包括方案階段，設(shè)計(jì)，施工等等整個(gè)生命周期。

一個(gè)完善的信息模型，能夠連接項(xiàng)目生命期不同階段的數(shù)據(jù)、過程和資源，是對(duì)工程對(duì)象的完整描述，可被項(xiàng)目各參與方普遍使用。BIM具有單一工程數(shù)據(jù)源，可解決分布式、異構(gòu)工程數(shù)據(jù)之間的一致性和全局共享問題，支持建設(shè)項(xiàng)目生命期中動(dòng)態(tài)的工程信息創(chuàng)建、管理和共享。建筑信息模型同時(shí)又是一種應(yīng)用于設(shè)計(jì)、建造、管理的數(shù)字化方法，這種方法支持工程的集成管理環(huán)境，可以使工程在其整個(gè)進(jìn)程中顯著提高效率和大量減少風(fēng)險(xiǎn)。

5.2 建模方法

公路項(xiàng)目與房建的車站、建筑項(xiàng)目屬于點(diǎn)狀項(xiàng)目不同，屬于帶狀工程，空間上具有點(diǎn)多線長(zhǎng)、帶狀分布的特點(diǎn)，公路項(xiàng)目的BIM模型要能反應(yīng)出項(xiàng)目周邊環(huán)境，地質(zhì)地貌、地下重要管線、構(gòu)筑物及項(xiàng)目主體的全部信息。因此模型具有體量大，精細(xì)化，主線為空間曲線，模型重等特點(diǎn)。基于CATIA開發(fā)的地形模塊，支持包括無人機(jī)測(cè)量、激光掃描以及等高線散點(diǎn)等多種來源的地形數(shù)據(jù)。3DE平臺(tái)建模首先必須建立合理的結(jié)構(gòu)樹，以方便后期項(xiàng)目的管理變更調(diào)整深化。將項(xiàng)目按專業(yè)分成不同部分，專業(yè)間的模型可以相互參考，實(shí)現(xiàn)各專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)，同時(shí)也提供了很好的輕量化瀏覽查看整體模型的方法。既可以利用結(jié)構(gòu)樹瀏覽整個(gè)項(xiàng)目也可以單獨(dú)打開需要的某個(gè)或者多個(gè)模型部分，避免項(xiàng)目后期模型巨大，影響工作效率。

CATIA平臺(tái)對(duì)于異性結(jié)構(gòu)和復(fù)雜工程有很好的適用性。特大橋梁往往結(jié)構(gòu)復(fù)雜，通過CATIA軟件建立橋梁的BIM模型，用于設(shè)計(jì)過程的設(shè)計(jì)輔助和設(shè)計(jì)審核。在CATIA的設(shè)計(jì)流程中，采取“骨架+模板”的設(shè)計(jì)模式。首先通過骨架線定義建筑或結(jié)構(gòu)的基本走向形態(tài)，再通過把構(gòu)件模板附著到骨架線來創(chuàng)建實(shí)體建筑或結(jié)構(gòu)模型。通過對(duì)構(gòu)件模板的不斷細(xì)化，就能實(shí)現(xiàn)LOD逐漸深化的設(shè)計(jì)過程。而一旦調(diào)整骨架線，所有構(gòu)件的尺寸可自動(dòng)重新計(jì)算生成，極大的提高了設(shè)計(jì)效率。利用catia知識(shí)工程的文檔模板工具可以有效提高橋梁工程中大量有設(shè)計(jì)規(guī)律的構(gòu)件單元(如拉索、鋼錨箱、主梁節(jié)段等)的建模效率。以橋梁總體布置骨架為主導(dǎo)，以構(gòu)件設(shè)計(jì)模板為核心，結(jié)合參數(shù)化功能，實(shí)現(xiàn)大型橋梁結(jié)構(gòu)的有效建模。

6 結(jié) 論

(1)三個(gè)平臺(tái)都可以進(jìn)行道路行業(yè)建模，且滿足公路行業(yè)的建模要求，其中A平臺(tái)翻模功能較強(qiáng)，屬性內(nèi)容具體；B平臺(tái)選線功能強(qiáng)大，建模周期短，效率高。C平臺(tái)適合異性結(jié)構(gòu)和復(fù)雜的構(gòu)造物，協(xié)同性高。

(2)A平臺(tái)上手快，平臺(tái)操作友好；B平臺(tái)功能全面，應(yīng)用較廣泛；C平臺(tái)結(jié)構(gòu)樹的邏輯性強(qiáng)，能處理復(fù)雜構(gòu)造物，模型精度高。