摘要

隨著BIM （Building Information Molding）技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，三維模型、施工模擬、綠色設(shè)計、協(xié)同工作等等，一些新興概念越來越多的走入我們的生活，也越來越多的應(yīng)用到我們的生活實踐中。同時BIM技術(shù)在大型復雜結(jié)構(gòu)的應(yīng)用也越來越多，其優(yōu)越性也隨著結(jié)構(gòu)的復雜程度和繁瑣程度的增加被體現(xiàn)得淋漓盡致。本文將依托Bentley公司的相關(guān)軟件基于協(xié)同工作平臺PW對我國九大科技基礎(chǔ)設(shè)施之一的FAST項目進行設(shè)計、施工、 生態(tài)分析和運維的全生命周期過程管理。為其他應(yīng)用Bentley相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計人員提供簡單的參考，進而推進BIM在中國的發(fā)展。

引言

光和廣播電視信號都是以光速傳播的電磁波，區(qū)別只在波長。千百年來人類只是通過可見光波段觀測宇宙，而實際上天體的輻射覆蓋整個電磁波段。與通訊用微波天線相似，射電天文望遠鏡通常由三個主要部分構(gòu)成：匯聚電磁波的反射面、收集信號的接收機以及指向裝置。

為實現(xiàn)跨越式發(fā)展，中國天文界提出建造世界最大的單口徑射電望遠鏡--500米口徑球面射電天文望遠鏡。它具有3項自主創(chuàng)新：利用貴州天然的喀斯特洼坑作為臺址；洼坑內(nèi)鋪設(shè)數(shù)千塊單元組成500米球冠狀主動反射面；采用輕型索拖動機構(gòu)和并聯(lián)機器人，實現(xiàn)望遠鏡接收機的高精度定位。全新的設(shè)計思路，加之得天獨厚的臺址優(yōu)勢，F(xiàn)AST突破了望遠鏡的百米工程極限，開創(chuàng)了建造巨型射電望遠鏡的新模式。

由于FAST項目工程量巨大，因此包括以下難點：

1）本工程覆蓋面極大。FAST的天線口徑長達500米，約為30個標準足球場大；FAST索網(wǎng)結(jié)構(gòu)由6670根主索和2225根下拉索構(gòu)成，僅索盤就重達216噸；反射面由4600個安裝在索網(wǎng)上的反射面單元構(gòu)成。建成后將是國際上最大的單口徑望遠鏡。與號稱“地面最大的機器”德國波恩100米望遠鏡相比，其靈敏度提高約10倍。與排在阿波羅登月之前、被評為人類20世紀十大工程之首的美國Arecibo 300米望遠鏡相比，F(xiàn)AST靈敏度高2.25倍。本項目由1994年7月FAST工程概念提出到2011年3月正式開工，再到預計2016年9月竣工，歷時達23年。

2）設(shè)計工作量大，設(shè)計難度高。FAST按照平面劃分為5個相同的區(qū)域，每個區(qū)域各含445個不同的主索連接節(jié)點，僅節(jié)點深化設(shè)計共445種。

3）加工精度要求高。445種節(jié)點，每種節(jié)點板的數(shù)十多個尺寸需達到1mm的精度。

4）施工難度大，安裝精度要求高。對于定長索必須確定誤差為±10mm。采用高精度全站儀反復測量拉索邊界構(gòu)件，必須將誤差控制在1mm。

5）協(xié)同工作數(shù)據(jù)量大，專業(yè)間和上下游間數(shù)據(jù)交換難，項目監(jiān)測點極多，監(jiān)測構(gòu)件極其復雜。該項目業(yè)主方：中國科學院國家天文臺，設(shè)計方：北京市建筑設(shè)計研究院有限公司，施工方：北京市建筑工程研究院有限公司，構(gòu)件制造方：中航工業(yè)貴州云馬飛機制造廠。項目涉及方可以說是天南地北，因而數(shù)據(jù)快速、準確的交換變的非常重要。在監(jiān)測與管理階段，要求對整個項目進行，拉索施工監(jiān)造，結(jié)構(gòu)設(shè)計，精度算量，方案制定，施工深化設(shè)計，施工進度控制，施工成本控制，施工安全控制，健康監(jiān)測，以及全壽命周期進行相應(yīng)的控制與管理。

