BIM技術(shù)在城市隧道工程中的應用.doc

1、BIM 技術(shù)在城市隧道工程中的應用摘要：bim 技術(shù)在市政工程行業(yè)得到日益深入的應用與推廣。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 激光掃描應用并搭建了bim 信息管理平臺進行施工過程的管理。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的重要組成部分 ,本次改造既是利用商務走廊開發(fā) ,提升保障高路的干線功能的最佳時機 ,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大道下立交 （世紀大道環(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、交通標志標線、信號燈、通風、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、文檔等進行集

3、中管理的基礎(chǔ)上,為工程項目團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、進度計劃、質(zhì)量監(jiān)控、成本控制等進行統(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、照明、管線綜合、景觀等相關(guān)專業(yè) ,各專業(yè)再進行后續(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)計負責人員牽頭 , 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、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、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 ,復雜關(guān)鍵節(jié)點的位置進行三維建模。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)世紀大道路口三個方案設(shè)計：1)保留日晷 ,調(diào)整標示標線，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)、 能源和機械行業(yè)等的使用非常普遍。應用該技術(shù)不僅專業(yè)資料可以在投標階段向業(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入到3dmax 軟件里 ,對場景中所有模型進行材質(zhì)添加和貼圖的深加工處理, 以便于達到模型的美觀效果。而后再把模型導入到專業(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、上的方向鍵進行虛擬漫游效果。二、深化設(shè)計的bim 應用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，并提供滿足招標要求的土建、機電、裝修工程量輔助統(tǒng)計,包括標準構(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)理算出的工程量進行對比 ,復核差異較大的項 ,提高工程算量的準確性。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、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。下圖是應用骨架線框與設(shè)計參數(shù)文進行快速三維建模。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 應用1.施工方案模擬施工模擬包括施工籌劃模擬及復雜節(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行了模擬 ,包括將施工進度計劃與 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)備和機具 ,結(jié)合施工方案進行精細化施工模擬 ,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)應用三維激光掃描技術(shù)自問世以來被廣泛應用于古建筑保護、 工業(yè)管道安裝和船舶機械等領(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 1-2mm 。在本工程項目中針對世紀大道隧道口運用了 3d 點云掃描技術(shù) ,其應用有如下：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行使用 ;施工過程中三維模型與設(shè)計模型進行比對,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 ,項目信息進行有重點的匯總與記錄 ,并能實時有效掌控施工進

13、度 ,及時做出進度調(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職責 ,應在施工準備開始前完成模型；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職責 ,應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用 ,證明了 bim 這種全新的三維設(shè)計方式 ,它不僅能滿足當前市政設(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