周 旭 (安徽建工集團(tuán)股份有限公司建筑設(shè)計(jì)研究院 安徽 合肥 230031)

引言

住建部印發(fā)的《“十四五”住房和城鄉(xiāng)建設(shè)科技發(fā)展規(guī)劃》提出,“十四五”期間,研究基于BIM 的跨建設(shè)階段管理流程和數(shù)據(jù)融合標(biāo)準(zhǔn),研發(fā)貫通工程建設(shè)全過程的數(shù)字化管理平臺(tái),推進(jìn)BIM 技術(shù)在勘察、設(shè)計(jì)、制造、施工、運(yùn)維全生命周期的集成與深入應(yīng)用。近年來,在國(guó)家及省市各級(jí)主管部門相關(guān)政策指導(dǎo)和推動(dòng)下,建筑信息模型(BIM)成為工程建設(shè)領(lǐng)域數(shù)字化轉(zhuǎn)型的推動(dòng)力,越來越多的工程建設(shè)項(xiàng)目開始應(yīng)用BIM 技術(shù),在縮短工程周期、降低工程成本和質(zhì)量起到了促進(jìn)作用,提高了工程建設(shè)領(lǐng)域信息化應(yīng)用水平,促進(jìn)了建筑行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。在市政道路設(shè)計(jì)中,BIM 技術(shù)的使用已經(jīng)越來越成熟,從市政道路的初步設(shè)計(jì)到后期的施工圖紙的設(shè)計(jì),均能夠看見BIM 技術(shù)的身影。

1 BIM 技術(shù)概述

1.1 BIM 的定義

BIM 是英文“Building Information Modeling”的縮寫,即建筑信息模型。BIM 是一個(gè)設(shè)施(工程項(xiàng)目)實(shí)體和功能特性的數(shù)字表達(dá),也是一個(gè)共享的知識(shí)資源,同時(shí)是分享有關(guān)這個(gè)設(shè)施的信息,為該設(shè)施從概念到拆除的全生命期中的所有決策提供可靠依據(jù)的過程。在項(xiàng)目不同階段,不同利害關(guān)系人通過在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)。

BIM 是一個(gè)完善的信息模型,能夠連接建筑項(xiàng)目生命期不同階段的數(shù)據(jù)、過程和資源,是對(duì)工程對(duì)象的完整描述,可被建設(shè)項(xiàng)目各參與方普遍使用。BIM 具有單一工程數(shù)據(jù)源,可解決分布式、異構(gòu)工程數(shù)據(jù)之間的一致性和全局共享問題,支持建設(shè)項(xiàng)目生命期中動(dòng)態(tài)的工程信息創(chuàng)建、管理和共享。建筑信息模型同時(shí)又是一種應(yīng)用于設(shè)計(jì)、建造、管理的數(shù)字化方法,這種方法支持建筑工程的集成管理環(huán)境,可以使建筑工程在其整個(gè)進(jìn)程中顯著提高效率和大量減少風(fēng)險(xiǎn)。

1.2 特點(diǎn)與作用

BIM 最直觀的特點(diǎn)是三維可視化應(yīng)用于項(xiàng)目全生命期,重點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)在于優(yōu)化設(shè)計(jì)減少后期變更,精確指導(dǎo)施工,實(shí)施高效運(yùn)維管理。

對(duì)于設(shè)計(jì)企業(yè)采用BIM 具有如下優(yōu)勢(shì):基于帶有屬性信息的參數(shù)化三維協(xié)同設(shè)計(jì),促進(jìn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的重復(fù)使用;實(shí)際情景可視化模擬、預(yù)演;設(shè)計(jì)分析和碰撞檢測(cè)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化,最大程度減少設(shè)計(jì)變更,快速精確預(yù)測(cè)工程成本。通過高質(zhì)量的設(shè)計(jì)交付,可以直接和間接的控制施工安裝,直至最后竣工建筑的質(zhì)量。這會(huì)為業(yè)主帶來實(shí)質(zhì)的好處。同時(shí)提高設(shè)計(jì)企業(yè)的品牌價(jià)值和口碑。

2 實(shí)施BIM 前準(zhǔn)備工作

2.1 信息模型分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)

城市道路工程信息模型中的信息,包括城市道路工程全生命期涉及到的所有活動(dòng)、對(duì)象及相關(guān)信息,一般可分為建設(shè)成果、建設(shè)進(jìn)程、建設(shè)資源、建設(shè)屬性。其中建設(shè)成果一般包括:建筑物、空間、元素、工作成果;建設(shè)進(jìn)程包括:工程建設(shè)項(xiàng)目階段、行為、專業(yè)領(lǐng)域;建設(shè)資源包括:建筑產(chǎn)品、組織角色、工具、信息;建設(shè)屬性包括:材質(zhì)、屬性、地理信息。

