BIM技術(shù)在城市隧道工程中的應(yīng)用.doc

1、BIM 技術(shù)在城市隧道工程中的應(yīng)用摘要：bim 技術(shù)在市政工程行業(yè)得到日益深入的應(yīng)用與推廣。本文以高南路新建隧道工程為例， 從設(shè)計前期到施工階段全過程結(jié)合bim 技術(shù)實現(xiàn)三維協(xié)同設(shè)計、設(shè)計方案比對、可視化技術(shù)、管線碰撞檢查、工程算量、施工方案模擬、3d 激光掃描應(yīng)用并搭建了bim 信息管理平臺進(jìn)行施工過程的管理。關(guān)鍵詞：三維協(xié)同設(shè)計、工程算量、施工方案模擬、3d 激光掃描、bim 信息管理平臺項目概況高路（世紀(jì)大道浦建路）項目位于浦東新區(qū)花木行政中心 ,線路呈西南 -東北走向 ,沿線地塊規(guī)劃以商辦為主 ,兼有部分居住用地 ,將在未來 5 年陸續(xù)開發(fā)建設(shè) ,該區(qū)域具有集中開發(fā) ,定位高端的特點

2、,是陸家嘴金融城東擴(kuò)的重要組成部分 ,本次改造既是利用商務(wù)走廊開發(fā) ,提升保障高路的干線功能的最佳時機(jī) ,也是改善該區(qū)域交通功能混雜 ,通行效率較低的實際需要。 該項目工程圍北起世紀(jì)大道下立交 （世紀(jì)大道環(huán)島桃林路） ,南至浦建路（浦建路跨線橋） ,工程圍全長約 1975m,道路等級為城市主干路。 建設(shè)容為道路、 隧道結(jié)構(gòu)、橋梁（家浜橋）、雨污水排管、交通標(biāo)志標(biāo)線、信號燈、通風(fēng)、監(jiān)控、供配電、建筑、綠化等相關(guān)道路附屬設(shè)施及前期綠化與管線搬遷工作等。一、設(shè)計前期 bim 應(yīng)用1. 三維協(xié)同設(shè)計專業(yè)資料bim 可以在滿足工程項目三維協(xié)同設(shè)計過程中產(chǎn)生的各類信息：如三維模型、圖紙、合同、文檔等進(jìn)行集

3、中管理的基礎(chǔ)上,為工程項目團(tuán)隊提供一個信息交流和協(xié)同工作的環(huán)境。對工程項目中的數(shù)據(jù)存儲、溝通交流、進(jìn)度計劃、質(zhì)量監(jiān)控、成本控制等進(jìn)行統(tǒng)一的協(xié)作管理。2. 協(xié)同設(shè)計的工作流程傳統(tǒng)隧道工程項目一般都是由道路專業(yè)通過方案等形式與各配合專業(yè)充分溝通 ,完成道路平面、縱斷面和橫斷面設(shè)計 ,并將設(shè)計模型及數(shù)據(jù)文件提交給橋隧、排水、 通風(fēng)、照明、管線綜合、景觀等相關(guān)專業(yè) ,各專業(yè)再進(jìn)行后續(xù)設(shè)計。三維協(xié)同設(shè)計創(chuàng)新了傳統(tǒng)的二維設(shè)計模式 , 由道路工程設(shè)計負(fù)責(zé)人員牽頭 , 前期先在設(shè)計軟件中創(chuàng)建工程項目主體道路中心線 ,結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在已選取的道路中心線上 ,確定隧道結(jié)構(gòu)厚度、變形縫位置等等 ,并與通風(fēng)、照明、排水

4、等專業(yè)溝通確定設(shè)施設(shè)備的布設(shè)位置 ,同步在模型結(jié)構(gòu)樹上發(fā)布設(shè)計參數(shù) ,接下來由不同專業(yè)的設(shè)計人員完成后續(xù)的深化建模工作。 下面是三維協(xié)同設(shè)計的工作流程：1）搭建項目設(shè)計團(tuán)隊架構(gòu)、系統(tǒng)中分配專業(yè)設(shè)計人員角色和權(quán)限；2）構(gòu)建三維協(xié)同設(shè)計模型樹和wbs 任務(wù)分解；3）創(chuàng)建三維的道路中心線，在道路中心線上定義工程項目的樁號位置；4）創(chuàng)建各設(shè)計專業(yè)（如結(jié)構(gòu)、圍護(hù)、設(shè)備等）的構(gòu)件模板；5）不同專業(yè)的項目成員針對一個數(shù)據(jù)模型文件開始協(xié)同設(shè)計工作；專業(yè)資料6）基于三維模型即時優(yōu)化設(shè)計方案,及時檢查設(shè)計缺陷 ,直至設(shè)計任務(wù)完成。3. 設(shè)計方案比選在項目方案階段可以利用bim 軟件的三維造型功能 ,對整個項目中的

