主流BIM平臺(tái)在水利工程設(shè)計(jì)施工中的應(yīng)用研究

陳 麗 芳

(1.上海市水利工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200062； 2.上海市水務(wù)局防汛減災(zāi)工程技術(shù)中心，上海 200062)

1 研究背景

近年來(lái)隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，政府及社會(huì)對(duì)水利工程行業(yè)設(shè)計(jì)及施工要求越來(lái)越高，受到的關(guān)注也越來(lái)越廣泛。與一般土建工程相比，水利工程具有工程量大、工期長(zhǎng)、對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)影響巨大等特點(diǎn)，其設(shè)計(jì)到施工的對(duì)接也普遍存在較大困難。

隨著政府推動(dòng)力度的不斷加強(qiáng)，運(yùn)用BIM技術(shù)解決設(shè)計(jì)與施工分割的問(wèn)題，是當(dāng)下最為高效的方式之一，但這也導(dǎo)致了項(xiàng)目各參建方在軟件選擇及模型對(duì)接上矛盾的不斷升級(jí)。諸如BIM建模軟件無(wú)法統(tǒng)一、設(shè)計(jì)模型無(wú)法被施工應(yīng)用逐漸成為BIM貫穿項(xiàng)目全生命周期的重要障礙。如何打通BIM建模平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)對(duì)接，減少各個(gè)階段重復(fù)建模工作，拓展BIM技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值，助力設(shè)計(jì)施工的一體化是行業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題之一。

何關(guān)培等[1-4]從BIM技術(shù)特點(diǎn)出發(fā)，研究其在建筑行業(yè)全生命周期中的應(yīng)用可行性，闡述了BIM在設(shè)計(jì)施工一體化中的技術(shù)方案。卓鵬飛等[5-7]依托泵閘工程論述了基于Bentley平臺(tái)的BIM協(xié)同設(shè)計(jì)環(huán)境數(shù)據(jù)集成、模型組裝、碰撞檢測(cè)、出圖交付、添加信息等技術(shù)過(guò)程。劉懿韜[8]通過(guò)列舉和整理近年來(lái)國(guó)內(nèi)部分水利工程BIM的應(yīng)用模式，總結(jié)了目前水利工程中BIM結(jié)合新技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)和各工程存在的缺點(diǎn)；王寧等[9-12]依托Autodesk平臺(tái)開(kāi)展了BIM技術(shù)在水利工程三維設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究，總結(jié)了三維正向設(shè)計(jì)過(guò)程中的主要應(yīng)用點(diǎn)；張建平等[13-16]提出了BIM技術(shù)在工程施工中的主要應(yīng)用方案及模式；王明明等[17-20]提出了基于Autodesk平臺(tái)的水利工程施工BIM模型構(gòu)建流程，并依托典型案例開(kāi)展了施工階段應(yīng)用。

從這些文獻(xiàn)中可以看出，盡管行業(yè)內(nèi)在BIM技術(shù)應(yīng)用上已取得部分成果，但普遍僅基于設(shè)計(jì)、施工階段獨(dú)立進(jìn)行，更缺少不同BIM平臺(tái)間的對(duì)接應(yīng)用研究。本文擬依托上海市張涇河南延伸整治工程泵閘項(xiàng)目，結(jié)合主流BIM軟件平臺(tái)Autodesk和Bentley進(jìn)行從設(shè)計(jì)到施工階段的對(duì)接與應(yīng)用研究，旨在尋找兩大主流建模平臺(tái)之間的模型和數(shù)據(jù)傳遞解決方案，梳理水利工程設(shè)計(jì)BIM模型傳遞至施工階段應(yīng)用的關(guān)鍵點(diǎn)，為企業(yè)BIM軟件選型、設(shè)計(jì)到施工BIM技術(shù)一體化應(yīng)用提供參考。