城市道路工程信息模型分類編碼的核心功能在于實(shí)現(xiàn)城市道路工程信息的分類、檢索、信息傳遞,這依賴信息技術(shù)(主要是關(guān)系型或面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)),運(yùn)用該技術(shù)通過算法提取信息并生成報(bào)告,實(shí)現(xiàn)比文件存儲(chǔ)管理更加靈活、強(qiáng)大的信息管理方式。

2.2 BIM 模型精細(xì)度LOD標(biāo)準(zhǔn)

工程建設(shè)項(xiàng)目是隨著規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)各個(gè)階段逐步發(fā)展和完善的,從信息積累的角度觀察,項(xiàng)目的建設(shè)過程就是項(xiàng)目信息從宏觀到微觀、從近似到精確、從模糊到具體的創(chuàng)建、收集和發(fā)展過程。

BIM 技術(shù)在項(xiàng)目實(shí)際應(yīng)用過程中,首先要根據(jù)項(xiàng)目在不同階段的目標(biāo)和任務(wù),確定BIM 建模的精細(xì)度,也就是說需要將BIM 精細(xì)化程度進(jìn)行分類。LOD(Level of Details)是模型的精細(xì)化程度,也稱為L(zhǎng)evel of Development,是描述一個(gè)BIM 模型構(gòu)件單元從最低級(jí)的近似概念化程度發(fā)展到最高級(jí)的精細(xì)化程度。

以道路路面為例,參照各等級(jí)模型精細(xì)度對(duì)應(yīng)的描述如下:LOD100級(jí)滿足二維化識(shí)別需求的幾何表達(dá)精度。在幾何上應(yīng)建立可體現(xiàn)基本外輪廓、位置和方向等信息的三維模型;LOD200級(jí)滿足方案及初步設(shè)計(jì)需求的幾何表達(dá)精度。在幾何上表達(dá)工程對(duì)象的整體與重要局部的尺寸、形狀、位置和方向等主要外觀的幾何特性。如在LOD100級(jí) 的基礎(chǔ)上,對(duì)道路路面的結(jié)構(gòu)層、路肩等構(gòu)件進(jìn)行建模,體現(xiàn)道路路面的基本結(jié)構(gòu);LOD300級(jí)滿足施工圖設(shè)計(jì)中需體現(xiàn)的幾何表達(dá)精度。在幾何上準(zhǔn)確表達(dá)構(gòu)件的主要組成部分,精確尺寸與位置。如在LOD200的基礎(chǔ)上,增加道路路面橫坡、超高等信息。

2.3 現(xiàn)狀基礎(chǔ)模型的構(gòu)建

現(xiàn)狀基礎(chǔ)模型一般包含場(chǎng)地的位置、氣候、地形地貌和地質(zhì)等要素。與傳統(tǒng)的二維或者獨(dú)立的信息不同,BIM 技術(shù)通過與GIS(地理信息系統(tǒng))的結(jié)合,通過數(shù)據(jù)交換獲得GIS中的信息,結(jié)合高分辨率影像地形,無人機(jī)實(shí)景三維模型,激光點(diǎn)云等空間數(shù)據(jù),和紅線,地質(zhì),自然保護(hù)區(qū),行政區(qū)劃,國(guó)土空間規(guī)劃,耕地保護(hù)矢量數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù),三維展示路基,橋梁,隧道,互通等全項(xiàng)目、全專業(yè)BIM 模型信息,將多種來源,各種專業(yè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行高效整合。構(gòu)建城市道路項(xiàng)目的現(xiàn)狀基礎(chǔ)模型(三維地理信息模型)。實(shí)現(xiàn)地理信息與城市道路信息的互通,讓設(shè)計(jì)人員能非常直觀地了解工程的情況,滿足項(xiàng)目設(shè)計(jì)的需要。

隨著無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的發(fā)展及相對(duì)成熟,通過傾斜攝影獲取項(xiàng)目所在區(qū)域的三維實(shí)景模型,構(gòu)建出場(chǎng)地現(xiàn)狀三維基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模型,可以客觀的對(duì)地理信息進(jìn)行精準(zhǔn)反饋,直觀地反映出場(chǎng)地內(nèi)現(xiàn)狀地形,可以作為BIM 設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息。在項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段,可以基于實(shí)景模型對(duì)道路平縱橫進(jìn)行設(shè)計(jì),相比傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)方法,更有利于驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的合理性,衡量方案與現(xiàn)狀的匹配程度。其不僅可應(yīng)用于道路設(shè)計(jì)的前期方案階段,同時(shí)在道路應(yīng)急項(xiàng)目及成果展示上具有極大的優(yōu)勢(shì)。

