BIM技術(shù)在城市隧道工程中的應(yīng)用

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(jì)前期到施工階段全過程結(jié)合 bim技 術(shù)實(shí)現(xiàn)三維協(xié)同設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)方案比對(duì)、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(tái)進(jìn)行施工過程的管理。關(guān)鍵詞：三維協(xié)同設(shè)計(jì)、工程算量、施工方案模擬、3d激光掃描、bim信息管理平臺(tái)項(xiàng)目概況高路（世紀(jì)大道浦建路）項(xiàng)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(diǎn)，是陸家 嘴金融城東擴(kuò)的

2、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(shí)機(jī)，也是改善該區(qū)域交通功能混雜，通行 效率較低的實(shí)際需要。該項(xiàng)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(jí)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(hào)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(jì)前期bim應(yīng)用1. 三維協(xié)同設(shè)計(jì)bim可以在滿足工程項(xiàng)目三維協(xié)同設(shè)計(jì)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)行集中管理的基礎(chǔ)上，為工程項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)提供一個(gè)信息交

3、流和協(xié)同工作的環(huán)境。對(duì)工程項(xiàng)目中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、 溝通交流、進(jìn)度計(jì)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(jì)的工作流程傳統(tǒng)隧道工程項(xiàng)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(jì)，并將設(shè)計(jì)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(jì)。三維協(xié)同設(shè)計(jì)創(chuàng)新了傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)模式 由道路工程設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人員牽頭，前期先在設(shè)計(jì)軟件中創(chuàng)建工程項(xiàng)目主 體道路中心線，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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)

4、布設(shè)計(jì)參數(shù)，接下來由不同專 業(yè)的設(shè)計(jì)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(jì)的工作 流程：1）搭建項(xiàng)目設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)架構(gòu)、系統(tǒng)中分配專業(yè)設(shè)計(jì)人員角色和權(quán)限；2）構(gòu)建三維協(xié)同設(shè)計(jì)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(xiàng)目的樁號(hào)位置；4 ）創(chuàng)建各設(shè)計(jì)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(xiàng)目成員針對(duì)一個(gè)數(shù)據(jù)模型文件開始協(xié)同設(shè)計(jì)工作；6）基于三維模型即時(shí)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，及時(shí)檢查設(shè)計(jì)缺陷，直至設(shè)計(jì)任務(wù) 完成。3. 設(shè)計(jì)方案比選在項(xiàng)目方案階段可以利用 bim軟件的三維造型功能，對(duì)整個(gè)項(xiàng)目中的 周邊場景，復(fù)雜關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的位置進(jìn)行三維建模。以往設(shè)計(jì)師在與

5、業(yè)主 匯報(bào)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(huì)遇到業(yè)主無法快速全面了解設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)意圖的困 難。如果使用bim技術(shù)手段，在方案匯報(bào)之前把復(fù)雜關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的方案 創(chuàng)建成三維的展現(xiàn)形式，這樣匯報(bào)的過程就會(huì)簡單明了 ，也可以讓業(yè)主 很容易的明白設(shè)計(jì)意圖。下面是高南路項(xiàng)目中有關(guān)世紀(jì)大道路口三個(gè) 方案設(shè)計(jì)：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(bào)過程中在結(jié)合優(yōu)化方式，實(shí)施難度，周邊路網(wǎng)影響程 度,工程造價(jià)等各方因素，可以使整個(gè)方案達(dá)到通俗易懂，簡單明了的 效果,更能增

6、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(yàn)。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 可以在投標(biāo)階段向業(yè)主展示設(shè)計(jì)方案和理念，而且在項(xiàng)目的后期還可 以做成虛擬現(xiàn)實(shí)的體驗(yàn)環(huán)境。利用已完成的幾何模型導(dǎo)入到3dmax軟件里，對(duì)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(shí)現(xiàn) 通過鍵盤上的方向鍵進(jìn)行虛擬漫游效果。二、深化設(shè)計(jì)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(jì)中

7、設(shè)計(jì)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(shí)際情況管線都是連通的 一個(gè)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(jì)中可能存在的碰撞問題，減少施工階段 因設(shè)計(jì)錯(cuò)、漏、碰、缺、而造成的損失和返工工作，提高設(shè)計(jì)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(dòng)生成統(tǒng)計(jì)施工招標(biāo) 的工程計(jì)算量。首先在建模之前需要根據(jù)各專業(yè)分部分項(xiàng)，制定開項(xiàng)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(jì)，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

