bim技術(shù)在工程項(xiàng)目中的應(yīng)用

bim技術(shù)在工程項(xiàng)目中的應(yīng)用

1背景和研究內(nèi)容1.1交通導(dǎo)改設(shè)計(jì)面對的問題城市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展促進(jìn)了交通的發(fā)展，交通能力的好壞限制了城市的發(fā)展。由于城市交通出行需求在逐年增加，越來越多的道路出現(xiàn)通行能力降低、服務(wù)能力下降等功能性問題，所以需對其進(jìn)行提級改造，以提高其通行能力。但既有道路沿線兩側(cè)控制條件較多，改建中可利用的設(shè)計(jì)條件有限，且改建過程中需要滿足現(xiàn)有交通的正常通行要求，故交通導(dǎo)改設(shè)計(jì)會(huì)面對諸多問題，如：1）現(xiàn)狀道路的通行限界空間客觀減少。2）現(xiàn)狀道路上原有的交通通行需求未變。3）改造工程范圍內(nèi)的用地受到限制，如修建臨時(shí)道路的空間受限、臨時(shí)路段的設(shè)計(jì)指標(biāo)低、臨時(shí)道路通行條件差等。上述問題綜合疊加后會(huì)造成臨時(shí)導(dǎo)改的道路通行能力降低。為有效降低改建工程中臨時(shí)道路的通行能力下降問題，在有限的建設(shè)用地條件下，需要通過設(shè)計(jì)合理的交通導(dǎo)改方案和有效的導(dǎo)改管理技術(shù)手段，才能提高臨時(shí)導(dǎo)改路段的整體通行能力，降低交通擁堵的影響程度因此，筆者應(yīng)用BIM技術(shù)對常規(guī)交通導(dǎo)改設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，利用BIM的技術(shù)優(yōu)勢，通過可視化、可交互性、可模擬性等多維度技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)常規(guī)交通導(dǎo)改方案的深度優(yōu)化，并通過合適的3D展示平臺(tái)，利用先進(jìn)的技術(shù)手段將交通導(dǎo)改方案進(jìn)行全面展示，并進(jìn)一步檢查和優(yōu)化臨時(shí)交通導(dǎo)改設(shè)計(jì)方案。1.2交通方案和臨時(shí)交通導(dǎo)改設(shè)計(jì)1）平臺(tái)功能。從功能需求出發(fā)，展示平臺(tái)需具備三維可視化（多維度觀察）、可交互性（分階段交互展示、分項(xiàng)目節(jié)點(diǎn)交互展示、分幀交互展示等）等數(shù)據(jù)展示功能，同時(shí)還應(yīng)具備天氣環(huán)境、背景聲音等展示功能。2）交通方案展示內(nèi)容。臨時(shí)交通導(dǎo)改展示內(nèi)容有：改建項(xiàng)目周邊背景環(huán)境（多級交通路網(wǎng)、工程區(qū)域的地形、項(xiàng)目沿線的地上構(gòu)筑物、周邊地塊的交通出行數(shù)據(jù)等）；項(xiàng)目模型（既有工程模型、新建工程模型、中間過程工程模型）；臨時(shí)道路交通導(dǎo)改設(shè)計(jì)方案。3）進(jìn)入平臺(tái)的模型和交通數(shù)據(jù)。(1)BIM模型（幾何信息+非幾何信息）：利用BIM設(shè)計(jì)軟件（Revit,Bentely,Catia）建立的模型；(2)常規(guī)模型（非幾何信息）：利用普通建模軟件（3Dmax、SketchUp、Maya等）建立的模型；(3)信息數(shù)據(jù)（非幾何信息、結(jié)構(gòu)性數(shù)據(jù)等）：臨時(shí)道路交通導(dǎo)改設(shè)計(jì)方案過程的數(shù)據(jù)信息、交通出行分析數(shù)據(jù)等。2交通導(dǎo)改方案調(diào)研筆者以研究解決臨時(shí)導(dǎo)改路段通行能力低下的問題為出發(fā)點(diǎn)，系統(tǒng)梳理研究背景、整理基礎(chǔ)條件需求、提出解決技術(shù)方法、總結(jié)平臺(tái)功能需求、遴選合適的技術(shù)平臺(tái)、搭建平臺(tái)內(nèi)容、利用平臺(tái)解決交通導(dǎo)改方案的優(yōu)化難題。研究技術(shù)路線見圖1。3平臺(tái)產(chǎn)品功能需求1）平臺(tái)產(chǎn)品開發(fā)公司類型。