2 設(shè)計(jì)、施工建模體系及應(yīng)用

現(xiàn)階段占據(jù)我國(guó)BIM建模市場(chǎng)的軟件以Autodesk、Bentley、Graphisoft及Dassault為主，其中更是以Autodesk(以下簡(jiǎn)稱(chēng)A)和Bentley(以下簡(jiǎn)稱(chēng)B)兩大軟件平臺(tái)最為主流。

經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，B平臺(tái)依靠便捷的PW協(xié)同方式、專(zhuān)業(yè)間的無(wú)縫交互受到一批設(shè)計(jì)單位的追捧；A平臺(tái)則以廣泛的族庫(kù)文件、便利的軟件操作方式及市場(chǎng)上大量的第三方插件得到了一大批施工企業(yè)的青睞。故本次研究采用B平臺(tái)軟件進(jìn)行水利工程設(shè)計(jì)，模型傳遞至施工階段采用A平臺(tái)對(duì)接應(yīng)用(見(jiàn)表1)。

表1 A、B平臺(tái)在水利工程行業(yè)的解決方案Tab.1 Solution of A&B platform in water conservancy project

2.1 設(shè)計(jì)建模體系及應(yīng)用

B平臺(tái)軟件是一款服務(wù)于土木、工廠、建筑、地理信息等基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)的通用軟件平臺(tái)，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，逐步整合形成了以ProjectWise為協(xié)同，以MicroStation為圖形的平臺(tái)。利用ABD軟件建立的泵閘三維模型如圖1所示。

圖1 基于ABD軟件的泵閘三維模型建立Fig.1 3D model of pump gate based on AECOsim Building Designer

依據(jù)施工圖設(shè)計(jì)階段模型深度要求，開(kāi)展工程地質(zhì)、水工結(jié)構(gòu)、基坑圍護(hù)、電氣、水機(jī)、金屬結(jié)構(gòu)等全專(zhuān)業(yè)的結(jié)構(gòu)、設(shè)備三維建模，基于ProjectWise協(xié)同進(jìn)行碰撞檢查、工程量統(tǒng)計(jì)、二維出圖等基礎(chǔ)應(yīng)用。

2.2 施工建模體系及應(yīng)用

Autodesk軟件有限公司是全球最大的二維和三維設(shè)計(jì)、工程與娛樂(lè)軟件公司，早在20世紀(jì)便以 CAD軟件占據(jù)了我國(guó)二維制圖行業(yè)大部分市場(chǎng)，其推出的以Revit為主的BIM軟件套包更是目前國(guó)內(nèi)建筑市場(chǎng)的主要軟件之一。

本次采用A平臺(tái)Revit軟件進(jìn)行施工場(chǎng)地規(guī)劃，對(duì)施工各階段的場(chǎng)地地形、既有建筑設(shè)施、周邊環(huán)境、施工區(qū)域、臨時(shí)道路、臨時(shí)設(shè)施、加工區(qū)域、材料堆場(chǎng)、臨水臨電、施工機(jī)械、安全文明施工設(shè)施等進(jìn)行規(guī)劃布置和分析優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)場(chǎng)地布置科學(xué)合理，如圖2所示。

圖2 基于Revit的施工場(chǎng)地布置模型Fig.2 Model of construction site layout based on Revit

3 B→A平臺(tái)模型數(shù)據(jù)對(duì)接

將B平臺(tái)設(shè)計(jì)模型導(dǎo)出為中間格式，載入Autodesk Revit及Navisworks進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，以IFC格式為轉(zhuǎn)換格式(見(jiàn)圖3～4)，在Revit中保留了原有三維模型構(gòu)件，丟失了材質(zhì)及新增屬性信息，在Navisworks中保留了三維模型、構(gòu)件材質(zhì)及名稱(chēng)，丟失了新增屬性信息；以DWG為轉(zhuǎn)換格式，則只能作為整體構(gòu)件鏈接存在，無(wú)法選中單個(gè)構(gòu)件。

