高文堃

（上海市地下空間設(shè)計(jì)研究總院有限公司,上海市 200020）

北橫通道工程BIM技術(shù)研究應(yīng)用概述

高文堃

（上海市地下空間設(shè)計(jì)研究總院有限公司,上海市 200020）

北橫通道新建工程是上海市2015年BIM應(yīng)用試點(diǎn)項(xiàng)目之一,也是上海市首個(gè)全線全覆蓋應(yīng)用BIM技術(shù)的特大型城市道路工程?；诒睓M通道新建工程特點(diǎn),編制涵蓋道路、橋梁、隧道、下立交多工程類型的BIM交付標(biāo)準(zhǔn)和行為標(biāo)準(zhǔn)；結(jié)合北橫通道新建工程特點(diǎn),立足技術(shù)創(chuàng)新,進(jìn)行設(shè)計(jì)方案比選、虛擬建設(shè)、工程漫游、施工工藝模擬等BIM應(yīng)用,并研發(fā)了“特大型城市道路工程基于BIM全生命周期協(xié)同管理平臺(tái)”。其研究成果將提高北橫通道新建工程建設(shè)效率,提高管理水平,節(jié)省資源。

BIM；北橫通道新建工程；BIM標(biāo)準(zhǔn)；協(xié)同管理平臺(tái)

0 引言

建筑信息模型（Building Information Modeling, BIM）是以建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ),建立起三維的建筑模型,通過數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實(shí)信息。它具有信息完備性、信息關(guān)聯(lián)性、信息一致性、可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性八大特點(diǎn)。從1975年美國佐治亞理工大學(xué)的Chuck Eastman教授提出建筑物計(jì)算機(jī)模擬系統(tǒng)（Building Description System, BDS）的概念,到2002年BIM的概念被第一次提出,之后BIM技術(shù)的理念開始迅速發(fā)展。我國2003年引入BIM概念,國家先后出臺(tái)多項(xiàng)推進(jìn)政策, 2016年8月住建部發(fā)布《2016-2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》[1]中明確指出“全面提高建筑業(yè)信息化,增強(qiáng)BIM、大數(shù)據(jù)、智能化、移動(dòng)通訊、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)集成應(yīng)用能力,建筑業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化取得突破性進(jìn)展,初步建成一體化行業(yè)監(jiān)管和服務(wù)平臺(tái)”。2017年2月,國務(wù)院發(fā)布《關(guān)于促進(jìn)建筑業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的意見》[2]中提到“加快推進(jìn)建筑信息模型（BIM）技術(shù)在規(guī)劃、勘察、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營維護(hù)全過程的集成應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)項(xiàng)目全生命周期數(shù)據(jù)共享和信息化管理,為項(xiàng)目方案優(yōu)化和科學(xué)決策提供依據(jù),促進(jìn)建筑業(yè)提質(zhì)增效”。上海市也在2016年推出了6本BIM標(biāo)準(zhǔn)。

BIM技術(shù)多用于地面建筑,市政工程中BIM技術(shù)應(yīng)用起步較晚,目前尚處于初步應(yīng)用階段。北橫通道新建工程作為上海市乃至國內(nèi)首屈一指的頭號(hào)特大型城市道路工程,也是第一個(gè)采用“業(yè)主主導(dǎo),專業(yè)BIM咨詢、各方參與”模式的市政工程項(xiàng)目。本文研究在這種模式下采用BIM技術(shù)對(duì)工程質(zhì)量、進(jìn)度、安全和投資等方面的輔助管理的具體應(yīng)用,編制BIM實(shí)施系列標(biāo)準(zhǔn),開發(fā)基于BIM與GIS技術(shù)的協(xié)同管理平臺(tái)。

1 工程概況

1.1 工程概況

上海市北橫通道是中心城區(qū)北部東西向小客車專用通道,服務(wù)北部重點(diǎn)地區(qū)的中長距離到發(fā)交通,是三橫北線的擴(kuò)容和補(bǔ)充。北橫通道西起北虹路,東至內(nèi)江路,貫穿上海中心城區(qū)北部區(qū)域,全線經(jīng)長寧路—光復(fù)西路—蘇州河—余姚路—新會(huì)路—天目西路—天目中路—海寧路—周家嘴路,向西銜接北翟快速路,向東接周家嘴路越江隧道,全長約19.1 km,是國內(nèi)目前規(guī)模最大的以地下道路為主體的城市主干路。全線工程涉及盾構(gòu)法隧道、高架道路、立交改造、道路下立交、地面道路改擴(kuò)建等內(nèi)容。

