本次BIM項目主體為楊家?guī)X大橋，位于新建鐵路蒙西至華中地區(qū)鐵路煤運通道三門峽至荊門段，主要跨越在建的三浙高速公路。大橋分為左線和右線，其中左線大橋（DK787+080.19～DK787+362.4）與右線大橋（DK787+080.19～DK787+499.75）并行，在DK787+362.40處與左線大橋合并為四線橋，共用三門峽臺和5號墩。楊家?guī)X左線大橋孔跨布置為：1-20m簡支T梁（單線+單線）+（60+100+60）m連續(xù)梁（雙線）+1-32m簡支T梁（單線+單線）+4-32m簡支T梁（單線+雙線+單線），橋梁中心里程：DK787+290.220，橋全長：L=419.560m；楊家?guī)X右線大橋孔跨布置為：（60+100+60）m連續(xù)梁（雙線）+1-32m簡支T梁（單線+單線）+1-20m簡支T梁（單線+雙線+單線），橋梁中心里程：DK787+224.795，橋全長L=282.210m。

本次BIM項目旨在提高工程設計圖紙質(zhì)量、減少工程洽商和設計變更、節(jié)約施工成本，將為本工程搭建及整合各專業(yè)施工深化BIM模型，協(xié)助將竣工BIM模型移交給甲方或甲方指定的部門，方便模型的維護管理。本次BIM技術(shù)支持分為建模、管理和平臺搭建三部分，具體內(nèi)容包括：

1）使用點云技術(shù)生成施工現(xiàn)場三維模型；

2）采用參數(shù)驅(qū)動方式建立連續(xù)箱梁及鋼束三維模型；

3）根據(jù)圖紙建立鋼筋以及施工支架及掛籃三維模型；

4）從建立的模型中導出材料工程量以及施工模擬；

5）通過Projectwise服務器進行協(xié)同工作。

一、施工實景建模

施工現(xiàn)場的信息復雜多樣，二維模式下無法同時表現(xiàn)地形、地貌、空間相對關系等信息，有一定的局限性。Context Capture是Bentley旗下一款強大的實景建模軟件，可將一組對靜態(tài)建模主體從不同的角度拍攝的數(shù)碼照片作為輸入數(shù)據(jù)源，通過快速三維場景運算，生成基于真實影像位紋理的高分辨率實景真三維模型。本項目中以無人機航拍照片為素材，分不同施工階段對施工區(qū)域內(nèi)場地進行實景建模。圖1 楊家?guī)X大橋現(xiàn)場三維地形

根據(jù)不同的需求，還可以設置各種額外輔助數(shù)據(jù)：傳感器屬性（焦距，傳感器尺寸，主點，鏡頭失真），照片的位置參數(shù)（如GPS），照片姿態(tài)參數(shù)（例如，INS），控制點，等等。無需人工干預，Context Capture 在幾分鐘/或數(shù)小時的計算時間內(nèi)，根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)的大小，能輸出高分辨率的帶有真實紋理的三角網(wǎng)格模型。所輸出的三維格網(wǎng)模型能夠準確、精細地復原出建模主體的真實色澤、幾何形態(tài)及細節(jié)構(gòu)成。

圖2 楊家?guī)X大橋三角網(wǎng)及點云地形

獲取的三維模型，可以切換成點云數(shù)據(jù)、三角網(wǎng)格數(shù)據(jù)，進入到Bentley Descartes軟件進行點云數(shù)據(jù)處理，也可以直接導入到Bentley土木專業(yè)軟件Powercivil、建筑BIM專業(yè)軟件AECOsim做實體建模、出圖等工作?？梢詫崿F(xiàn)對模型的分析，虛擬建造，模擬移動路徑等等諸多應用功能。

圖3 實景模型精度與圖紙對比

通過實景建模解決方案，獲取實景模型，基于該模型的數(shù)據(jù)，可以做三維編輯、修改，測量體積、面積、長度（本次精度為厘米級）。在測繪階段獲取準確信息，在設計階段及時將概念實際化，在施工階段獲取施工現(xiàn)場最新的信息。借助三維實景模型還可以對施工場地進行布置規(guī)劃，優(yōu)化材料儲存和運輸路徑。

