黃俊炫 張守軍

(上海市政工程設(shè)計研究總院(集團)有限公司，上海 200092)

引言

BIM代表著一種新的理念和實踐，是一種創(chuàng)新的建筑設(shè)計、施工和管理方法[1]。在建設(shè)工程領(lǐng)域，通過應(yīng)用BIM技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)工程項目全生命周期各階段、各參與方、各專業(yè)之間的信息交換、共享和協(xié)同工作，實現(xiàn)項目全過程的精細管理，能夠為項目全過程的各類決策提供科學(xué)依據(jù)[2]。但在實際工程實踐中，BIM技術(shù)應(yīng)用還存在諸多障礙和問題，比如施工企業(yè)不能利用上游的模型信息[3]、單階段應(yīng)用BIM技術(shù)的效益不明顯[3]、跨階段應(yīng)用缺乏有效管理集成[4]等， 亟需推行BIM 綜合應(yīng)用模式[4]。

EPC總承包模式與BIM技術(shù)的結(jié)合，即EPC+BIM，正在成為一種常見的BIM綜合應(yīng)用模式。盡管其整體滿意度還有較大提升空間[5]，但利用BIM技術(shù)可以提升企業(yè)EPC項目管理水平[6]，同時總承包模式使得設(shè)計單位與施工單位的目標和利益一體化，有利于消除跨階段模型信息傳導(dǎo)不暢和管理集成的難題。在EPC+BIM綜合應(yīng)用模式下，模型和信息并不是靜態(tài)或一次成型的，而是隨著工程從前期方案到初步設(shè)計、施工圖設(shè)計、施工等各個階段的不斷發(fā)展而逐步演進和集成，最終整合形成一套比較完善的信息模型。

嘉興市三元路新建工程項目就是按照EPC+BIM的漸進集成思想，實施了面向設(shè)計施工全過程的BIM綜合應(yīng)用，結(jié)合BIM軟件的自主研發(fā)和BIM協(xié)同平臺的定制開發(fā)，有效解決了設(shè)計與施工銜接的信息整合難題。

1 三元路BIM應(yīng)用概況

1.1 工程概況

嘉興市三元路新建工程地處城區(qū)北部骨干路網(wǎng)和古運河人文旅游帶，西起建國北路，東至東方路，主線道路全長1.704km，沿線設(shè)有三座中型跨河橋梁，如圖1所示。該工程是嘉興市重點工程項目之一，總投資約2.58億元，2017年11月20日開工，已于2019年9月30日建成通車，總工期約700天。

三元路工程工期緊要求高，采用設(shè)計施工總承包模式，業(yè)主對BIM技術(shù)應(yīng)用非常重視，明確提出需要采用BIM技術(shù)應(yīng)用，并在招標文件中列出了具體要求。

1.2 BIM總體策劃

針對標書要求和工程特點，本項目在實施初期就策劃了完整的BIM應(yīng)用解決方案，明確了應(yīng)用內(nèi)容、流程、標準、組織、計劃及具體應(yīng)用措施等，并按照策劃內(nèi)容組織實施過程管理，順利實現(xiàn)了設(shè)計與施工全過程的BIM綜合應(yīng)用，如表1所示。

圖1 嘉興市三元路新建工程總覽圖

表1 三元路BIM綜合應(yīng)用內(nèi)容

1.3 軟件自研應(yīng)用

如圖2所示，筆者所在單位基于達索平臺自主研發(fā)SMEDI-RDBIM軟件[7]，基于歐特克平臺自主研發(fā)道路軟件RADS和橋梁設(shè)計軟件SMEDI-BDBIM[8]，并使用這些自研軟件進行正向設(shè)計和三維建模，再組合使用其他軟件開展BIM應(yīng)用，并實現(xiàn)了各軟件之間的模型和信息共享。

1.4 協(xié)同平臺定制

本項目BIM應(yīng)用實施的關(guān)鍵是針對項目個性化特點和需求，與上海藍色星球公司合作，在藍色星球BIM協(xié)同平臺V3.0版基礎(chǔ)上定制開發(fā)了三元路BIM協(xié)同平臺，如圖3所示。