1.2 工程特點(diǎn)與難點(diǎn)

北橫通道新建工程（下文簡稱“北橫工程”）具有投資大、線路長、影響范圍廣、工期緊的工程特點(diǎn)。北橫工程沿線的建構(gòu)筑物復(fù)雜且經(jīng)過多個(gè)中心區(qū)域,沿線主要相關(guān)控制建筑共計(jì)85處,交通流量大,離居民區(qū)近,因此對(duì)設(shè)計(jì)、施工以及環(huán)境保護(hù)都提出了較高要求。北橫工程建設(shè)參與方眾多,包括勘察、設(shè)計(jì)、施工、供應(yīng)商、監(jiān)理、第三方監(jiān)測檢測等,同時(shí)工程需與交通、消防、公安、市政管線公司、軌道交通等多家相關(guān)單位進(jìn)行溝通,工程信息總量龐大、交互需求緊迫,現(xiàn)有的建設(shè)管理模式難以滿足北橫工程的管理需要,因此,亟待尋求適合北橫工程建設(shè)信息化管理模式。

1.3 研究目標(biāo)和研究內(nèi)容

實(shí)現(xiàn)北橫工程全生命期、各參與方的BIM應(yīng)用,充分發(fā)揮BIM應(yīng)用價(jià)值,有效控制和協(xié)助管理工程建設(shè)的質(zhì)量、進(jìn)度、安全和投資控制,提升北橫工程的精細(xì)化管理水平,提高工程管理和決策效率,減少返工浪費(fèi),保證工期,提高工程質(zhì)量和投資效益。

建立一套基于BIM技術(shù)的協(xié)同管理機(jī)制、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、BIM實(shí)施標(biāo)準(zhǔn),形成一套市政工程建設(shè)可復(fù)制、可推廣的成套BIM應(yīng)用和信息管理體系,為后續(xù)類似的大型市政工程推進(jìn)BIM技術(shù)應(yīng)用提供示范基礎(chǔ)。

2 特大型城市道路工程BIM實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)

北橫工程BIM實(shí)施系列標(biāo)準(zhǔn)總體框架是以清華大學(xué)（CBIMS）標(biāo)準(zhǔn)框架為參考依據(jù),分為應(yīng)用需求層、核心層、約束層（見圖1）。核心層以交付標(biāo)準(zhǔn)為中心,行為標(biāo)準(zhǔn)和資源標(biāo)準(zhǔn)控制、規(guī)范各參與方建模過程。BIM應(yīng)用實(shí)施導(dǎo)則為各參與方提供各應(yīng)用點(diǎn)操作說明和流程。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)框架示意圖

2.1 BIM交付標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)北橫工程工程類型,BIM交付標(biāo)準(zhǔn)分為橋梁篇和隧道篇,針對(duì)不同工程類型特點(diǎn),編制交付標(biāo)準(zhǔn),以保證在各自工程類型中BIM模型信息的準(zhǔn)確性和完整性。交付標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容包括模型范圍、專業(yè)分類、幾何信息、非幾何信息、信息深度等級(jí)以及交付要求等。

橋梁篇專業(yè)分為:景觀、道路、橋梁、排水、照明、監(jiān)控。

隧道篇專業(yè)分為:環(huán)境、道路、建筑結(jié)構(gòu)、通風(fēng)、給排水及消防、供電、照明、監(jiān)控。

幾何信息主要包括模型中構(gòu)件空間位置信息、尺寸。非幾何信息包括設(shè)計(jì)參數(shù)、施工信息參數(shù)、設(shè)備參數(shù)、運(yùn)維信息和其他信息。

模型深度等級(jí)是參照美國建筑師協(xié)會(huì)（AIA）2008年文檔E202中定義的LOD的概念。同時(shí)為了給未來可能會(huì)插入等級(jí)預(yù)留空間,定義LOD為100到500五個(gè)等級(jí)。

2.2 BIM行為標(biāo)準(zhǔn)

BIM行為標(biāo)準(zhǔn)是指導(dǎo)模型創(chuàng)建和協(xié)同工作的標(biāo)準(zhǔn),內(nèi)容包括:模型交互應(yīng)用流程、協(xié)同設(shè)計(jì)原則、模型創(chuàng)建要求、命名規(guī)則（規(guī)定項(xiàng)目文件夾、模型文件、構(gòu)件等命名要求）、建筑結(jié)構(gòu)扣減規(guī)則,并提供視圖模板、構(gòu)件顏色規(guī)定。BIM行為標(biāo)準(zhǔn)與交付標(biāo)準(zhǔn)之間存在一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系,如圖2所示。