3 BIM 設(shè)計(jì)的一般流程

3.1 BIM 設(shè)計(jì)軟件簡(jiǎn)介

現(xiàn)在國(guó)際上主流的BIM 軟件廠商有三家,Autodesk、Bentley、Dassault。Autodesk公司的Civil3D 可以完成道路設(shè)計(jì),Civil3D是基于AutoCAD軟件開發(fā)的,這也導(dǎo)致其三維能力較差,對(duì)于復(fù)雜橋梁和構(gòu)件,還可將Civil3D數(shù)據(jù)導(dǎo)入其公司產(chǎn)品Revit中實(shí)施。Bentley公司的產(chǎn)品中,Open-Roads 是可實(shí)現(xiàn)對(duì)道路、橋梁、隧道、排水等基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)的專業(yè)BIM 軟件,適用于項(xiàng)目的整個(gè)生命周期。Dassault公司目前還沒有針對(duì)市政道路工程開發(fā)專用的BIM 軟件,只有一個(gè)大平臺(tái)catia,其軟件構(gòu)件參數(shù)化能力很強(qiáng),在制造業(yè)應(yīng)用較廣。針對(duì)市政道路設(shè)計(jì),傳統(tǒng)的道路設(shè)計(jì)軟件如鴻業(yè)、緯地、EICAD、DICAD、海地、CARD1等也都針對(duì)BIM需求進(jìn)行了相應(yīng)的升級(jí),增加了相應(yīng)的三維設(shè)計(jì)功能,也促進(jìn)了市政道路行業(yè)BIM 正向設(shè)計(jì)的發(fā)展。

3.2 道路BIM 建模

以路易BIM 道路設(shè)計(jì)系統(tǒng)為例,軟件完整地包含了市政道路設(shè)計(jì)的各個(gè)階段,能夠較好地完成地形處理、線形設(shè)計(jì)、平面設(shè)計(jì)、縱斷面設(shè)計(jì)、橫斷面設(shè)計(jì)、邊坡設(shè)計(jì)、交叉口設(shè)計(jì)、立交設(shè)計(jì)、工程量統(tǒng)計(jì)、方案分析、跨平臺(tái)多專業(yè)合模、飛行漫游及數(shù)據(jù)導(dǎo)出二次渲染等。通過BIM 正向設(shè)計(jì)、快速建模工作,可快速生成三維方案。采用路易建立三維道路模型,一般流程由地形識(shí)別、路線設(shè)計(jì)、縱斷設(shè)計(jì)、橫斷設(shè)計(jì)、生成道路、道路編輯幾步完成。

3.2.1 地形識(shí)別

除了利用測(cè)量地形圖、測(cè)量數(shù)據(jù)文件、橫斷測(cè)量文件等以外,路易還可利用內(nèi)置聯(lián)機(jī)地圖功能,便捷下載獲取各地高程、建筑物及衛(wèi)圖數(shù)據(jù),生成地形曲面。

如采用DWG文件生成地形曲面,需先將地形圖導(dǎo)入,然后依據(jù)等高線和高程點(diǎn)生成地形文件,通過消除錯(cuò)誤數(shù)據(jù)和劣質(zhì)三角形后,生成出正確的地形曲面。

3.2.2 路線設(shè)計(jì)

對(duì)于規(guī)劃給定的道路中線,路易支持導(dǎo)入多種格式的路線數(shù)據(jù)文件或識(shí)別DWG 文件中已有的路線兩種模式。支持手工選擇或以圖面搜索的形式把DWG文件中的一組連續(xù)的直線段、圓弧、多段線識(shí)別為系統(tǒng)的路線。整個(gè)路線可以放到一根多段線中。對(duì)直線以及圓曲線,軟件能自動(dòng)識(shí)別,對(duì)緩和曲線,軟件會(huì)根據(jù)曲線前后數(shù)據(jù)單元,以及緩和曲線段的幾何信息,求出曲線信息。同時(shí)可以采用導(dǎo)線法及智能化線形設(shè)計(jì)模塊進(jìn)行選線,并實(shí)時(shí)呈現(xiàn)規(guī)范檢查結(jié)果,對(duì)于立交線形設(shè)計(jì),也可采用積木法、接線法等進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.2.3 縱斷面設(shè)計(jì)