藍色星球BIM協(xié)同平臺是基于BIM+GIS開發(fā)的面向工程參建各方的施工項目管理軟件，包含項目總覽、設(shè)計、施工、進度、質(zhì)量、安全、合同、投資、系統(tǒng)等管理功能模塊，支持對各類靜態(tài)或動態(tài)數(shù)據(jù)的錄入和修改，可把BIM軟件創(chuàng)建的模型和信息，按照時間關(guān)系導(dǎo)入5D數(shù)據(jù)庫(3D模型+1D時間+1D內(nèi)容)，實現(xiàn)對模型和信息的統(tǒng)一整合和管理，為設(shè)計階段和施工階段的BIM應(yīng)用提供平臺支持。

由于本項目標書對資料管理、工程量統(tǒng)計、文明施工、以及手機應(yīng)用有特定要求，因此需要進行定制開發(fā)和整合，形成項目級的三元路BIM協(xié)同平臺。該平臺通過集中采購軟硬件設(shè)備，在項目部現(xiàn)場部署1臺服務(wù)器和10個客戶端，支持PC內(nèi)網(wǎng)、外網(wǎng)和手機端的多端協(xié)同使用。

1.5 EPC+BIM綜合應(yīng)用模式

EPC+BIM綜合應(yīng)用模式(見圖4)的核心是WBS任務(wù)分解[9]，即以工作包為基本單位、以BIM構(gòu)件為基礎(chǔ)單元，通過兩者的關(guān)聯(lián)，實施基于BIM協(xié)同平臺的圖檔資料、工程進度、工程量統(tǒng)計、質(zhì)量安全文明等過程管理，按照BIM應(yīng)用內(nèi)容和計劃進行具體任務(wù)分工，落實責(zé)任人和配合人員，最終實現(xiàn)基于BIM的項目精細化管理，達成“保證質(zhì)量，降低成本，提升效益”的目標。

2 BIM模型創(chuàng)建

2.1 構(gòu)件化建模方法

EPC+BIM模式適宜采用設(shè)計施工一體化的構(gòu)件化建模方法，即以構(gòu)件為中心，構(gòu)件是信息共享和工作包關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)單元。該方法要求通過構(gòu)件分級創(chuàng)建和組合形成模型，其中設(shè)計階段構(gòu)件拆分的精細度需要考慮到施工階段的模型應(yīng)用需求。模型構(gòu)件精細度要求達到LOD3.0～4.0，幾何表達精度為G3等級，信息深度為N3等級。

本項目設(shè)計階段先對各專業(yè)工程進行構(gòu)件化拆分建模，施工階段再對部分構(gòu)件進行深化，并補充其他附屬構(gòu)件模型。不同專業(yè)可根據(jù)其專業(yè)特點和需要，使用相應(yīng)BIM軟件進行建模，最終導(dǎo)入到BIM協(xié)同平臺中進行合成。

2.2 分專業(yè)拆分建模

本項目模型按照構(gòu)件分級拆分，形成模型層級結(jié)構(gòu)樹。以橋梁專業(yè)為例，依次逐級展開的節(jié)點順序為“項目→專業(yè)→橋梁→分部→分項→構(gòu)件(版本)”。其中(版本)可缺省，即默認設(shè)計階段版本，如果有施工階段版本則該節(jié)點名稱需添加后綴“(施工)”，并可包含下一級構(gòu)件。

道路、橋梁、排水、交通、電氣、監(jiān)控專業(yè)使用SMEDI-RDBIM軟件進行正向設(shè)計及建模，如圖5所示。道路專業(yè)應(yīng)考慮施工階段的分段、分幅需求進行構(gòu)件拆分，還應(yīng)補充道路建筑限界模型，用于凈空檢查。橋梁專業(yè)應(yīng)按施工階段的分部、分項要求進行構(gòu)件拆分。

圖5 使用SMEDI-RDBIM進行設(shè)計建模

建筑、景觀專業(yè)分別使用Revit、3ds Max進行建模，其中墻、梁、板、柱、燈具、家具、喬木等應(yīng)按構(gòu)件建模，綠化草皮等可把局部路段或區(qū)域合并為構(gòu)件進行建模。