圖2 行為標(biāo)準(zhǔn)與交付標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)關(guān)系

3 設(shè)計(jì)施工過程BIM技術(shù)應(yīng)用

3.1 設(shè)計(jì)階段BIM技術(shù)應(yīng)用

在設(shè)計(jì)階段,借助BIM技術(shù)三維可視化特點(diǎn),建立三維模型直觀表達(dá)設(shè)計(jì)意圖。如在北虹路立交水上派出所選址的方案比選過程中,BIM技術(shù)發(fā)揮了這一特長,在三維環(huán)境中清晰展示兩個(gè)方案的利弊,輔助決策。同樣,在天目路立交公示階段,運(yùn)用BIM模型與周邊受影響小區(qū)街道及居民代表進(jìn)行溝通,與傳統(tǒng)的二維圖紙相比,使居民代表更方便更全面地理解工程,做到了工程的公開透明,使居民更好地理解工程竣工狀態(tài),有助于解決群眾訴求。除此之外,BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)階段的運(yùn)用可以輔助設(shè)計(jì)師審查設(shè)計(jì)的合理性,并且BIM三維模型的信息表達(dá)要更全于二維圖紙的表達(dá),有利于規(guī)避設(shè)計(jì)過程中人為出現(xiàn)的失誤,使得設(shè)計(jì)方案更加完善。

（1）優(yōu)化規(guī)劃方案,降低對(duì)環(huán)境的干擾。

北虹路立交新建工程與原有立交、建筑、交通、管線、駁岸相互交織,空間復(fù)雜。運(yùn)用BIM技術(shù),優(yōu)化匝道與新建地塊方案,解決主線占小區(qū)綠化、人行道的問題,如圖3所示,發(fā)現(xiàn)承臺(tái)與市政管線沖突21處,使工程對(duì)現(xiàn)狀環(huán)境的影響降至最低。

圖3 設(shè)計(jì)方案優(yōu)化

（2）解決凈空控制難題,提高溝通效率。

天目路立交新建大跨度大縱坡橋梁,上跨既有高架,實(shí)現(xiàn)北橫與南北高架的連接,在立交環(huán)島區(qū)呈空間四層交錯(cuò)分布,且局部采用大尺寸門墩,加之既有高架建成數(shù)年后已有一定沉降,使得橋梁設(shè)計(jì)中凈空控制存在很大難度。在本節(jié)點(diǎn)中,通過對(duì)現(xiàn)狀高架進(jìn)行建模,并加入沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行模型修正,再整合新建立交模型形成精準(zhǔn)的BIM模型,協(xié)助設(shè)計(jì)核對(duì)立交區(qū)內(nèi)設(shè)計(jì)方案的凈高,避免設(shè)計(jì)中可能存在的數(shù)據(jù)缺失造成方案缺陷,保證設(shè)計(jì)質(zhì)量,提高設(shè)計(jì)品質(zhì)。

3.2 施工階段BIM技術(shù)應(yīng)用

在施工階段,借助BIM技術(shù)的可模擬性,未建先試模擬施工過程,提前發(fā)現(xiàn)問題,減少不必要的返工。如在明挖過蘇州河段,施工的場地條件十分苛刻,運(yùn)用BIM技術(shù)對(duì)工程就復(fù)雜節(jié)點(diǎn)進(jìn)行4D施工模擬,檢查工序碰撞,優(yōu)化流水作業(yè)排布,深化施工方案和細(xì)化進(jìn)度計(jì)劃,降低了施工風(fēng)險(xiǎn),確保了施工進(jìn)度和安全。同樣,江浦路新建下立交施工區(qū)域狹長,管線復(fù)雜,用地范圍狹窄,利用BIM技術(shù)中二、三維聯(lián)動(dòng)及參數(shù)驅(qū)動(dòng)的特性,分段布置、調(diào)整管線位置,直接生成規(guī)劃斷面圖,既快速又精確,同時(shí)避免了管線碰撞。