1、項目流程規(guī)則

圖1 BIM項目流程規(guī)則

基于項目的以上諸多難點，并結(jié)合BIM相關(guān)運行流程以及Bentley軟件 的相關(guān)特點，本文針對FAST項目制定流程規(guī)則。如圖1、整個BIM-FAST項目由項目總負責人統(tǒng)籌和協(xié)調(diào)。項目總負責人下屬五個部門分別為：設(shè)計部門、施工部門、生態(tài)部門、運維部門和PW部門。每個部門由一個部門負責人統(tǒng)籌工作。最終以保證BIM模型的精確、順利完成，進而提高工作效率，縮短工期，達到節(jié)約成本的目的。

2、PW系統(tǒng)

PW系統(tǒng)由與各部門對接的PW子系統(tǒng)和PW云服務(wù)系統(tǒng)組成，該系統(tǒng)主要負責各部門內(nèi)和各部門間信息及數(shù)據(jù)的交流和傳遞。它是整個FAST-BIM項目運作的平臺，該系統(tǒng)能否正常運作直接影響FAST的工程進度和工程可靠性。因此針對該問題本文專門配備PW部門，該部門主要工作是結(jié)合其他部門上報的權(quán)限特點，并結(jié)合PW軟件特點制定PW管理權(quán)限規(guī)則和維護PW系統(tǒng)的正常運作。PW部門為負責人制，由負責人向其他四個部門派駐PW子系統(tǒng)維護人員。如圖2。

圖2 PW系統(tǒng)權(quán)限設(shè)置

PW管理平臺，通過數(shù)據(jù)接口從不同軟件中對FAST項目的關(guān)鍵信息予以收集、更新、管理和應(yīng)用。使得BIM信息能夠在各專業(yè)之間和上下游之間傳遞順暢。

通過PW將設(shè)計階段的BIM模型交付給下游制造單位，直接用于二維深化制造圖的生成和構(gòu)件的數(shù)控加工。

通過PW將設(shè)計階段的BIM模型交付給下游施工單位，為施工階段的管理和成本控制提供的堅實可靠的基礎(chǔ)。BIM模型延續(xù)到施工階段，信息不斷完善，充分發(fā)揮了BIM的價值。

利用PW平臺協(xié)同設(shè)計。PW為我們提供了一個多專業(yè)、多終端同時協(xié)同工作的環(huán)境，在設(shè)計過程中即時了解相關(guān)專業(yè)、方案的設(shè)計意圖，使設(shè)計方可以以靈活、主動的方式去完成設(shè)計過程，從而極大的提高了工作效率。本項目設(shè)計前后歷時3年，近200名設(shè)計人員參與，完成了饋源系統(tǒng)、格構(gòu)圈梁系統(tǒng)、索系統(tǒng)和反射面系統(tǒng)的三維設(shè)計工作，完成的主要成果有：饋源塔，饋源艙，格構(gòu)柱，圈梁，索網(wǎng)，索盤、反射面方案的三維固化模型、二維切圖、三維設(shè)計圖冊、三維匯報視頻等。PW的設(shè)計產(chǎn)品流程管理，幫助規(guī)范設(shè)計流程。

3、PW-設(shè)計階段

對于設(shè)計階段主要由設(shè)計部門完成，該部門主要工作是完成設(shè)計及深化設(shè)計。設(shè)計部門為負責人制，由負責人分配項目設(shè)計任務(wù)，完成時間等。針對該項目特點，本文將設(shè)計部門分為：圈梁專業(yè)、索專業(yè)、反射面專業(yè)和饋源系統(tǒng)專業(yè)。這樣，部門內(nèi)不同專業(yè)間可在平臺子系統(tǒng)上按照工作權(quán)限進行數(shù)據(jù)完整交流，大大提高了設(shè)計及深化設(shè)計的工作效率，同時為下游提供信息模型及相關(guān)設(shè)計數(shù)據(jù)。

通過與PW平臺的結(jié)合使原本需要5年的科研設(shè)計，在使用了ABD三維設(shè)計模塊后，設(shè)計時間縮短為3年，并將設(shè)計錯誤率減少了90%，同時設(shè)計深度增加了50%。

3.1 設(shè)計

通過AECOsim Building Designer（ABD）主要完成FAST模型的精確設(shè)計及搭建任務(wù)，對施工精度的控制提供了堅實的基礎(chǔ)。如圖3。

