BIM設(shè)計(jì)在市政道路工程全過程管理中的應(yīng)用

王 燕

（蘇邑設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司,江蘇 南京 210000）

0 前言

BIM——Building Information Modeling（建筑信息模型），其技術(shù)的核心是Information，即信息的全過程傳遞與動態(tài)更新，是在三維模型的基礎(chǔ)之上集成各類設(shè)計(jì)信息、審查信息、管理信息、運(yùn)維信息等。形成以三維模型為載體，各類信息可交互更新的動態(tài)管理數(shù)據(jù)庫，方便各類業(yè)務(wù)平臺調(diào)用，提升管理效率。從工程建設(shè)全生命周期角度來看，推行全過程BIM 應(yīng)用有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）設(shè)計(jì)階段多系統(tǒng)全方位校核優(yōu)化。市政工程規(guī)劃設(shè)計(jì)是針對城市運(yùn)行所需的各專業(yè)網(wǎng)狀系統(tǒng)進(jìn)行耦合、修正的過程，傳統(tǒng)模式下，依靠二維管綜圖紙將多個系統(tǒng)網(wǎng)在平面上融合，豎向關(guān)系難以表達(dá)，可能會出現(xiàn)管道規(guī)模、管線布局不合理等情況。而通過BIM 技術(shù)進(jìn)行正向設(shè)計(jì)，建立地下管線的三維關(guān)系，可以精準(zhǔn)表達(dá)空間關(guān)系，分析沖突，優(yōu)化布局；模擬整個系統(tǒng)運(yùn)行情況，分析不利點(diǎn)，優(yōu)化迭代管網(wǎng)系統(tǒng)。

（2）多專業(yè)、多時期數(shù)據(jù)迭代，快速分析項(xiàng)目建設(shè)的邊界條件。城市建設(shè)的責(zé)任主體多樣且項(xiàng)目分散，多專業(yè)、多時期數(shù)據(jù)難以統(tǒng)籌，協(xié)調(diào)難度大、效率低，邊界條件變化快。通過BIM 技術(shù)分階段建立開發(fā)數(shù)據(jù)庫，一圖統(tǒng)籌多個項(xiàng)目，可在線復(fù)核成果，提前規(guī)避各專業(yè)沖突。

1 項(xiàng)目概況

東部新片區(qū)總規(guī)劃面積24 km2，計(jì)劃通過BIM 全過程伴隨式應(yīng)用，隨著工程實(shí)體的建設(shè)逐步形成片區(qū)數(shù)字城市底座。目前在建市政道路項(xiàng)目共計(jì)17 km，以東流路一標(biāo)、麟崗大道一標(biāo)、龍王山大道一標(biāo)、龍其線及捷運(yùn)大道建設(shè)工程、孟北路隧道等項(xiàng)目為代表，穩(wěn)步推進(jìn)BIM 規(guī)劃報(bào)建、施工圖BIM 設(shè)計(jì)以及施工全過程BIM應(yīng)用工作。目前的BIM 工作研究成果總結(jié)為“四個一”，即一套數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)——《東部新片區(qū)市政工程BIM 實(shí)施指南》；一個協(xié)同平臺——鴻城BIM 協(xié)同平臺；一套工作機(jī)制——以管委會牽頭，多家參建方參與的BIM 工作專題小組；一模到底的全過程應(yīng)用與交付。

2 全過程BIM 應(yīng)用難點(diǎn)及應(yīng)對工作思路

2.1 全過程BIM 應(yīng)用的難點(diǎn)

道路工程屬于空間帶狀結(jié)構(gòu)，需解決考慮道路平縱線形組合與板塊橫坡耦合的建模問題；管線、橋隧等專業(yè)的空間形態(tài)都依附于道路的設(shè)計(jì)線形，要解決不同專業(yè)之間設(shè)計(jì)協(xié)同的BIM 數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)問題。

參與單位眾多，總體協(xié)調(diào)難度大。市政工程除了設(shè)計(jì)、施工總包、監(jiān)理等單位外，還涉及給水、燃?xì)狻⑼ㄐ?、電力等產(chǎn)權(quán)單位，如何統(tǒng)籌各單位的BIM 工作步調(diào)是成功應(yīng)用BIM 進(jìn)行項(xiàng)目管控的前提。