在盾構(gòu)穿越影響建筑的應(yīng)用中,將風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)、一般影響建筑、計(jì)劃拆除建筑和非影響建筑四類建筑物區(qū)分為紅、黃、白和透明色,同時(shí)將建筑名稱標(biāo)注用編程的方式自動(dòng)標(biāo)注在建筑物上并區(qū)分顏色。對(duì)關(guān)注區(qū)域直接定位,在漫游時(shí)準(zhǔn)確知道所處位置,解決二維三維聯(lián)動(dòng)和局部總體顯示問題。調(diào)節(jié)地表透明度,既真實(shí)反映周邊環(huán)境又可以顯示地面以下結(jié)構(gòu)物情況,免去切換地形的麻煩,實(shí)時(shí)斷面剖切（見圖4）,可以在關(guān)注的部位進(jìn)行細(xì)致分析,提升了地下工程方案溝通效果和設(shè)計(jì)的精細(xì)度。

圖4 盾構(gòu)穿越影響建筑

4 特大型城市道路工程基于BIM全生命周期協(xié)同管理平臺(tái)

在工程建設(shè)管理中,BIM技術(shù)的信息集成性為提升工程精細(xì)化管理提供了基礎(chǔ)。北橫通道是上海市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中第一個(gè)采用“業(yè)主主導(dǎo)、專業(yè)咨詢、各方應(yīng)用”BIM應(yīng)用模式的工程,業(yè)主和咨詢單位建立了一系列BIM標(biāo)準(zhǔn)和管理制度,并且北橫通道工程自主研發(fā)了基于網(wǎng)頁的BIM協(xié)同管理平臺(tái),攻克了多軟件模型融合、大體量模型輕量化展示等關(guān)鍵技術(shù),為各方數(shù)據(jù)傳遞、交換、協(xié)同應(yīng)用提供了基準(zhǔn)和保障。

4.1 平臺(tái)建設(shè)目標(biāo)

以北橫通道工程建設(shè)為背景,將BIM技術(shù)應(yīng)用貫穿設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)維全階段,結(jié)合GIS、web等技術(shù)搭建一個(gè)大型市政工程全生命周期協(xié)同管理平臺(tái),實(shí)現(xiàn)信息集成、共享、更新和管理,保證信息的一致性,實(shí)現(xiàn)各參與方的協(xié)同交流、信息共享,實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的動(dòng)態(tài)控制,為管理和決策提供幫助,提升工程設(shè)計(jì)、施工的管理水平,減少返工浪費(fèi),縮短工期,提高工程質(zhì)量和投資效益。

以構(gòu)建“特大型城市道路工程基于BIM全生命周期協(xié)同管理平臺(tái)”為核心,建立工程參建各方的信息網(wǎng)絡(luò)和信息流動(dòng)機(jī)制,結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)、BIM技術(shù)、數(shù)據(jù)分析技術(shù),通過基于BIM的中心數(shù)據(jù)庫建設(shè)及工程協(xié)同管理技術(shù)的研究,形成一套可在工程建設(shè)行業(yè)內(nèi)復(fù)制推廣的成套信息技術(shù)體系。

4.2 平臺(tái)的功能架構(gòu)

以GIS和BIM三維空間模型為載體,將工程全生命周期的過程信息整合在一起,通過信息傳遞和交換平臺(tái),打破工程中不同階段、不同專業(yè)、不同角色之間的信息溝通壁壘,實(shí)現(xiàn)信息的準(zhǔn)確傳遞,并以此為基礎(chǔ),建立工程協(xié)同管理平臺(tái),圍繞規(guī)劃期、設(shè)計(jì)期、施工期、運(yùn)維期的核心管理目標(biāo),使管理人員能夠通過快速、形象、便捷的信息入口,進(jìn)行工程全生命周期協(xié)同和智慧管理,改變市政行業(yè)傳統(tǒng)管理和運(yùn)營模式,提升市政工程的質(zhì)量和效益。圖5為平臺(tái)整體功能架構(gòu)。

圖5 平臺(tái)整體功能架構(gòu)

平臺(tái)采用分層分塊技術(shù)、數(shù)據(jù)自動(dòng)優(yōu)化技術(shù)、LOD技術(shù),實(shí)現(xiàn)大體量BIM模型數(shù)據(jù)的在線高速展現(xiàn)；建立了設(shè)計(jì)各方之間、設(shè)計(jì)方與施工方之間的聯(lián)系；對(duì)施工過程進(jìn)行進(jìn)度、質(zhì)量、投資和安全的全過程管理,使得各參與方不僅能夠全面了解施工狀態(tài),而且能夠系統(tǒng)提升施工管理能力；平臺(tái)采用權(quán)限管理考慮數(shù)據(jù)安全以及知識(shí)產(chǎn)權(quán)維護(hù)等方面需求。