5、周邊場景 ,復(fù)雜關(guān)鍵節(jié)點的位置進(jìn)行三維建模。以往設(shè)計師在與業(yè)主匯報方案的過程中 ,一般都是通過二維平面圖紙和ppt 等方式向業(yè)主介紹方案 ,經(jīng)常會遇到業(yè)主無法快速全面了解設(shè)計師的設(shè)計意圖的困難。如果使用bim 技術(shù)手段 ,在方案匯報之前把復(fù)雜關(guān)鍵節(jié)點的方案創(chuàng)建成三維的展現(xiàn)形式,這樣匯報的過程就會簡單明了,也可以讓業(yè)主很容易的明白設(shè)計意圖。 下面是高南路項目中有關(guān)世紀(jì)大道路口三個方案設(shè)計：1)保留日晷 ,調(diào)整標(biāo)示標(biāo)線，如下圖 (2)2) 搬遷日晷 ,改造為十字交叉 , 如下圖 (3)3) 搬遷日晷 ,改造為立體交叉 , 如下圖 (4)另外 ,在方案匯報過程中在結(jié)合優(yōu)化方式,實施難度 ,周邊路網(wǎng)影

6、響程度,工程造價等各方因素 ,可以使整個方案達(dá)到通俗易懂 ,簡單明了的效果 ,更能增加與業(yè)主的溝通交流。4. 三維漫游交互式可視化虛擬漫游是一門新興的效果展示技術(shù),與傳統(tǒng)的2d 展示不同 ,交互式漫游是第一人稱視角的三維環(huán)境下虛擬體驗。目前在建筑、房地產(chǎn)、 能源和機(jī)械行業(yè)等的使用非常普遍。應(yīng)用該技術(shù)不僅專業(yè)資料可以在投標(biāo)階段向業(yè)主展示設(shè)計方案和理念,而且在項目的后期還可以做成虛擬現(xiàn)實的體驗環(huán)境。利用已完成的幾何模型導(dǎo)入到3dmax 軟件里 ,對場景中所有模型進(jìn)行材質(zhì)添加和貼圖的深加工處理, 以便于達(dá)到模型的美觀效果。而后再把模型導(dǎo)入到專業(yè)的虛擬技術(shù)軟件中,為場景創(chuàng)建漫游腳本 ,最后實現(xiàn)通過鍵盤

7、上的方向鍵進(jìn)行虛擬漫游效果。二、深化設(shè)計的bim 應(yīng)用1.管線綜合和碰撞檢查在傳統(tǒng)的二維設(shè)計中設(shè)計師大多都是通過繪制剖面來完成管線綜合圖,這些剖面只解決了該位置的管線排布,而實際情況管線都是連通的,一個位置的排布情況不能代表所有的其它位置的排布也是合理的。 通過利用 bim 技術(shù)創(chuàng)建現(xiàn)狀的市政管線模型 ,進(jìn)行各專業(yè)之間及專業(yè)部的碰撞檢查 ,能夠提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計中可能存在的碰撞問題 ,減少施工階段因設(shè)計錯、漏、碰、缺、而造成的損失和返工工作 ,提高設(shè)計質(zhì)量和施工效率。2. 工程量復(fù)核利用 bim 模型的屬性信息 ,通過軟件功能系統(tǒng)自動生成統(tǒng)計施工招標(biāo)的工程計算量。首先在建模之前需要根據(jù)各專業(yè)分部分項

8、,制定開項列表，并提供滿足招標(biāo)要求的土建、機(jī)電、裝修工程量輔助統(tǒng)計,包括標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件及特殊結(jié)構(gòu)的鋼筋用量及含鋼量分析,并與投資監(jiān)理算出的工程量進(jìn)行對比 ,復(fù)核差異較大的項 ,提高工程算量的準(zhǔn)確性。1)構(gòu)件拆分原則專業(yè)資料2) 制定開項列表3) 生成工程量統(tǒng)計表4) 工程量復(fù)核3. 參數(shù)化、模板實例化設(shè)計相比傳統(tǒng)的二維設(shè)計 ,三維參數(shù)化設(shè)計的主要優(yōu)勢在于通過修改設(shè)計參數(shù) ,可以直接驅(qū)動模型的更改 ,無需刪除模型重新繪制 ,節(jié)省工作時間,提高工作效率。參數(shù)可以按照設(shè)計參數(shù) ,計算參數(shù) ,信息參數(shù)來定義 , 參數(shù)名稱需要按規(guī)來命名，方便后期的參數(shù)修改。模板實例化是在項目中出現(xiàn)重復(fù)創(chuàng)建相同的模型時 ,可以

9、將設(shè)計知識和流程集成到用戶特征 ,超級副本和文檔模板中 ,并參照相同的參考元素修改某些需要修改的輸入?yún)?shù) ,即能得到新的模型數(shù)據(jù)。對于隧道工程項目 ,通常會把底板、中、頂板、側(cè)墻、瀝青、側(cè)石等構(gòu)件做成文檔模板。在建模的過程中 ,有了文檔模板后 ,無需每次通過手動的方法創(chuàng)建模型 ,只需要從構(gòu)件庫中調(diào)用相應(yīng)的模型并修改對設(shè)計參數(shù)即可。4. 骨架驅(qū)動模型骨架設(shè)計指在對整個隧道工程的設(shè)計流程和結(jié)構(gòu)充分理解后 ,結(jié)合實際項目的工程圍運用主要的線框控制元素對整個項目結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效的總體控制 ,形成類似樹干結(jié)構(gòu)的骨架模型 ,并建立有效的參數(shù)信息傳遞框架及設(shè)計方法 ,將已完成的草繪、設(shè)計基準(zhǔn)、幾何特征、相關(guān)參數(shù)