圖3 ABD→IFC→Revit傳遞路徑Fig.3 Transfer path of ABD→IFC→Revit

圖4 ABD→IFC→Navisworks傳遞路徑Fig.4 Transfer path of ABD→IFC→Navisworks

實(shí)際施工應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)IFC作為轉(zhuǎn)換格式，缺少與原設(shè)計(jì)模型的動(dòng)態(tài)聯(lián)動(dòng)性，無(wú)法實(shí)時(shí)反映設(shè)計(jì)模型的變更情況。經(jīng)研究測(cè)試，在Navisworks中直接打開(kāi)B平臺(tái).dgn格式模型(見(jiàn)圖5)，傳遞信息與IFC一致，還能實(shí)時(shí)與B平臺(tái)聯(lián)動(dòng)，能更加合理地應(yīng)對(duì)水利項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中的模型的變更。

圖5 ABD→Navisworks傳遞路徑Fig.5 Transfer path of ABD→Navisworks

將設(shè)計(jì)BIM模型與施工準(zhǔn)備階段BIM模型統(tǒng)一導(dǎo)入Navisworks軟件中(見(jiàn)圖6)，對(duì)坐標(biāo)點(diǎn)位置進(jìn)行核對(duì)、移動(dòng)后，即可開(kāi)展施工階段應(yīng)用。

圖6 A+B→Navisworks平臺(tái)模型組裝Fig.6 Model assembly of A+B to Navisworks

4 設(shè)計(jì)至施工BIM模型應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)路線(xiàn)

在我國(guó)水利行業(yè)，設(shè)計(jì)與施工的分割屬于普遍現(xiàn)象，設(shè)計(jì)無(wú)法提前考慮施工方案的合理性及可行性，施工單位不理解設(shè)計(jì)的意圖、誤讀施工圖紙也已成為行業(yè)通病。BIM技術(shù)欲助力設(shè)計(jì)、施工的一體化，基礎(chǔ)便是將設(shè)計(jì)BIM模型順利移交至施工階段。通過(guò)研究對(duì)BIM模型傳遞關(guān)鍵技術(shù)路線(xiàn)總結(jié)如下。

4.1 設(shè)計(jì)模型劃分技術(shù)路線(xiàn)

依托項(xiàng)目施工組織設(shè)計(jì)及項(xiàng)目WBS劃分原則，由施工單位對(duì)設(shè)計(jì)模型實(shí)體構(gòu)件進(jìn)行拆分，建立對(duì)應(yīng)的模型構(gòu)件分類(lèi)表，分類(lèi)表中通過(guò)功能關(guān)系、材料關(guān)系、單元大小、類(lèi)屬關(guān)系等邏輯關(guān)系確定各構(gòu)件和上級(jí)構(gòu)件、關(guān)聯(lián)構(gòu)件、組裝模型的遞進(jìn)及層級(jí)關(guān)系。

總結(jié)設(shè)計(jì)模型拆分方式分為3種：第一種運(yùn)用B平臺(tái)分割實(shí)體方式直接進(jìn)行切割劃分；第二種運(yùn)用A平臺(tái)Revit中分割零件的方法進(jìn)行切割劃分，再導(dǎo)出為.dgn格式或直接轉(zhuǎn)至其他平臺(tái)中直接應(yīng)用；第三種采用第三方平臺(tái)(如后期運(yùn)用Fuzor軟件進(jìn)行應(yīng)用，可用Fuzor)進(jìn)行拆分。本次研究采用第一種方式進(jìn)行拆分。

4.2 構(gòu)件模型編碼技術(shù)路線(xiàn)

依托國(guó)家頒布的《信息分類(lèi)和編碼的基本原則和方法》與《建筑信息模型分類(lèi)和編碼標(biāo)準(zhǔn)》等標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合項(xiàng)目地方水利工程標(biāo)準(zhǔn)，將WBS劃分后的構(gòu)件依次進(jìn)行空間及構(gòu)件組合編碼，達(dá)到調(diào)用編碼即調(diào)用相應(yīng)模型的目標(biāo)。