8、分析，并與投資監(jiān)理算出 的工程量進(jìn)行對(duì)比，復(fù)核差異較大的項(xiàng)，提高工程算量的準(zhǔn)確性。1）構(gòu)件拆分原則2）制定開項(xiàng)列表3）生成工程量統(tǒng)計(jì)表4）工程量復(fù)核3. 參數(shù)化、模板實(shí)例化設(shè)計(jì)相比傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)，三維參數(shù)化設(shè)計(jì)的主要優(yōu)勢(shì)在于通過修改設(shè)計(jì) 參數(shù),可以直接驅(qū)動(dòng)模型的更改，無需刪除模型重新繪制，節(jié)省工作時(shí) 間，提高工作效率。參數(shù)可以按照設(shè)計(jì)參數(shù)，計(jì)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(shí)例化是在項(xiàng)目中出現(xiàn)重復(fù)創(chuàng)建相同的模型時(shí)，可以將設(shè)計(jì)知識(shí)和流程集成到用戶特征，超級(jí)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(duì)于隧道

9、工程項(xiàng)目，通常會(huì)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(dòng)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(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)即 可。4. 骨架驅(qū)動(dòng)模型骨架設(shè)計(jì)指在對(duì)整個(gè)隧道工程的設(shè)計(jì)流程和結(jié)構(gòu)充分理解后，結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目的工程圍運(yùn)用主要的線框控制元素對(duì)整個(gè)項(xiàng)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(jì)方法，將已完成的草繪、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、幾何特征、相關(guān)參 數(shù)發(fā)布到模型樹的相關(guān)節(jié)點(diǎn)下，確保能實(shí)現(xiàn)通過骨架線框驅(qū)動(dòng)模型的 功能。下圖是應(yīng)用骨架線框與設(shè)計(jì)參數(shù)文進(jìn)行快速三維建模。5. 二維工程圖紙 傳統(tǒng)的二

10、維設(shè)計(jì)無論是平面圖或是立面圖都需要手動(dòng)繪制 ，通常需要 花費(fèi)大量的時(shí)間去完成。三維設(shè)計(jì)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(huì)自動(dòng)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(diǎn)的方案模擬，在本工程前期利用了 bim技術(shù)對(duì)整體的施工方案進(jìn)行了模擬，包括將施工進(jìn)度計(jì)劃與 bim模型關(guān)聯(lián)，形成4d的施工模型,及管線搬遷順序，道路施工翻交順 序，臨時(shí)交通設(shè)施布置，施工場地布置，施工組織設(shè)計(jì)進(jìn)行了施工籌化 模擬。針對(duì)家浜段橋隧結(jié)合段，由于該地段節(jié)點(diǎn)比較復(fù)雜，在項(xiàng)目前期

11、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(duì)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(diǎn)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)采用的掃描儀器提供每秒100萬點(diǎn)的速度,整體精度可達(dá)1-2mm。在本工程項(xiàng)目中針對(duì)世紀(jì)大道隧道口運(yùn)用了 3d點(diǎn)云掃描技術(shù)，其應(yīng)用有如下：1）歷史存檔（點(diǎn)云數(shù)據(jù)）施工前期作為上海發(fā)展的

12、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(jì)模型進(jìn)行比對(duì)，作為施工質(zhì)量 檢驗(yàn)的工具；施工完成后作為驗(yàn)收成果的一部分。3.bim項(xiàng)目管理平臺(tái)建立bim項(xiàng)目管理平臺(tái)，結(jié)合日常工程管理，項(xiàng)目信息進(jìn)行有重點(diǎn)的匯 總與記錄，并能實(shí)時(shí)有效掌控施工進(jìn)度，及時(shí)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(píng)審工作，從效果來 看，能在設(shè)計(jì)和評(píng)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(jì)方創(chuàng)建施工圖設(shè)計(jì)模型，對(duì)施工圖設(shè)計(jì)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(duì)有設(shè)計(jì)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(jì)方式，它不僅能滿足當(dāng)前市政設(shè)計(jì)的需求，還能通過現(xiàn)代化 的協(xié)同設(shè)計(jì)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(jì)產(chǎn) 品。同時(shí)