行業(yè)現(xiàn)行建模標(biāo)準(zhǔn)較為籠統(tǒng)，缺乏片區(qū)級BIM 實(shí)施導(dǎo)則與行動指南。不同單位的BIM 應(yīng)用需求各不相同，導(dǎo)致在項(xiàng)目實(shí)施過程中，選用的軟件體系、建模標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)同工作方式等各有差異，如何將各單位的BIM 技術(shù)實(shí)力轉(zhuǎn)換成片區(qū)BIM 實(shí)施推進(jìn)的合力是需要重點(diǎn)解決的技術(shù)問題。

片區(qū)級海量BIM 數(shù)據(jù)匯總整合、格式轉(zhuǎn)換與交付，還要滿足方便各參與方隨時查閱、維護(hù)更新，也是該項(xiàng)目實(shí)施的難點(diǎn)。

2.2 BIM 全過程工作思路

綜合選用鴻業(yè)路易、鴻業(yè)管廊、杰圖管線、Revit、Dynamo 等多款BIM 設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行BIM 設(shè)計(jì)。道路設(shè)計(jì)階段運(yùn)用平面曲線、縱斷面曲線復(fù)合出道路空間三維中心線，基于三維路線設(shè)置道路參數(shù)化橫斷面，最終與路線數(shù)據(jù)耦合，放樣裝配出道路三維實(shí)體模型。道路邊坡根據(jù)邊坡裝配方案自動匹配路面高程與自然地形，生成放坡或擋墻模型，解決了道路復(fù)雜多變的建模問題。管線、管廊等專業(yè)通過讀取道路三維交換數(shù)據(jù)，提取道路設(shè)計(jì)縱斷、路面橫坡、交叉口豎向等數(shù)據(jù)并進(jìn)行標(biāo)高推算，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行三維設(shè)計(jì)。

組建以建設(shè)方牽頭、設(shè)計(jì)BIM 第三方咨詢?yōu)榧夹g(shù)總控的BIM 協(xié)同工作機(jī)制，形成階段成果多方會簽認(rèn)定制度。建設(shè)方領(lǐng)導(dǎo)下的咨詢方BIM 驅(qū)動模式既發(fā)揮了咨詢機(jī)構(gòu)的BIM 專業(yè)優(yōu)勢，又利用建設(shè)方在工程管理體系中的主導(dǎo)地位推動了BIM 在項(xiàng)目管理上的應(yīng)用。同時，BIM 咨詢方也可以對設(shè)計(jì)方、施工方以及監(jiān)理方的BIM活動進(jìn)行指導(dǎo)[1]。

以BIM 設(shè)計(jì)示范項(xiàng)目為藍(lán)本，制定片區(qū)級BIM 實(shí)施指南并提供項(xiàng)目BIM 實(shí)施樣板。為保證該片區(qū)全過程BIM 應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，該項(xiàng)目BIM 實(shí)施指南由設(shè)計(jì)BIM牽頭單位主編，在各方參與下共同制定。包括各方工作責(zé)任與義務(wù)、BIM 建模軟件的選擇、各階段BIM 應(yīng)用點(diǎn)、BIM 建模細(xì)則與交付標(biāo)準(zhǔn)。交付標(biāo)準(zhǔn)明確了各階段BIM 交付物的交付內(nèi)容、交付格式、模型顆粒度等要求。BIM 樣板項(xiàng)目重點(diǎn)明確了BIM 輔助設(shè)計(jì)的技術(shù)路徑，以及BIM規(guī)劃報(bào)建、設(shè)計(jì)BIM優(yōu)化、施工過程管控的應(yīng)用點(diǎn)。

搭建片區(qū)BIM 設(shè)計(jì)協(xié)同工作平臺。項(xiàng)目選用鴻城CIM 數(shù)據(jù)集成平臺并進(jìn)行云端部署，為項(xiàng)目各參與方創(chuàng)建項(xiàng)目空間并分配權(quán)限，整合片區(qū)多項(xiàng)目、多專業(yè)的BIM 數(shù)據(jù)與不同時期的傾斜攝影實(shí)景模型，實(shí)現(xiàn)了基于WEB 端的BIM 數(shù)據(jù)查詢、分析，在設(shè)計(jì)階段就可實(shí)現(xiàn)基于三維協(xié)同平臺進(jìn)行云上聯(lián)合校審，有效保障了BIM數(shù)據(jù)在過程建設(shè)全過程的順利流轉(zhuǎn)。