以進(jìn)水流道模型為例，設(shè)計(jì)模型按照整體構(gòu)件建立，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工則是按照WBS及進(jìn)度計(jì)劃分段分層進(jìn)行澆筑，施工應(yīng)用需要對(duì)流道設(shè)計(jì)模型進(jìn)行切分，賦予編碼號(hào)14-91.06.06.00(見(jiàn)圖7)，若構(gòu)件再次切分，則相應(yīng)修改最后兩位00。由于本次研究中B平臺(tái)傳至A平臺(tái)構(gòu)件新增屬性存在丟失，故此類(lèi)傳遞方式編碼在后期第三方應(yīng)用管理平臺(tái)中添加。

圖7 Bentley設(shè)計(jì)模型劃分及編碼示意Fig.7 Division and coding of design model with Bentley

4.3 施工碰撞后的模型變更技術(shù)路線(xiàn)

張涇河南延伸整治工程泵閘項(xiàng)目中，基坑開(kāi)挖最大深度11.1 m、總基坑面積達(dá)30 000 m2，橫向泵閘間基坑高差約4.95 m，建設(shè)環(huán)境苛刻。運(yùn)用整合模型在A平臺(tái)中進(jìn)行施工開(kāi)挖及泵閘澆筑方案模擬，發(fā)現(xiàn)泵站流道第二層澆筑時(shí)與7-9軸支撐發(fā)生碰撞。故須變更設(shè)計(jì)BIM模型，修改施工拆除方案后重新模擬。

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，基于B平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)變更后(見(jiàn)圖8)在Autodesk Navisworks軟件中加載更新，利用原有的組合、進(jìn)度數(shù)據(jù)和操作進(jìn)行二次模擬，屬于施工碰撞檢查后修改工作量最小的方案。

圖8 模型變更技術(shù)路線(xiàn)示意Fig.8 Technical route of model change

5 結(jié) 語(yǔ)

在我國(guó)水利工程建設(shè)過(guò)程中，設(shè)計(jì)與施工的分割為項(xiàng)目管理主要矛盾之一，被視為縮短建設(shè)周期、降低造價(jià)的主要障礙。欲借助BIM技術(shù)解決行業(yè)通病，助力設(shè)計(jì)施工一體化，設(shè)計(jì)BIM模型順利移交至施工階段應(yīng)用是關(guān)鍵。本文依托張涇河南延伸整治工程泵閘項(xiàng)目，對(duì)A、B平臺(tái)在水利工程行業(yè)的對(duì)接應(yīng)用進(jìn)行了研究，驗(yàn)證了運(yùn)用B平臺(tái)建立設(shè)計(jì)模型，延伸至A平臺(tái)中進(jìn)行施工應(yīng)用是可行的。研究結(jié)果表明，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)模型可直接在Navisworks軟件中與施工A平臺(tái)模型進(jìn)行整合，完成施工模擬后可采用直接修改原模型、一鍵更新至整合文件的方式進(jìn)行二次模擬，也可轉(zhuǎn)至第三方軟件中進(jìn)行施工應(yīng)用。

該項(xiàng)目是水利泵閘工程在A、B平臺(tái)全專(zhuān)業(yè)全平臺(tái)首次試用，初步形成了一套基于B平臺(tái)設(shè)計(jì)到A平臺(tái)施工應(yīng)用的最“省錢(qián)”的技術(shù)路線(xiàn)，節(jié)約了參建方盲目的二次開(kāi)發(fā)或軟件購(gòu)買(mǎi)費(fèi)用，可為類(lèi)似項(xiàng)目設(shè)計(jì)至施工的BIM技術(shù)應(yīng)用提供參考。