從BIM成果應(yīng)用角度出發(fā)，平臺(tái)產(chǎn)品分為BIM設(shè)計(jì)軟件公司自有平臺(tái)、第三方公司開發(fā)產(chǎn)品。其中：(1)自有平臺(tái)以解決多專業(yè)模型成果的收集、檢查、展示等功能為主，其他功能需求由其他軟件產(chǎn)品提供解決方案。(2)第三方公司開發(fā)產(chǎn)品除完成上述功能以外，還需具備較為豐富的模型應(yīng)用功能（創(chuàng)建項(xiàng)目環(huán)境、虛擬建造、過程分析等），并提供部分二次開發(fā)api接口以解決項(xiàng)目多樣性的功能需求。2）數(shù)據(jù)兼容性。需載入平臺(tái)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)有BIM數(shù)據(jù)、模型數(shù)據(jù)、信息數(shù)據(jù)，同時(shí)要求平臺(tái)產(chǎn)品具備功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)接口和海量信息數(shù)據(jù)的承載能力。3）創(chuàng)建項(xiàng)目環(huán)境能力。項(xiàng)目環(huán)境模型有道路沿線地形、地物、地質(zhì)模型，大范圍市政路網(wǎng)、項(xiàng)目沿線周邊信息等大數(shù)據(jù)模型。BIM設(shè)計(jì)軟件以解決市政工程的BIM設(shè)計(jì)及成果模型的輸出為主。由于創(chuàng)建的項(xiàng)目中除設(shè)計(jì)成果以外，其他環(huán)境模型能力較弱，所以平臺(tái)產(chǎn)品需有相應(yīng)的技術(shù)解決方案。4）產(chǎn)品功能性。(1)建立電子沙盤虛擬建造項(xiàng)目環(huán)境；(2)基于電子沙盤實(shí)現(xiàn)任意位置、任意時(shí)間點(diǎn)查看各階段工作過程的細(xì)節(jié)；(3)基于電子沙盤直觀交互展示重要交通轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)的導(dǎo)改實(shí)施過程；(4)基于電子沙盤采用交互式匯報(bào)施工方案，突破傳統(tǒng)單向匯報(bào)模式；(5)基于電子沙盤進(jìn)行施工方案技術(shù)交底，以便提升溝通效果；(6)基于電子沙盤制作實(shí)時(shí)匯報(bào)視頻，以便輔助項(xiàng)目匯報(bào)工作。5）產(chǎn)品展示效果。通過技術(shù)指標(biāo)評價(jià)產(chǎn)品展示效果，如：畫面清晰度、換幀率、對硬件設(shè)備的配置要求等。6）操作交互性。軟件交互的難易性。7）產(chǎn)品拓展性。平臺(tái)產(chǎn)品是否提供api開發(fā)接口，支持項(xiàng)目特定功能的定制開發(fā)，開發(fā)難度如何等。平臺(tái)產(chǎn)品調(diào)研關(guān)鍵指標(biāo)見表1。經(jīng)過綜合比選后確定研究平臺(tái)產(chǎn)品選用Unity3D。4交通導(dǎo)改方案基礎(chǔ)信息筆者以某互通式立交改建過程中的臨時(shí)交通導(dǎo)改為例，通過梳理BIM技術(shù)應(yīng)用需求，建立BIM技術(shù)應(yīng)用場景，對相關(guān)基礎(chǔ)信息進(jìn)行建模；將模型和交通導(dǎo)改方案數(shù)據(jù)導(dǎo)入交通展示平臺(tái)，利用平臺(tái)整合臨時(shí)交通導(dǎo)改相關(guān)數(shù)據(jù)，再利用平臺(tái)產(chǎn)品虛擬建造工程；在建造過程中從多角度全面分析工程實(shí)施過程、施工限制條件對方案的影響、交通導(dǎo)改方案對現(xiàn)況交通通行能力的影響等；最終利用平臺(tái)確定影響小、技術(shù)合理、造價(jià)適中的最優(yōu)交通導(dǎo)改技術(shù)方案。4.1匝道上跨主線立交該互通式立交現(xiàn)狀為A型單喇叭立交，交叉道路為地方公路，匝道上跨主線，立交主線與主匝道交叉處樁號為K3174+629.023，交角67°。該立交的主要功能是實(shí)現(xiàn)地方公路與高速公路間的交通量轉(zhuǎn)換?；ネ⒔皇疽鈭D見圖2。