BIM視界 | BIM在市政工程中的應(yīng)用實踐與發(fā)展思考

深圳市政院2012年開始BIM研究工作，2014年正式成立了BIM設(shè)計研究院，現(xiàn)有員工50余人，主要致力于推廣研究BIM技術(shù)在工程領(lǐng)域的應(yīng)用。

BIM院分為BIM技術(shù)部、IT研發(fā)部、無人機應(yīng)用部、視覺表現(xiàn)部和綜合部。業(yè)務(wù)方向主要是BIM設(shè)計咨詢培訓(xùn)、課題研究、標(biāo)準(zhǔn)編制、軟件平臺開發(fā)、無人機行業(yè)應(yīng)用，以及航拍實景建模到后期的視覺表現(xiàn)。主要集中在建筑、道路、橋梁、市政管網(wǎng)、軌道交通和綜合管廊方面。

在課題研究和標(biāo)準(zhǔn)編制方面，我院參與編制了住建部的《城市軌道交通工程BIM應(yīng)用指南》《智慧城市系列標(biāo)準(zhǔn)》以及中勘協(xié)市政工程BIM系列叢書。目前正在編制中國標(biāo)準(zhǔn)化委員會的三部標(biāo)準(zhǔn)、交通運輸委的交通領(lǐng)域系列標(biāo)準(zhǔn)，以及住建局的建筑工程BIM交付標(biāo)準(zhǔn)。

現(xiàn)場踏勘

任何一項新技術(shù)的出現(xiàn)，都離不開市場需求?，F(xiàn)在工程的建設(shè)已經(jīng)完全不同于20年前做工程，隨著城市化進(jìn)程的加劇，土地越來越少，建設(shè)環(huán)境的約束條件和向空間、地下地上的發(fā)展，工程建設(shè)變得越來越復(fù)雜。并且，工程與城市景觀的融合，同樣非常重要。利用BIM技術(shù)可以非常直觀而清晰地表達(dá)包括地形、地貌在內(nèi)的征地、拆遷等工程環(huán)境。

現(xiàn)在在全國，國務(wù)院辦公廳、住建部、交通部和各省市都密集出臺了一些推廣BIM的政策。深圳市關(guān)于BIM的推進(jìn)意見，在11月份正式向社會征求意見，現(xiàn)已收集了100多條社會意見；關(guān)于BIM設(shè)計的招標(biāo)要求，廣東省在7月份發(fā)布了BIM應(yīng)用收費的參考標(biāo)準(zhǔn)；深圳市交委在項目設(shè)計招標(biāo)中明確規(guī)定，中標(biāo)人必須采用BIM 設(shè)計，并把設(shè)計合同價的5%作為BIM設(shè)計專項費用，如中標(biāo)人不采用BIM 設(shè)計或BIM 設(shè)計未通過驗收，則計扣設(shè)計合同價10%作為違約金，且三年內(nèi)不接受該投標(biāo)人作為招標(biāo)人的中標(biāo)單位；另外深圳市建設(shè)工程交易中心，已經(jīng)開發(fā)完成基于BIM的電子招投標(biāo)系統(tǒng)，并逐步投入使用。

實景建模

做實際工程BIM應(yīng)用，必須要有完善的標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)，目前可用于橋梁工程的BIM標(biāo)準(zhǔn)有：上海市的《道路橋梁信息模型應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》，河南省的《市政工程信息模型應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》，《鐵路聯(lián)盟的存儲標(biāo)準(zhǔn)》和中勘協(xié)BIM系列叢書的道路橋梁分冊。

無人機交通流量統(tǒng)計

鄭州市四環(huán)路是中國乃至世界最大的一條市政工程，全長93公里，高架65公里，地面加高架150公里。采用節(jié)段預(yù)制梁橋設(shè)計和施工工藝，設(shè)計期限一年，施工期限一年，工期非常緊。本工程的BIM應(yīng)用主要集中在可視化工程環(huán)境、參數(shù)化精確建模、三維配筋、節(jié)段預(yù)制梁精細(xì)化設(shè)計、景觀方案仿真設(shè)計5個方面。