3 工作成效

根據(jù)片區(qū)特色以及BIM 全過程應(yīng)用計(jì)劃，重點(diǎn)解決了以下幾點(diǎn)問題：

3.1 BIM 報(bào)建示范引領(lǐng)，填補(bǔ)國內(nèi)該領(lǐng)域空白

市政行業(yè)BIM 相比工民建領(lǐng)域發(fā)展較晚，軟件數(shù)據(jù)格式與建模標(biāo)準(zhǔn)也沒有形成行業(yè)共識。經(jīng)過前期調(diào)研比選并結(jié)合南京市規(guī)劃局BIM 數(shù)字報(bào)建工作的要求，最終確定以鴻業(yè)路易軟件作為道路BIM 正向設(shè)計(jì)推薦的工作流。

最終綜合應(yīng)用鴻業(yè)路易、鴻業(yè)管廊、杰圖管線、Revit、Dynamo 等多款BIM 輔助設(shè)計(jì)軟件完成了龍王山大道的BIM 設(shè)計(jì)以及BIM 數(shù)字報(bào)建數(shù)據(jù)制作，實(shí)現(xiàn)窗口一次進(jìn)件批復(fù)，為全市的市政工程建設(shè)項(xiàng)目BIM 技術(shù)應(yīng)用推廣開了好頭，對同類市政工程的實(shí)施具有一定的示范參考意義。

3.2 基于全專業(yè)BIM 設(shè)計(jì)進(jìn)行方案比選、界限復(fù)核驗(yàn)證

道路設(shè)計(jì)階段通過GIS 平臺集成項(xiàng)目設(shè)計(jì)BIM 模型與無人機(jī)傾斜攝影實(shí)景模型（圖1），直觀反映工程與周邊環(huán)境的關(guān)系，用于項(xiàng)目方案階段周邊界限復(fù)核，大幅減少現(xiàn)場踏勘工作量。

圖1 BIM+傾斜攝影實(shí)景三維數(shù)字沙盤示意圖

BIM 設(shè)計(jì)在不同設(shè)計(jì)方案的比選上直觀明了，比如東流路管廊設(shè)計(jì)時，通過BIM 比選兩種風(fēng)亭布置方案，綜合對道路景觀的影響，最終確定采用外側(cè)退讓的方式（圖2）。

圖2 基于BIM 進(jìn)行設(shè)計(jì)方案比選示意圖

在管綜設(shè)計(jì)階段，運(yùn)用BIM 進(jìn)行正向設(shè)計(jì)，基于三維模型可直觀進(jìn)行管線綜合碰撞檢查，優(yōu)化設(shè)計(jì)。例如，管綜階段，發(fā)現(xiàn)雨水篦子連接支管與沿線燃?xì)夤芫€碰撞，管綜階段將燃?xì)庵Ч艿母餐辽疃扔沙Ｒ?guī)做法1.1 m 調(diào)整為1.4 m，避免了碰撞問題。

常規(guī)設(shè)計(jì)中，綜合管廊的分線井設(shè)計(jì)往往作為標(biāo)準(zhǔn)化節(jié)點(diǎn)處理，忽略了每個井周邊市政管線的空間占位，極易造成出線碰撞。在全專業(yè)BIM 設(shè)計(jì)背景下，鏈接其他專業(yè)的設(shè)計(jì)成果作為三維設(shè)計(jì)提資，可清晰地看到管廊分線井出線后與周邊管線之間的標(biāo)高矛盾，及時做出優(yōu)化調(diào)整（圖3），避免了施工變更。

圖3 三維管線校核示意圖

3.3 基于BIM 設(shè)計(jì)咨詢，協(xié)助業(yè)主進(jìn)行多家產(chǎn)權(quán)單位的全方位設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)管控（傳統(tǒng)管理中的缺失）