4.1.1最小凹形立交設(shè)計(jì)該橋主線最小平曲線半徑為2500m，最小凸形豎曲線半徑為20000m，最小凹形豎曲線半徑為15457m，最大縱坡為1.78%；匝道最小平曲線半徑為60m，最大縱坡為4.27%，單向單車道全寬為8.5m，雙向雙車道寬為15.5m，設(shè)計(jì)速度為40km/h；收費(fèi)廣場收費(fèi)車道數(shù)設(shè)置為3個(gè)入口、4個(gè)出口。4.1.2a型喇叭的預(yù)測結(jié)果1）擴(kuò)建方案互通形式：根據(jù)互通功能和遠(yuǎn)景年（2042年）交通量預(yù)測結(jié)果，互通保持現(xiàn)有的A型喇叭形式不變。2）互通擴(kuò)建方案：完全利用匝道跨線橋，調(diào)整各匝道出入口并與原匝道進(jìn)行順接。4.1.3方案二：互通立交段雙向匝道跨主線橋?yàn)樽蠓?×16+18.35+2×25+21.65+6×16)m、右幅（6×16+21.65+2×25+18.35)m預(yù)應(yīng)力混凝土空心板+連續(xù)箱梁，主跨為2×25m。主線擴(kuò)建為雙向8車道42.0m寬度，B匝道（環(huán)形匝道）入口處加速車道范圍內(nèi)主線右幅斷面標(biāo)準(zhǔn)寬度為25m（但現(xiàn)有匝道橋跨凈寬不足）。該階段完全利用匝道橋，因此將B匝道入口位置向大樁號方向改移，使B匝道從主跨相鄰橋孔下穿后再與主線合流?；ネ⒔粎^(qū)大橋上跨S274省道和鎮(zhèn)海水河。立交區(qū)大橋采用雙側(cè)拼寬方案對原橋進(jìn)行改造。2）互通匝道出入口及變速車道互通B匝道入口受跨線橋因素影響，故將合流鼻向大樁號方向改移，過跨線橋后在路基范圍內(nèi)與主線合流。其他匝道出入口根據(jù)主線加寬情況做局部相應(yīng)調(diào)整并與原匝道進(jìn)行順接。4.2電子盤問施工1）應(yīng)用傾斜攝影建模技術(shù)搭建真實(shí)背景數(shù)字環(huán)境；2）應(yīng)用BIM建模技術(shù)建立多項(xiàng)模型數(shù)據(jù)；3）利用BIM+3D引擎技術(shù)建立電子沙盤虛擬建造項(xiàng)目；4）基于電子沙盤查看任意位置、任意時(shí)間點(diǎn)各階段工作過程細(xì)節(jié)；5）基于電子沙盤直觀交互展示重要交通轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)的導(dǎo)改實(shí)施過程；6）基于電子沙盤采用交互式匯報(bào)施工方案，突破傳統(tǒng)單向匯報(bào)模式；7）基于電子沙盤進(jìn)行施工方案技術(shù)交底，以提升溝通效果；8）基于電子沙盤制作實(shí)時(shí)匯報(bào)視頻，以輔助項(xiàng)目匯報(bào)工作。4.3建模內(nèi)容4.3.1結(jié)合數(shù)據(jù)處理軟件的無人機(jī)實(shí)際效果評價(jià)利用ContextCaptureCenter、MagicGeo、Photoshop、Smart3D等數(shù)據(jù)處理軟件對無人機(jī)采集的大量實(shí)景照片數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，建立實(shí)景地形模型（見圖3）。4.3.2bim建模工作結(jié)合項(xiàng)目規(guī)模、交通導(dǎo)改方案設(shè)計(jì)重難點(diǎn)，確定施工工序分析應(yīng)用范圍，對范圍內(nèi)的各專業(yè)設(shè)計(jì)成果進(jìn)行BIM建模。該項(xiàng)目以互通式立交范圍作為施工工序分析應(yīng)用工程對象，對道路工程、橋梁工程、涵洞工程等依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙開展BIM建模工作。建模工作以滿足交通導(dǎo)改設(shè)計(jì)方案展示為主，建模等級為LOD100，部分模型需依據(jù)展示要求建模。4.3.3基于工業(yè)設(shè)計(jì)的電子盤利用Unity3D強(qiáng)大的數(shù)據(jù)集成能力、3D引擎優(yōu)勢，全面兼容各類工程數(shù)據(jù)模型、傾斜攝影模型，搭建完成全部數(shù)據(jù)的集成展示環(huán)境，可實(shí)現(xiàn)“一個(gè)平臺(tái)、多專業(yè)展示”的應(yīng)用目標(biāo)。