2.3 漸進集成深化

EPC+BIM構(gòu)件化建模方法強調(diào)了按施工階段深度要求拆分形成模型層級結(jié)構(gòu)樹，實際上也是一種“統(tǒng)籌規(guī)劃、分步實施”的建模方法，用于實現(xiàn)模型的漸進集成和深化。

(1)統(tǒng)一編碼：每個構(gòu)件都有唯一的編碼，即包含層級節(jié)點的全名稱，如“三元路項目橋梁專業(yè)穆湖溪橋P05墩樁基3#樁”，導(dǎo)入?yún)f(xié)同平臺后在數(shù)據(jù)庫中也會有唯一的對應(yīng)編號。

(2)漸進集成：模型統(tǒng)一通過IFC文件格式導(dǎo)入?yún)f(xié)同平臺進行共享和集成。三元路BIM協(xié)同平臺支持設(shè)計、施工階段的多批次漸進集成，即對于不同批次中重名節(jié)點進行構(gòu)件替換，不重名節(jié)點則新增構(gòu)件。另外構(gòu)件信息還可通過Excel文件按照節(jié)點名稱匹配方式批量導(dǎo)入，從而實現(xiàn)整個項目模型層級結(jié)構(gòu)樹的增、刪、改、查操作。在不同階段還可按需提取模型層級結(jié)構(gòu)樹中的部分節(jié)點集合進行對應(yīng)的BIM應(yīng)用。

(3)模型深化：EPC+BIM模式的大部分構(gòu)件在設(shè)計階段就達到了施工深度要求，還有少部分構(gòu)件則可通過添加版本，實現(xiàn)跨階段深化。例如，道路路面模型在設(shè)計階段只需進行分段、分幅，但在施工階段還要進一步深化拆分為面層、三渣層、宕渣層，其中深化后的面層節(jié)點全稱例如“三元路項目道路專業(yè)三元路 K0+346.247～435.520路段左幅路面(施工)面層”。施工階段的進度、工程量、質(zhì)量安全文明等信息應(yīng)關(guān)聯(lián)到這些深化拆分后的子節(jié)點上。

3 設(shè)計階段BIM應(yīng)用

3.1 方案展示和驗證

本項目使用傾斜攝影得到周邊環(huán)境模型，可在Infraworks軟件與BIM模型融合，快速進行方案展示，計算場地平整土方量及拆遷影響范圍，檢查橋型與周邊景觀的契合度。

圖6 設(shè)計方案與周邊環(huán)境的融合展示

圖6所示方案整體簡潔樸素，結(jié)構(gòu)輕盈，與當?shù)匚幕c自然景觀融洽，驗證了“水、橋、城融為一體”的設(shè)計理念。

3.2 虛擬現(xiàn)實設(shè)計優(yōu)化

基于BIM多專業(yè)合成模型，結(jié)合虛擬現(xiàn)實(VR)新技術(shù)手段，制作了整個工程項目的交互式漫游場景，對景觀設(shè)計方案進行以下多處優(yōu)化，如圖7所示。

圖7 橋下廣場景觀虛擬現(xiàn)實設(shè)計優(yōu)化

(1)通過沉浸式漫游體驗，驗證了橋下廣場的景觀設(shè)計方案;

(2)根據(jù)虛擬代入體驗結(jié)果，優(yōu)化了部分浮雕、燈光及綠化的細節(jié)設(shè)計;

(3)橋梁下部通過以浮雕、綠化覆蓋、夜景亮化等方式優(yōu)化，弱化了與文物本體的正面沖擊，使之與古運河整體風(fēng)貌相協(xié)調(diào)。

3.3 交通仿真優(yōu)化

利用SMEDI-RDBIM從BIM模型中提取車道信息，通過插件把模型和信息導(dǎo)出到VISSIM交通仿真軟件，開展了多維度交通評價以及方案優(yōu)化設(shè)計[10]，如圖8所示。

圖8 基于BIM的交通仿真設(shè)計優(yōu)化

(1)通過仿真指標反饋，路網(wǎng)中車輛運行狀況良好(平均延誤32.10s，平均速度28.23km/h)，行人交通組織有序;