鄭州市四環(huán)路

無人機航拍與三維實景模型創(chuàng)建可視化工程環(huán)境。無人機航拍分兩個階段，第一個階段是現(xiàn)場踏勘階段，利用無人機對全線進(jìn)行了航拍，大大縮短了設(shè)計人員踏勘的時間；第二階段，創(chuàng)建實景模型，給工程設(shè)計提供一個真實的現(xiàn)場環(huán)境。在四環(huán)路工程中，對道路中線兩側(cè)各500米范圍內(nèi)進(jìn)行全線的攝影，共采集照片34萬張，實景建模范圍達(dá)到120平方公里。采集回的影像信息可以清晰地看到需要征地的范圍，拆遷的樓宇及工程周邊的環(huán)境。

無人機巡查系統(tǒng)

采用參數(shù)化精確建模技術(shù)。主要包括：參數(shù)化路線設(shè)計、參數(shù)化橋梁上部結(jié)構(gòu)設(shè)計和參數(shù)化橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計。利用參數(shù)化路線設(shè)計工具完成平曲線、豎曲線設(shè)計任務(wù)；路線成果支持參數(shù)驅(qū)動，通過改變關(guān)鍵變量數(shù)值驅(qū)動模型改變；當(dāng)路線變化時其他專業(yè)設(shè)計成果均隨路線成果實時更新。通過創(chuàng)建箱梁橫斷面模板，約束關(guān)鍵點變化關(guān)系實現(xiàn)參數(shù)化橋梁上部結(jié)構(gòu)設(shè)計，實現(xiàn)參數(shù)化模板斷面，并利用條件約束工具，指定變化位置與變化規(guī)則，實現(xiàn)參數(shù)化變截面箱梁設(shè)計；后期可根據(jù)需要，直接更改關(guān)鍵變量數(shù)值實現(xiàn)設(shè)計成果更新。直接使用軟件下部設(shè)計工具完成定截面規(guī)則變化墩柱。通過創(chuàng)建參數(shù)化單元的方法實現(xiàn)變截面復(fù)雜變化墩柱的設(shè)計，根據(jù)設(shè)計需求，從截面、實體構(gòu)建、幾何體空間關(guān)系等維度進(jìn)行參數(shù)化控制。

西四環(huán)高架跨南水北調(diào)中線干渠大橋

利用橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析與鋼筋配置；直觀顯示復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和鋼筋在三維空間布置情況，降低讀圖難度，有效指導(dǎo)現(xiàn)場工人加工生產(chǎn)；準(zhǔn)確詳盡的鋼筋數(shù)據(jù)信息，通過與鋼筋加工機械的配合，有效地提高了鋼筋下料生產(chǎn)效率。

四環(huán)路工程中，采用的是節(jié)段預(yù)制橋梁的工藝，西四環(huán)節(jié)點預(yù)制梁就有2.13萬塊。從預(yù)制梁的加工、生產(chǎn)、運輸、安裝到構(gòu)建跟蹤，對工程質(zhì)量來說都非常重要。以BIM技術(shù)為切入點，建立參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制梁，與梁廠生產(chǎn)工藝相結(jié)合，打通設(shè)計施工環(huán)節(jié)間的信息壁壘，精確指導(dǎo)構(gòu)件生產(chǎn)。

節(jié)段預(yù)制梁精細(xì)化設(shè)計

另一個BIM在橋梁工程中的案例，是BIM技術(shù)在波形鋼腹板組合橋梁中的應(yīng)用。依托公司設(shè)計的3座各具特點的波形鋼腹板組合梁特大橋，率先在國內(nèi)開展了波形鋼腹板組合橋梁的BIM技術(shù)應(yīng)用與研究工作，主要包括參數(shù)化設(shè)計、可視化施工交底、施工工藝模擬、施工進(jìn)度模擬、施工過程信息管理。

波形鋼腹板組合橋梁施工在國內(nèi)的經(jīng)驗不多，為此開展了復(fù)雜節(jié)點施工模擬應(yīng)用，針對復(fù)雜關(guān)鍵節(jié)點做了動態(tài)施工模擬，開展施工交底工作。利用虛擬現(xiàn)實VR漫游與駕駛模擬等操作，使施工人員更加直觀、清晰地掌握項目的施工工藝流程，也使其具備更有利于指導(dǎo)施工的技術(shù)條件。通過可視化交底，提高了施工質(zhì)量，縮短了施工工期。