圖4 在實景模型中進行場地布置

二、地形及路線模型

PowerCivil 是一款面向道路、鐵路、橋隧、場地、雨水道等基礎設施設計的專業(yè)軟件，也是土木行業(yè)的BIM平臺（內(nèi)嵌MicroStation, 可集成其他專業(yè)產(chǎn)品設計的模型），可為土木工程和交通運輸基礎設施項目的整個生命周期提供支持。智能數(shù)字地形建模（DTM）將道路中心線、路面邊緣或溝渠等要素合并到表面模型中。這些要素還可以是分布不均勻的點或斷裂線（表示在線性段中彼此連接的要素）的隨機要素，如山脊、路面邊緣以及路緣中的要素。也可以是表示建筑、湖泊等對象的內(nèi)部空隙或孔洞。此外，三維模型中還可以研究其他地形要素，其中包括公共設施（地上和地下設施）、建筑物、地基或采集的任何地形數(shù)據(jù)。

圖5 PowerCivil界面

本次項目中運用PowerCivil導入Context Capture生成的三維地形文件，在此基礎繪制完整坐標幾何和高級路線設計，以及精確的平面線和縱斷面。高程縱斷面同時也會顯示表面信息，以及顯示平面線關聯(lián)的縱斷面。此外，還可以根據(jù)設定的廊道或者標高，計算填方和挖方工程量，因為本項目為橋梁工程，此項功能使用較少，下圖為功能示意。

圖6 根據(jù)設置的標高計算填挖土石方量

通過智能通道建模工具，來實現(xiàn)三維道路的上下文智能設計。建模功能和參數(shù)化設計工具以平面圖、橫斷面圖、縱斷面圖和超高視圖方式動態(tài)查看設計并且獲得即時反饋。通過直接對參數(shù)化圖形組件進行操控或在上下文相關對話框中精確輸入相應數(shù)值，實現(xiàn)對橫截面進行修改。

圖7 編輯路廊模板

三、三維橋梁模型

橋梁大師是國內(nèi)基于CAD平臺自主開發(fā)的二維橋梁制圖軟件，2009年被Bentley收入旗下，與BIM平臺整合，將橋梁大師功能延伸了到了三維領域，也增強了Bentley平臺橋梁部分的建模能力。橋梁大師采用二維參數(shù)驅(qū)動的方式建立橋梁各個建模標準圖，通過設置橋梁的路線信息、中心樁號、跨徑等信息套用標準圖生成橋梁模型，同時可以設計構(gòu)造、鋼束、下部結(jié)構(gòu)生成對應的詳圖。橋梁大師中生成的設計模型可以輸出到Power Bridge Master中，實現(xiàn)在Microstation中三維橋梁的創(chuàng)建，將橋梁設計信息同步轉(zhuǎn)換到DGN模型中，用于數(shù)字化移交設計項目。本項目首先在橋梁大師中輸入楊家?guī)X大橋左線與右線的設計信息，生成二維橋梁模型。

圖8 橋梁大師界面

PBR可從橋梁大師導入二維橋梁模型，包括箱梁、下部結(jié)構(gòu)、鋼束、齒板、錐坡、橋面鋪裝、護欄、伸縮縫，并自動生成三維模型。在方案設計階段，可直接基于模板建立預制梁橋（空心板、T梁、小箱梁），不用從橋梁大師導入。目前下部結(jié)構(gòu)支持柱式臺、柱式墩、花瓶墩、Y形墩等多種墩臺類型，并支持用戶自定義下部結(jié)構(gòu)模板。

圖9 楊家?guī)X大橋左線連續(xù)梁模型

憑借Bentley平臺的文件統(tǒng)一性，可以將三維橋梁模型與實景模型整合，用來查看橋梁和既有結(jié)構(gòu)之間的空間相對位置關系，提前發(fā)現(xiàn)隱患。

圖10 橋梁BIM模型與實景模型結(jié)合

四、鋼筋與施工設施建模

Prostructure基于Bentley強大的三維平臺Microsation，不僅能夠處理鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中各種各樣異形結(jié)構(gòu)的建模與布筋，同時，基于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，又能夠確保深化的信息模型在全生命周期不同階段的信息交換。