圖3 ABD-FAST設(shè)計模型

在搭建過程中：

1）通過ABD的精確繪圖功能完成了FAST的高精度建模要求；

2）通過ABD的圖層功能完成了對FAST的分層分專業(yè)建模；

3）通過ABD的參照功能完成了對FAST的不同專業(yè)模型的拼接；

4）通過ABD的整體模型進行材料統(tǒng)計和圖紙輸出；

5）通過對ABD和ProjectWise的聯(lián)合使用創(chuàng)建了BIM數(shù)據(jù)庫。

3.2 深化設(shè)計

通過Prosteel主要完成FAST復雜節(jié)點的深化設(shè)計及制造指導任務(wù)。如圖4。

a Prosteel索盤深化設(shè)計 b 深化后的索盤渲染圖

圖4 復雜節(jié)點深化設(shè)計

Prosteel和BIM參數(shù)化技術(shù)實現(xiàn)了索網(wǎng)節(jié)點的優(yōu)化及深化設(shè)計，節(jié)約成本400余萬，獲得良好的經(jīng)濟效益。

通過Prosteel可以快速、精確的為制造方創(chuàng)建索網(wǎng)、索盤節(jié)點三維模型圖和二維制造圖，以完成其的精細加工。

4、PW-施工階段

對于施工階段主要由施工部門完成，該部門主要工作是完成施工方案的制定和最終方案的確定，同時渲染相關(guān)施工4-D視頻以指導實際施工（包括復雜節(jié)點的安裝過程視頻）。施工部門為負責人制，由負責人分配項目施工任務(wù)，完成時間等。針對該項目特點，本文將施工部門分為：圈梁專業(yè)、索專業(yè)、反射面專業(yè)和饋源系統(tǒng)專業(yè)。由不同專業(yè)根據(jù)實際工程復雜程度制定施工方案，然后在PW子系統(tǒng)上進行FAST施工方案整合并結(jié)合每個施工方案出施工動畫，討論比選以確定最終的施工方案和施工視頻。這樣，便可大大提高了施工方案制定和實際施工的工作效率。如圖5。

圖5 施工模擬

通過Navigator主要完成FAST的復雜工藝施工模擬，場地布置，碰撞檢測和成本控制。

1）Navigator的動態(tài)施工模擬在施工方案討論與比選方面提供了強有力地保證，清晰直觀地展示了復雜施工工藝的詳細流程；

2）Navigator的場地布置功能，在項目臺址貴州喀斯特地區(qū)顯得尤為重要，它為工程場地的合理布局和順利進行提供了可靠的依據(jù)；

3）Navigator碰撞檢查，快速幫助設(shè)計團隊找到500多個設(shè)計異常點，通過Navigator軟件對這些碰撞點進行了批注和處理；

4）Navigator精細的成本控制，大大節(jié)省了項目不必要的開支。

5、PW-生態(tài)分析

對于生態(tài)分析主要由生態(tài)部門完成，該部門主要工作是完成綠色施工和生態(tài)保護方案的制定和比選。生態(tài)部門為負責人制，由負責人分配生態(tài)分析任務(wù)，完成時間等。針對項目特點，本文將生態(tài)部門分為：綠色施工和生態(tài)保護。綠色施工主要是結(jié)合FAST施工特點盡量做到對環(huán)境的保護和減少對環(huán)境的污染，生態(tài)保護主要是針對FAST建設(shè)完成后對與自然和諧相處的分析和FAST周邊的綠化問題。如圖6。

圖6 FAST周邊綠化

FAST臺址選定在貴州省黔南布依族苗族自治州平塘縣克度鎮(zhèn)金科村的大窩凼洼地，直徑大約800米。大窩凼洼地的山梁最高為東南側(cè)山頭，標高1201m，洼地的最低點標高841m，最大相對高差達360m。非常符合FAST的地形要求，本項目充分利用大窩凼洼地，既保證了對環(huán)境的零破壞，又節(jié)約了500余萬的地形開挖成本。如圖7。

a FAST地形點云 b FAST地形模擬

圖7 FAST臺址

該過程主要通過MicroStation完成模型和地形的精確鏈接，以形成FAST總模型，再結(jié)合Navigitor對施工過程中環(huán)境進行最大可能的優(yōu)化。當整體模型施工完畢，結(jié)合FAST模型特點在其周圍合理種植植被并由MicroStation分析。同時渲染出相應(yīng)的照片級圖片和漫游動畫。