(2)驗證了雙向4車道設(shè)計方案，符合規(guī)劃定位，與現(xiàn)狀已建段匹配，滿足遠期交通流量需求。

3.4 輔助設(shè)計及復(fù)核

(1)輔助設(shè)計出圖：通過組合使用SMEDI-BDBIM、RADS、BridgeWise以及管立得等軟件，輔助部分道路、橋梁及管線自動化快速出圖，其中SMEDI-BDBIM軟件對橋梁總圖和構(gòu)造圖的出圖率可達到80%左右;

(2)結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化：橋梁專業(yè)在設(shè)計過程利用BIM模型進行結(jié)構(gòu)分析、計算及優(yōu)化;

(3)綜合碰撞檢查：使用Navisworks軟件對路橋及管線模型進行合模和碰撞檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時進行設(shè)計調(diào)整和優(yōu)化;

(4)建筑限界復(fù)核：對道路沿線的建筑限界進行復(fù)核，確保車輛通行凈空;

(5)工程量復(fù)核：橋梁專業(yè)利用BIM模型提取主要構(gòu)件工程量，并與設(shè)計進行對比和復(fù)核。

4 施工階段BIM應(yīng)用

4.1 基于BIM的圖檔資料管理

圖檔資料管理是BIM協(xié)同平臺的基礎(chǔ)模塊，可根據(jù)不同用戶角色進行權(quán)限設(shè)置，用于各類圖紙和文檔等資料的動態(tài)管理。BIM協(xié)同平臺支持下列資料與工作包和BIM構(gòu)件建立關(guān)聯(lián)，便于資料和三維模型的雙向選取和動態(tài)查看。

(1)業(yè)主資料：工程前期、用地、審批、立項、招投標等文件；

(2)項目部資料：工程準備、施工過程、工程竣工等文檔；

(3)設(shè)計圖檔：工程各專業(yè)設(shè)計圖紙及文檔；

(4)監(jiān)理資料：監(jiān)理規(guī)劃、細則、例會、審核等。

4.2 基于BIM的工程進度管理

基于BIM的工程進度管理[11]是協(xié)同平臺最為實用的功能模塊，用于對工作包分解、施工進度計劃及完成情況進行管理，為項目進度優(yōu)化和壓縮工期發(fā)揮重要作用，如圖9所示。BIM協(xié)同平臺支持工作包和BIM構(gòu)件的“多對多”關(guān)聯(lián)，使得進度信息也成為BIM構(gòu)件信息的一部分，實現(xiàn)了進度信息的漸進集成。

圖9 基于BIM的進度管理和偏差分析

(1)施工模擬：模擬項目施工進度安排，檢查進度計劃合理性；

(2)進度跟蹤：動態(tài)跟蹤工作包進展，施工單位錄入實際時間，監(jiān)理單位在線審批；

(3)進度查詢：隨時查詢工作包的進展狀態(tài)；

(4)關(guān)鍵路徑：列出位于關(guān)鍵路徑的重點工作包，進行突出標注；

(5)偏差分析：對計劃進度和實際進度進行對比，列出投資追趕曲線圖，并使用顏色區(qū)分不同BIM構(gòu)件進度偏差。

4.3 基于BIM的工程量統(tǒng)計

工程量統(tǒng)計是BIM協(xié)同平臺中業(yè)主日常最關(guān)注的功能模塊，其中自動化生成的工程量統(tǒng)計是實時動態(tài)的，可作為工作匯報的重要依據(jù)。本項目工程量統(tǒng)計的個性化需求比較多，專門對以下功能進行了定制開發(fā)。

(1)附加工程量信息：可輸入工程量的分類、數(shù)量、以及單價，并與工作包和BIM構(gòu)件逐項進行關(guān)聯(lián)。

(2)分類匯總統(tǒng)計：根據(jù)實際進度數(shù)據(jù)，對已完成工程量進行匯總統(tǒng)計，還可展開查看詳細的子級分類統(tǒng)計。

(3)周報月報統(tǒng)計：選擇指定統(tǒng)計日期區(qū)間，進行周報統(tǒng)計或月報統(tǒng)計。

(4)清單月報報審：在每月月報統(tǒng)計的基礎(chǔ)上，按照工程量清單和業(yè)主指定報審格式，補充和合并各項其他費用，在BIM協(xié)同平臺中進行月報報審流轉(zhuǎn)。