10、發(fā)布到模型樹的相關(guān)節(jié)點下 , 確保能實現(xiàn)通過骨架線框驅(qū)動模型的功能。下圖是應(yīng)用骨架線框與設(shè)計參數(shù)文進(jìn)行快速三維建模。專業(yè)資料5. 二維工程圖紙傳統(tǒng)的二維設(shè)計無論是平面圖或是立面圖都需要手動繪制,通常需要花費大量的時間去完成。三維設(shè)計可以利用現(xiàn)有的三維模型,通過投影的方式很方便的得到任意的截面剖視圖。如果三維模型進(jìn)行了變更,系統(tǒng)會自動的更新二維圖紙的信息,極大的提高了工作效率。三、施工階段的bim 應(yīng)用1.施工方案模擬施工模擬包括施工籌劃模擬及復(fù)雜節(jié)點的方案模擬 ,在本工程前期利用了 bim 技術(shù)對整體的施工方案進(jìn)行了模擬 ,包括將施工進(jìn)度計劃與 bim 模型關(guān)聯(lián) ,形成 4d 的施工模型 ,及

11、管線搬遷順序 ,道路施工翻交順序,臨時交通設(shè)施布置 ,施工場地布置 ,施工組織設(shè)計進(jìn)行了施工籌化模擬。針對家浜段橋隧結(jié)合段 ,由于該地段節(jié)點比較復(fù)雜 ,在項目前期利用 bim 技術(shù) ,在模型中添加施工設(shè)備和機(jī)具 ,結(jié)合施工方案進(jìn)行精細(xì)化施工模擬 ,檢查方案的可行性 ,并在此基礎(chǔ)上優(yōu)化施工方案。2.3d 激光掃描技術(shù)應(yīng)用三維激光掃描技術(shù)自問世以來被廣泛應(yīng)用于古建筑保護(hù)、 工業(yè)管道安裝和船舶機(jī)械等領(lǐng)域。 它通過高速激光掃描測量的方法獲取被測對象表面的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù) ,可以快速、大量的采集空間點位信息 ,而且具有很高的分辨率 ,為快速建立物體的三維影像模型提供了一種全新的技術(shù)手段。三維激光掃描技術(shù)采用

12、的掃描儀器提供每秒 100 萬點的速度 , 整體精度可達(dá) 1-2mm 。在本工程項目中針對世紀(jì)大道隧道口運用了 3d 點云掃描技術(shù) ,其應(yīng)用有如下：專業(yè)資料1)歷史存檔（點云數(shù)據(jù)）施工前期作為上海發(fā)展的歷史資料進(jìn)行保存 ; 施工過程中作為施工資料定期存檔 ; 施工完成后作為施工成果交付物的一部分。2）輔助施工（重構(gòu)的三維模型）施工前期資料,作為場地沙盤的一部分進(jìn)行使用 ;施工過程中三維模型與設(shè)計模型進(jìn)行比對,作為施工質(zhì)量檢驗的工具 ;施工完成后作為驗收成果的一部分。3.bim 項目管理平臺建立 bim 項目管理平臺 ,結(jié)合日常工程管理 ,項目信息進(jìn)行有重點的匯總與記錄 ,并能實時有效掌控施工進(jìn)

13、度 ,及時做出進(jìn)度調(diào)整 ,建立交通設(shè)施方案的 bim 模型用于方案的討論、優(yōu)化和外評審工作 ,從效果來看,能在設(shè)計和評審階段協(xié)助發(fā)現(xiàn)以往在平面圖紙上難以察覺的各類問題 ,并協(xié)助擬定更為合理的方案。設(shè)計方創(chuàng)建施工圖設(shè)計模型 ,對施工圖設(shè)計模型有更新與維護(hù)職責(zé) ,應(yīng)在施工準(zhǔn)備開始前完成模型；施工方創(chuàng)建施工作業(yè)模型 ,對有設(shè)計變更的模型有更新與維護(hù)職責(zé) ,應(yīng)在主體施工過程中構(gòu)件施工前完成模型。四、結(jié)語通過 bim 技術(shù)在高南路隧道工程中的成功應(yīng)用 ,證明了 bim 這種全新的三維設(shè)計方式 ,它不僅能滿足當(dāng)前市政設(shè)計的需求 ,還能通過現(xiàn)代化的協(xié)同設(shè)計理念為業(yè)主提供高質(zhì)量、規(guī)化、清晰化、具體化的設(shè)計產(chǎn)品。同時 bim 還能實