BIM技術(shù)在城市隧道工程中的應(yīng)用

一、設(shè)計前期（招投標(biāo)）

1. 三維協(xié)同設(shè)計

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(fēng)、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,由工程設(shè)計負(fù)責(zé)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(fēng)、照明、排水等專業(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(wù)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；

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(wù)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,對整個項目中的周邊場景,復(fù)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(fù)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。

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(yīng)用該技術(shù)不僅可以在投標(biāo)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(dǎo)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(dǎo)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)通過鍵盤上的方向鍵進行虛擬漫游效果。

二、深化設(shè)計

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)內(nèi)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(fù)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(biāo)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,制定開項列表，并提供滿足招標(biāo)要求的土建、機電、裝修工程量輔助統(tǒng)計,包括標(biāo)準(zhǔn)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(fù)核差異較大的項,提高工程算量的準(zhǔn)確性。

1)構(gòu)件拆分原則

2)制定開項列表

3)生成工程量統(tǒng)計表

4)工程量復(fù)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)范來命名，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(fù)創(chuàng)建相同的模型時,可以將設(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(yīng)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)合實際項目的工程范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(zhǔn)、幾何特征、相關(guān)參數(shù)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。

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

1.施工方案模擬

施工模擬包括施工籌劃模擬及復(fù)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。針對張家浜段橋隧結(jié)合段,由于該地段節(jié)點比較復(fù)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(xì)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.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)化和內(nèi)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(zé),應(yīng)在施工準(zhǔn)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(zé),應(yīng)在主體施工過程中構(gòu)件施工前完成模型。

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