4.4 基于BIM的質(zhì)量安全文明管理

質(zhì)量安全文明管理也是BIM協(xié)同平臺的常用功能模塊，有利于督促落實施工措施，促進現(xiàn)場隱患問題的整改和閉環(huán)，為確保工程無質(zhì)量和安全事故提供有效的動態(tài)管理手段。

(1)內(nèi)業(yè)資料管理：對施工過程質(zhì)量、安全、文明施工的相關(guān)內(nèi)業(yè)資料(施管表、質(zhì)評表、質(zhì)檢表、檢驗批、安全制度、消防管理、安全檢查與驗收、施工機械、綠色施工等)進行統(tǒng)一管理，可與BIM構(gòu)件和工作包關(guān)聯(lián)。

(2)現(xiàn)場隱患管理：及時跟蹤現(xiàn)場質(zhì)量、安全、文明施工等隱患問題，落實責(zé)任人采取整改措施，通過監(jiān)理現(xiàn)場檢查進行閉環(huán)。

5 應(yīng)用效果

本項目是個典型的設(shè)計施工總承包工程，通過EPC+BIM綜合應(yīng)用提升了項目整體管理水平，促成了工程各項管理目標的實現(xiàn)，獲得了以下經(jīng)濟及社會效益。

(1)多：打通嘉興市區(qū)東西向交通動脈，昔日斷頭路，今朝變通途，創(chuàng)造了嘉興市當?shù)氐摹岸鄠€第一”(第一個實施BIM平臺的市政工程、第一個采用EPC模式的市政工程、第一個竣工的百年百項重大工程)和“多方滿意”(政府、建設(shè)方、群眾)。

(2)快：由于市區(qū)建筑動遷、運河通航審批等因素，開工儀式后工程延遲了近半年才全面施工。但是后期通過設(shè)計、施工和BIM綜合優(yōu)化，最終按期實現(xiàn)了通車，縮短實際工期近200天。

(3)好：無質(zhì)量和安全事故，保質(zhì)保量完成了工程內(nèi)容，達成浙江省安全文明標化工地，并已申報“錢江杯優(yōu)質(zhì)工程獎”。

(4)?。涸谠O(shè)計階段，通過BIM技術(shù)進行綜合協(xié)調(diào)優(yōu)化，降低工程總投資，相對同類工程節(jié)省總投資約10%。在施工階段，通過BIM平臺進行綜合管控，提高效率降低成本。

6 總結(jié)

嘉興市三元路新建工程采用ECP+BIM綜合應(yīng)用模式，通過以下四個方面BIM應(yīng)用亮點，實現(xiàn)了BIM模型和信息的漸進集成和有效應(yīng)用，可供其他EPC工程項目參考借鑒。

(1)應(yīng)用自研BIM軟件：基于自研軟件進行正向設(shè)計和建模，滿足精細化建模和設(shè)計出圖要求。

(2)定制項目級協(xié)同平臺：深度定制開發(fā)BIM協(xié)同平臺，以工作包和BIM構(gòu)件關(guān)聯(lián)為核心，實現(xiàn)進度、質(zhì)量、安全、文明施工以及資料等信息關(guān)聯(lián)和協(xié)同管理，解決項目信息集成難題。

(3)跨越設(shè)計、施工階段：通過可視化，及時展示工程進展； 通過協(xié)調(diào)檢查，減少變更和返工量； 通過仿真模擬，驗證設(shè)計施工方案； 通過優(yōu)化復(fù)核，為設(shè)計施工提質(zhì)增效； 通過輔助出圖，提高設(shè)計效率和質(zhì)量。

(4)融合BIM與其他新技術(shù)：利用傾斜攝影與BIM技術(shù)將周邊環(huán)境與工程方案融合和展示； 利用虛擬現(xiàn)實的代入式體驗優(yōu)化設(shè)計細節(jié)，為工程項目匯報提供新手段。