由于橋梁大師中定義的普通鋼筋暫時還不支持導入PBR中，因此本項目中采用Prostructure創(chuàng)建箱梁普通鋼筋，同時Prosteel中具有豐富的型鋼界面庫和靈活的建模方式，可用來建立施工設施模型，如掛籃、0號塊托架、滿堂支架等。

圖11 鋼筋及施工設施模型

常規(guī)構(gòu)件可以通過自動拾取構(gòu)件的截面參數(shù)和形狀，并且可以通過不同的形狀自動選擇鋼筋的初步布置方式。

圖12 腹板及翼緣鋼筋

異形構(gòu)件主要是解決主筋和箍筋，不管布置主筋還是箍筋，對于異形體都可以批量的布置，不需要一根一根的去布置；鋼筋的方向，可根據(jù)構(gòu)件提取的導向線來控制。并且可以通過不同的鋼筋顯示模式控制鋼筋：支持線框模式、渲染模式以及剖面顯示。

圖13 箱梁截面鋼筋與鋼束

五、工程量統(tǒng)計與施工模擬

在創(chuàng)建BIM模型的過程中，對各個專業(yè)的相應構(gòu)件輸入需要的工程屬性，這些屬性在需要的時候能夠被計算機自動抽取，分門別類地進行相應統(tǒng)計和報表歸類。

圖14 BridgeMaster Modeler工程量統(tǒng)計

通過Prostructure創(chuàng)建的普通鋼筋模型也可以通過自動統(tǒng)計功能獲得鋼筋材料總量，并可以選擇鋼筋表模板導出報表。

圖15 鋼筋工程量統(tǒng)計

Bentley Navigator是用于審閱和施工模擬的軟件，能夠直接（原始數(shù)據(jù)格式）或間接（XML 等開放數(shù)據(jù)格式）數(shù)據(jù)導入項目進度計劃數(shù)據(jù)，支持Microsoft Project，可將施工計劃與構(gòu)件模型關聯(lián)進行模擬并為其制作動畫，分析進度計劃的合理性。

圖16 Navigator中導入時間進度

通過BIM技術(shù)生成的三維模型包含完整的幾何信息和材質(zhì)信息，還可以導入到專業(yè)的動畫制作軟件諸如MAYA、3DS MAX中進行更豐富的渲染和動畫制作。

圖17 通過BIM模型制作施工動畫

借助ProjectWise Navigator V8i，項目還可以通過吊裝模擬事先模擬大型設備吊裝方案，在3D虛擬環(huán)境下檢查項目設計和施工能力。用戶還可對施工計劃進行模擬并為其制作動畫，并通過動態(tài)碰撞分析模塊檢測物體運動過程中可能潛在的碰撞。

圖18 碰撞檢測界面

六、協(xié)同工作平臺

通過Projectwise平臺，搭建項目目錄，并且對于分處于異地辦公的項目人員使用各自不同的設置。項目人員可以通過標準配置設置創(chuàng)建并訪問項目文檔，同時通過Projectwise命名向?qū)О搭A設標準自動生成文件。保證用戶中在一個在線工作區(qū)辦公，因而可提供一致的標題欄、屬性和元數(shù)據(jù)供應商和客戶提取。本項目在現(xiàn)場部署了Projectwise分布服務器，可以緩存訪問過的文件，提高下次訪問速度。

圖19 Projectwise云平臺工作目錄

Projectwise可作為協(xié)作團隊所有項目信息共享的可靠來源，在云環(huán)境中，不會存在誰控制主文件、誰更新它和誰有最新版本的問題。項目人員可擁有基于角色的訪問權(quán)限，同時審查人員可以輕松地下載或?qū)ξ臋n進行批注，因而加快了管理環(huán)境中的工作流處理速度。

基于Projectwise服務器的搭建，本次項目中主要實現(xiàn)了以下技術(shù)點的運用：1）文件版本控制；2）多用戶協(xié)調(diào)操作文檔；3）誤刪找回；4）連接設計與施工；5）多角色人員權(quán)限管理；6）提資、審圖、發(fā)布。

結(jié)語

BIM技術(shù)的可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性等特點，也可以與施工管理有機的結(jié)合，解決了許多施工中的難點問題，提高工作效率，為建設方創(chuàng)造了更多的價值。