由于地形識(shí)別階段已定義了地形曲面,自然縱斷面數(shù)據(jù)可直接從地形曲面中賦值,也可以地形圖或者縱斷面數(shù)據(jù)文件里獲取,其中如果是從地形曲面中提取,可以設(shè)計(jì)是否關(guān)聯(lián),如果關(guān)聯(lián),路線改動(dòng)或者地形曲面改動(dòng)時(shí)會(huì)自動(dòng)更新縱斷面數(shù)據(jù)。

豎向設(shè)計(jì)采用平、縱、橫多維度視口,可進(jìn)行平縱橫可視化拉坡調(diào)整。各視口是實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)更新的。旨在為設(shè)計(jì)人員提供盡可能多的信息輔助拉坡操作。

縱斷中可進(jìn)行多方案比選、參考點(diǎn)、動(dòng)態(tài)拉坡、夾點(diǎn)修改、回退刪除等常規(guī)操作,并且支持實(shí)時(shí)規(guī)范檢查,會(huì)輔以紅色及氣泡進(jìn)行提醒。

橫斷視圖實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前操作的樁號(hào)處橫斷,并可以添加監(jiān)視樁,點(diǎn)擊監(jiān)視樁,縱斷可以快速定位過去。監(jiān)視樁在不滿足對(duì)其設(shè)定的凈空要求時(shí),會(huì)變紅提醒。

圖1 豎向設(shè)計(jì)采用平、縱、橫多維度視口示意圖

3.2.4 生成道路

基于裝配式道路設(shè)計(jì)理念,通過創(chuàng)建道路命令,結(jié)合道路基本信息的輸入、板塊方案的確定、布置設(shè)施及平面交叉處理等一系列參數(shù)化設(shè)置后,可以直接創(chuàng)建出帶道路全屬性的BIM 模型。道路BIM 模型生成后,也可以用構(gòu)件編輯等功能對(duì)道路、交叉口、導(dǎo)流島、環(huán)島、附加車道、道路出入口、公交車港、緊急停車帶、錯(cuò)車道、爬坡車道、路邊停車場(chǎng)、橋梁、隧道、涵洞等進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

如果道路上設(shè)置了橋梁、隧道或立交等構(gòu)筑物,也可通過橋隧和立交菜單進(jìn)行添加。

道路BIM 模型建立后,通過路易,可生成道路平縱橫及土方橫斷面等圖紙、提取道路的路面及土方工程量,并可生成相應(yīng)的大樣,滿足施工圖出圖的需求。

3.2.5 交通設(shè)施智能設(shè)計(jì)

基于道路BIM 模型,可以進(jìn)行標(biāo)志標(biāo)線自動(dòng)化設(shè)計(jì),智能化布設(shè)。只需通過傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì),即可展現(xiàn)三維成果,所見即所得。同時(shí)可實(shí)現(xiàn)標(biāo)志牌結(jié)構(gòu)計(jì)算成果一鍵輸出,大樣圖、統(tǒng)計(jì)表一鍵出圖,支持標(biāo)志牌定制與擴(kuò)充,設(shè)計(jì)成果可分享與復(fù)用。

3.3 三維漫游

BIM 模型建立后,可設(shè)置不同漫游路徑,生成三維漫游,可以在任意位置,任意角度查看BIM 模型,并保存BIM 模型圖片,可以生成行車虛擬,在不同的位置定義視點(diǎn),加入視點(diǎn)管理,也可以根據(jù)設(shè)計(jì)需要錄制視頻。為了便于匯報(bào)和展示,模型可生成脫離軟件平臺(tái)直接運(yùn)行的.exe 程序,并能導(dǎo)入到Revit、PDMS、Sketch Up、LUMION、3DMAX等軟件中,對(duì)模型進(jìn)行深層處理,實(shí)現(xiàn)模型合并展示,三維仿真分析、場(chǎng)景渲染等需求,增強(qiáng)視覺表現(xiàn)力。

結(jié)語

BIM 技術(shù)的應(yīng)用已被國(guó)家列入提升建筑企業(yè)信息技術(shù)發(fā)展的重要方向,逐步被國(guó)內(nèi)大型建筑設(shè)計(jì)、施工、咨詢管理等企業(yè)及業(yè)主認(rèn)同并著手實(shí)施。建筑信息模型BIM的應(yīng)用是建筑工程信息化發(fā)展的必由之路。目前建筑信息模型的概念已經(jīng)在學(xué)術(shù)界和建筑企業(yè)中獲得共識(shí),隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展,BIM 技術(shù)產(chǎn)品的應(yīng)用將可以極大地提高建設(shè)工程的管理效率和效益,提升工程管理的水平和能力,有助于建設(shè)工程項(xiàng)目順利實(shí)施。