市政管線的設(shè)計(jì)、施工牽扯多家壟斷部門（燃?xì)?、給水、電力、通信），傳統(tǒng)工作模式下，管綜方案獲批后，由產(chǎn)權(quán)單位自行深化設(shè)計(jì)、自行施工，缺失了整合校核的環(huán)節(jié)，需要建設(shè)方反復(fù)組織多家單位開會對圖，效果卻不盡如人意。施工期間，施工工作面及工序交接缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，易出現(xiàn)二次開挖破壞、扯皮的現(xiàn)象，耽誤項(xiàng)目總進(jìn)度。在東部新片區(qū)項(xiàng)目建設(shè)過程中，引入設(shè)計(jì)BIM 咨詢第三方校核的工作模式，在做完BIM 管綜設(shè)計(jì)后，首先對產(chǎn)權(quán)單位的深化設(shè)計(jì)進(jìn)行三維交底，在各家產(chǎn)權(quán)單位專項(xiàng)設(shè)計(jì)過程中增加BIM 設(shè)計(jì)全程跟蹤校核的過程，提前避免各類碰撞問題，將優(yōu)化意見反饋給產(chǎn)權(quán)單位管線設(shè)計(jì)人員進(jìn)行修改，基于全專業(yè)BIM 數(shù)據(jù)規(guī)劃好施工順序，有效保障了施工落地性。

3.4 設(shè)計(jì)BIM 三維交底，提供施工時序搭接安排與工序指導(dǎo)

BIM模型中更能直觀地統(tǒng)計(jì)出各類專項(xiàng)的交織情況，提前聯(lián)合管線產(chǎn)權(quán)單位進(jìn)行討論，固化交叉節(jié)點(diǎn)做法，以此為基礎(chǔ)，進(jìn)行各專業(yè)隊(duì)伍進(jìn)場時序安排，減少窩工以及返工。例如在道路交叉口等管線聚集交叉的部位，運(yùn)用BIM 提前排布施工時序，根據(jù)道路結(jié)構(gòu)層施工時序相應(yīng)排出各家管線的進(jìn)場時間（圖4）。

圖4 各專業(yè)施工進(jìn)場時序分層排布圖

3.5 工藝模擬、三維交底

孟北路隧道項(xiàng)目采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑暗挖施工，該項(xiàng)目地質(zhì)條件復(fù)雜，存在多處溶洞，前期運(yùn)用BIM 技術(shù)進(jìn)行隧道導(dǎo)坑工序開挖模擬演示，提前對施工單位進(jìn)行三維交底，告知施工風(fēng)險(xiǎn)及關(guān)鍵點(diǎn)。

3.6 施工過程BIM 設(shè)計(jì)旁站巡視，保障方案落地

BIM 設(shè)計(jì)落地的“最后一公里”問題往往出現(xiàn)在施工階段，在片區(qū)項(xiàng)目推進(jìn)過程中，引入“設(shè)計(jì)BIM 巡視”制度，設(shè)計(jì)院派駐專職BIM 工程師現(xiàn)場旁站，檢驗(yàn)管綜節(jié)點(diǎn)成果的落地，發(fā)現(xiàn)偏差及時上報(bào)建設(shè)單位協(xié)調(diào)產(chǎn)權(quán)方整改。另一方面，BIM 人員駐場也保證了工程變更在BIM 數(shù)據(jù)上的及時反映。

4 總結(jié)與展望

該片區(qū)通過實(shí)施BIM 全過程應(yīng)用，減少了90%以上的設(shè)計(jì)變更，實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場管線施工零返工。結(jié)合傾斜攝影、土地資料、GIS 底圖融合、現(xiàn)狀管線疊圖等應(yīng)用，助力項(xiàng)目的開工前障礙排查、設(shè)計(jì)內(nèi)容校核、施工指導(dǎo)。隨著工程建設(shè)的推進(jìn)，同步建立了較為翔實(shí)的CIM 數(shù)據(jù)庫，對管線種類、管徑、長度、材質(zhì)、生產(chǎn)商、生產(chǎn)年份、建設(shè)年份、責(zé)任單位等內(nèi)容進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)一了單位、坐標(biāo)、格式、命名、編碼的標(biāo)準(zhǔn)。為城市地下管線智慧運(yùn)維提供準(zhǔn)確指導(dǎo)數(shù)據(jù)，助力實(shí)現(xiàn)城市精細(xì)化治理。未來，依托數(shù)字化，提升完善產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，推進(jìn)可視化、智能化運(yùn)營維護(hù)管理，將會成為城市建設(shè)的新目標(biāo)。