5 結(jié)語

北橫通道新建工程是國內(nèi)首屈一指的特大型城市道路工程,全線全過程應(yīng)用BIM技術(shù),是首個(gè)在市政領(lǐng)域采用“業(yè)主主導(dǎo)、BIM專業(yè)咨詢、各方參與”模式的工程。本文結(jié)合北橫工程特點(diǎn),研究編制了BIM實(shí)施系列標(biāo)準(zhǔn),并在北橫工程中取得了良好的應(yīng)用效果。根據(jù)北橫工程進(jìn)展情況,進(jìn)行了多項(xiàng)BIM應(yīng)用點(diǎn)的實(shí)施,自主研發(fā)了“特大型城市道路工程基于BIM全生命周期協(xié)同管理平臺(tái)”,提升北橫工程精細(xì)化管理水平,平臺(tái)將在北橫工程持續(xù)應(yīng)用。

[1]住房城鄉(xiāng)建筑部.2016-2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要 [Z].北京:住房城鄉(xiāng)建筑部,2016.

[2]國務(wù)院辦公廳.關(guān)于促進(jìn)建筑業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的意見（國辦發(fā)[2017]19號(hào)）[Z].北京:國務(wù)院辦公廳,2017.

廣東省揭惠高速惠來段主線全部貫通

廣東省揭惠高速公路惠來段全線建設(shè)進(jìn)展順利,目前已投入資金約9.85億元,主線已全部貫通,預(yù)計(jì)今年9月份完成瀝青路面鋪設(shè),今年年底將通車。

揭惠高速公路項(xiàng)目是落實(shí)廣東省委、省政府《關(guān)于促進(jìn)粵東地區(qū)實(shí)現(xiàn)“五年大變化”的指導(dǎo)意見》精神的重大項(xiàng)目,是省網(wǎng)二橫、四橫和五橫線的聯(lián)絡(luò)線,是縱貫揭陽和汕頭兩市南北向的重要通道。該項(xiàng)目路線走向起于榕城區(qū)仙橋街道(接省道234線),經(jīng)普寧南徑鎮(zhèn),汕頭市潮南區(qū)司馬浦鎮(zhèn)、雷嶺鎮(zhèn),惠來縣華湖鎮(zhèn)、神泉鎮(zhèn),止于惠來縣前詹鎮(zhèn)(接規(guī)劃的惠來沿海一級(jí)公路),全長71.8 km。其中:主線長約63.3 km,采用雙向4車道、時(shí)速100 km/h的高速公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì);榕城區(qū)內(nèi)的連接線8.5 km,采用設(shè)計(jì)時(shí)速80 km/h、雙向4車道一級(jí)公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。項(xiàng)目估算總投資86.5億元。

揭惠高速公路惠來段起于惠來縣華湖鎮(zhèn)堡內(nèi)村,經(jīng)神泉鎮(zhèn)前湖村,止于前詹鎮(zhèn)新陂村,路線長11.7 km,沿線涉及華湖、神泉、前詹3鎮(zhèn)15個(gè)自然村,估算總投資13.92億元,設(shè)置有華湖互通立交和美園樞紐互通立交。華湖互通立交主要與原省道337線連接,設(shè)有華湖收費(fèi)站一個(gè),是惠來縣的主要出入口;美園樞紐互通立交則為揭惠高速與深汕高速提供連續(xù)、快速的交通轉(zhuǎn)換。目前,該項(xiàng)目已投入資金約9.85億元,主線已全部貫通,路基工程已基本完成,路面工程已完成主線水穩(wěn)墊層及兩層底層鋪設(shè),兩處立交全部匝道、橋梁路基工程已完成,預(yù)計(jì)今年9月份完成瀝青路面鋪設(shè),今年年底將通車。

該項(xiàng)目貫通南部沿海臨港經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)帶,建成后將有效串聯(lián)沿線東西向公路,進(jìn)一步縮短揭陽市區(qū)至惠來縣的距離,進(jìn)一步提高潮汕地區(qū)的通達(dá)程度,對(duì)促進(jìn)區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展和粵東一體化具有重要意義。

U41；TP31

B

1009-7716（2017）07-0035-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.07.010

2017-03-16

高文堃（1990-）,女,寧夏石嘴山人,助理工程師,從事BIM研究工作。