利用Unity3D與VisualStudio2013的數(shù)據(jù)接口兼容性優(yōu)勢，通過在VisualStudio2013環(huán)境中的定制開發(fā)工作，使基礎(chǔ)模型依據(jù)交通導(dǎo)改設(shè)計(jì)方案實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)展示應(yīng)用，并豐富互通電子沙盤成果的展示內(nèi)容。數(shù)字平臺(tái)效果見圖5。4.3.4互通電子權(quán)是實(shí)現(xiàn)電子盤1）模擬重要節(jié)點(diǎn)交通轉(zhuǎn)換互通立交區(qū)交通導(dǎo)改項(xiàng)目重要施工方案節(jié)點(diǎn)共有3類，分別是：重要交通轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)、臨時(shí)匝道交通轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)和收費(fèi)站節(jié)點(diǎn)。由于設(shè)計(jì)院提供的交通導(dǎo)改方案設(shè)計(jì)說明、設(shè)計(jì)圖紙內(nèi)容都較為簡單，說明及圖紙表達(dá)信息有限，所以施工單位在依據(jù)圖紙進(jìn)行施工時(shí)會(huì)出現(xiàn)方案沖突、工程量統(tǒng)計(jì)錯(cuò)誤、施工工期時(shí)間估計(jì)不足等問題。通常，出現(xiàn)該類問題后，設(shè)計(jì)單位會(huì)根據(jù)現(xiàn)場條件，出具設(shè)計(jì)變更，以便施工單位調(diào)整施工方案。但該類傳統(tǒng)問題處理操作流程中存在施工問題不可預(yù)見性、施工中配合工作量大、施工周期延長等缺點(diǎn)。該項(xiàng)目通過建立互通電子沙盤環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了虛擬建造工程過程，依據(jù)設(shè)計(jì)院提供的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行施工過程模擬，提前發(fā)現(xiàn)了可能會(huì)出現(xiàn)的問題（工序順序錯(cuò)誤、工序步驟漏項(xiàng)、工作空間沖突等），并對設(shè)計(jì)方案提出優(yōu)化意見，進(jìn)而提高了設(shè)計(jì)方案的可行性，保障了工期的正常進(jìn)度。2）施工工序過程交互展示電子沙盤系統(tǒng)集成了項(xiàng)目背景環(huán)境數(shù)據(jù)（傾斜攝影3D模型）、現(xiàn)狀互通立交的數(shù)據(jù)模型、施工改造過程中的互通立交各階段的數(shù)據(jù)模型、施工改造竣工后的互通立交數(shù)據(jù)模型，以及互通立交相關(guān)的數(shù)據(jù)模型等。通過建立數(shù)字沙盤系統(tǒng)，對預(yù)設(shè)的施工工序步驟進(jìn)行定制開發(fā)，將各階段工序步驟與時(shí)間建立聯(lián)系后，即可在進(jìn)入數(shù)字沙盤系統(tǒng)后實(shí)現(xiàn)對任意階段、任意時(shí)間點(diǎn)的詳細(xì)觀察和瀏覽。5基于bim技術(shù)的電子土地施工模擬1）電子沙盤系統(tǒng)為即時(shí)交互系統(tǒng)，優(yōu)勢在于可在任意時(shí)間點(diǎn)、任意視點(diǎn)角度瀏覽模型內(nèi)容，查看工程實(shí)施細(xì)節(jié)；2）建議針對復(fù)雜節(jié)點(diǎn)建立高精度BIM模型，通過AR技術(shù)對實(shí)施構(gòu)件與設(shè)計(jì)方案進(jìn)行校核；3）建議基于電子沙盤，讓深入定制開發(fā)與駕駛硬件設(shè)備通過數(shù)據(jù)接口建立連接，并通過駕駛模擬真實(shí)還原施工過程中的車輛交通狀態(tài)。基于BIM技術(shù)的電子沙盤系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)三維動(dòng)畫，在展示過程中不僅可以表現(xiàn)施工流程的動(dòng)畫效果，同時(shí)支持用戶的交互操作，可實(shí)現(xiàn)多角度、多方位、無時(shí)間限制地查看施工步驟。因?yàn)橛脩粢暯菗碛袕V泛的時(shí)間、空間自由度，所以在制作施工流程動(dòng)畫過程中，必須考慮到同一