通過施工進(jìn)度的模擬，直觀展現(xiàn)施工的界面、順序與進(jìn)度情況；準(zhǔn)確預(yù)演施工過程；清晰展示施工工序；完善施工進(jìn)度計劃；優(yōu)化施工流程；有助于多方的溝通與協(xié)調(diào)。

通過軟件的二次開發(fā)，對項目開展施工過程的信息管理。將施工過程中的現(xiàn)場照片、圖紙、文件等資料，與模型的相應(yīng)部件及節(jié)點進(jìn)行關(guān)聯(lián)鏈接，可在BIM模型中隨時查閱各類施工信息，有助于提高施工企業(yè)對項目的管理效率，收到施工方好評。

深圳市市政設(shè)計研究院有限公司（以下簡稱深圳市政院）成立于1984年，隸屬于深圳市地鐵集團(tuán)有限公司，是一家具有市政全行業(yè)、軌道交通、公路工程、建筑工程、城市規(guī)劃、工程勘察綜合、工程咨詢、風(fēng)景園林等甲級設(shè)計資質(zhì)及施工圖審查一類資質(zhì)的國家高新技術(shù)企業(yè)。擁有“國家院士（專家）工作站”“國家級工程實踐教育中心”“國家博士后科研工作站”“交通基礎(chǔ)設(shè)施智能制造技術(shù)交通運輸行業(yè)研發(fā)中心”“廣東省新型橋梁結(jié)構(gòu)工程技術(shù)研究中心”“陳宜言設(shè)計大師工作室”“國際低碳市政基礎(chǔ)設(shè)施研究中心”等多個科研載體。在智慧城市、生態(tài)城市、海綿城市、綜合管廊、有軌電車以及BIM技術(shù)方面都有比較深入的研究。深圳市政院BIM設(shè)計研究院，是公司的一級生產(chǎn)部門，致力于研究和推廣工程BIM技術(shù)解決方案，通過推進(jìn)BIM等信息技術(shù)在工程中的深度應(yīng)用，促進(jìn)工程建設(shè)項目全程信息化，以支撐智慧工程與智慧城市建設(shè)。

任何一個進(jìn)步的產(chǎn)生都有它的需求，BIM是怎么產(chǎn)生的呢？BIM產(chǎn)生無外乎兩條主線，一是解決二維的局限性而衍生出來的三維技術(shù)，另一個是為了解決信息化而提出的建筑信息體系。BIM是一個共享的知識資源，是一個分享有關(guān)這個設(shè)施的信息，為該設(shè)施從建設(shè)到拆除的全生命周期中的所有決策提供可靠依據(jù)的過程。在項目的不同階段、不同利益相關(guān)方，通過在BIM中插入、提取、更新和修改信息，以支持和反映其各自職責(zé)的協(xié)同作業(yè)。

借助中國BIM發(fā)展聯(lián)盟黃強理事長提出的BIM思維層次觀點，實際上這個層次并不是設(shè)計或施工階段人員需要做的事情，但是認(rèn)清這個層次，才能知道每個人自己的需求，才知道自己應(yīng)該怎么去做。在目前這樣一個喧囂喧鬧的BIM推廣環(huán)境中，我們更應(yīng)該思考，我們要用BIM做什么，我們做BIM是為了解決工程的實際問題。

推廣BIM技術(shù)可以帶來哪些機遇和挑戰(zhàn)？機遇即現(xiàn)在軟件的成熟度和法律法規(guī)的建設(shè)，軟件體系可以轉(zhuǎn)到剛才提到的數(shù)據(jù)交換問題、人才培養(yǎng)和全生命周期的管理。機遇也是問題，有問題就存在商機，所以這是一個機遇。伴隨機遇而來的即是挑戰(zhàn)，BIM貫穿設(shè)計施工到建設(shè)管理再到運維整個生命周期，怎么利用BIM實現(xiàn)信息在各個階段的傳遞，就是我們面臨的一個挑戰(zhàn)。