6、PW-運維階段

運維階段主要由運維部門完成，該部門主要工作是完成FAST運行和維護。運維部門為負責人制，由負責人分配項目運行任務(wù)，制定維護周期等。針對FAST的運維階段，本文結(jié)合PW軟件特點基于第三方軟件開發(fā)了基于BIM的運維管理平臺，并成功與PW完成對接。如圖8。

圖8 FAST運維管理平臺

圖9 FAST健康監(jiān)測

通過將開發(fā)的基于BIM的運維管理平臺與PW的對接，成功的實現(xiàn)了對FAST的健康監(jiān)測。如圖9。健康監(jiān)測的內(nèi)容是：在結(jié)構(gòu)的使用壽命內(nèi)，利用無損傷的監(jiān)測方式獲得結(jié)構(gòu)內(nèi)部信息，達到檢測結(jié)構(gòu)損傷或者退化的目的。主要用于對FAST工程的長期、結(jié)構(gòu)全壽命監(jiān)測，可以提供結(jié)構(gòu)在復雜荷載（臺風、暴雪、地震）作用下，結(jié)構(gòu)的安全度，保證結(jié)構(gòu)的安全，延長結(jié)構(gòu)的使用壽命。有了健康監(jiān)測，使FAST的安全運營性提高了90%。同時，PW中的權(quán)限管理使業(yè)主方、設(shè)計方、施工方及制造方中的各個專業(yè)之間及上下游之間各司其職，各負其責。這又使FAST建造的安全性提高了90%。

結(jié)論

本文主要基于PW并結(jié)合Bentley相關(guān)軟件和其他第三方軟件完成了對FAST的全生命周期BIM模擬，為實際工程節(jié)約資金大約2000余萬，縮短工期大約3年。在應(yīng)用軟件的過程中，切身體會到Bentley軟件在三位精確制圖中的強大之處，尤其是PW協(xié)同工作平臺，為工程的順利進行提供了不可磨滅的功勞。

在對PW的應(yīng)用中，本文總結(jié)其應(yīng)用特點為：

1）管理環(huán)境中的組織靈活性。高效創(chuàng)建、管理正在進行的工作--相關(guān)人員通過基礎(chǔ)設(shè)施工具和工作流方案，快速可靠地加快工作進程。

2）企業(yè)價值最大化。通過影響深遠的交付成果，以更為連貫、及時、有預見性的方式幫助項目相關(guān)人員和整個企業(yè)系統(tǒng)掌握信息。

3）及時可行的參與。通過意見同步，在所有相關(guān)設(shè)計師的工作環(huán)境中采取“封閉式”回饋的處理方式，加快有效地解決問題。

通過對本文關(guān)于FAST項目的敘述，希望能為相關(guān)工程技術(shù)人員提供有益的參考和借鑒，從而更好地為工程項目服務(wù)，產(chǎn)生更大的經(jīng)濟和社會效益，從而更好的推動BIM在中國的發(fā)展。

Bentley projectwise 協(xié)同管理平臺 介紹

通過Bentley projectwise協(xié)同工作平臺,能夠把貴穿項目全生命周期中所有的信息進行集中.有效的管理。整合BIM全生命周期中各專業(yè)軟件產(chǎn)生的圖形與數(shù)據(jù) ,實現(xiàn)BIM整個生命周期的協(xié)同工作。

1.ProjectWise可有效滿足設(shè)計單位的信息化項目管理、 圖文檔數(shù)據(jù)管理以及生產(chǎn)辦公0A的實際需求

從單位項目立項開始至設(shè)計過程,直至項目收尾過程中所有的合同文件、圖紙文件、參考文件、會議文件以及項目過程中所需的流程管理、進度控制、數(shù)據(jù)統(tǒng)計等工作部可以通過該平臺高效實現(xiàn)。

2.多訪問方式：支持WINDOWS/網(wǎng)頁版、移動端

用戶可以通過客戶端、網(wǎng)頁端、移動端(手機、 IPAD) 訪l可ProjectWise服務(wù)器。 ProjectWise與Windows對比: 無論是主菜単、工具欄 ,都顯得更加詳細和靈活, ProjectWise總體結(jié)中勾上是非常相似的;但是ProjectWise可以實現(xiàn)的功能更多,更強大。

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