BIM在市政工程中的应用实践与发展思考

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深圳市政院2012年开始BIM研究工作,2014年正式成立了BIM设计研究院,现有员工50余人,主要致力于推广研究BIM技术在工程领域的应用。 BIM院分为BIM技术部、IT研发部、无人机应用部、视觉表现部和综合部。业务方向主要是BIM设计咨询培训、课题研究、标准编制、软件平台开发、无人机行业应用,以及航拍实景建模到后期的视觉表现。主要集中在建筑、道路、桥梁、市政管网、轨道交通和综合管廊方面。

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深圳市政院2012年开始BIM研究工作,2014年正式成立了BIM设计研究院,现有员工50余人,主要致力于推广研究BIM技术在工程领域的应用。


BIM院分为BIM技术部、IT研发部、无人机应用部、视觉表现部和综合部。业务方向主要是BIM设计咨询培训、课题研究、标准编制、软件平台开发、无人机行业应用,以及航拍实景建模到后期的视觉表现。主要集中在建筑、道路、桥梁、市政管网、轨道交通和综合管廊方面。


在课题研究和标准编制方面,我院参与编制了住建部的《城市轨道交通工程BIM应用指南》《智慧城市系列标准》以及中勘协市政工程BIM系列丛书。目前正在编制中国标准化委员会的三部标准、交通运输委的交通领域系列标准,以及住建局的建筑工程BIM交付标准。

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桥梁工程BIM应用现状


任何一项新技术的出现,都离不开市场需求。现在工程的建设已经完全不同于20年前做工程,随着城市化进程的加剧,土地越来越少,建设环境的约束条件和向空间、地下地上的发展,工程建设变得越来越复杂。并且,工程与城市景观的融合,同样非常重要。利用BIM技术可以非常直观而清晰地表达包括地形、地貌在内的征地、拆迁等工程环境。


现在在全国,国务院办公厅、住建部、交通部和各省市都密集出台了一些推广BIM的政策。深圳市关于BIM的推进意见,在11月份正式向社会征求意见,现已收集了100多条社会意见;关于BIM设计的招标要求,广东省在7月份发布了BIM应用收费的参考标准;深圳市交委在项目设计招标中明确规定,中标人必须采用BIM 设计,并把设计合同价的5%作为BIM设计专项费用,如中标人不采用BIM 设计或BIM 设计未通过验收,则计扣设计合同价10%作为违约金,且三年内不接受该投标人作为招标人的中标单位;另外深圳市建设工程交易中心,已经开发完成基于BIM的电子招投标系统,并逐步投入使用。

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做实际工程BIM应用,必须要有完善的标准和依据,目前可用于桥梁工程的BIM标准有:上海市的《道路桥梁信息模型应用标准》,河南省的《市政工程信息模型应用标准》,《铁路联盟的存储标准》和中勘协BIM系列丛书的道路桥梁分册。


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案例分享


郑州市四环路是中国乃至世界最大的一条市政工程,全长93公里,高架65公里,地面加高架150公里。采用节段预制梁桥设计和施工工艺,设计期限一年,施工期限一年,工期非常紧。本工程的BIM应用主要集中在可视化工程环境、参数化精确建模、三维配筋、节段预制梁精细化设计、景观方案仿真设计5个方面。

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无人机航拍与三维实景模型创建可视化工程环境。无人机航拍分两个阶段,第一个阶段是现场踏勘阶段,利用无人机对全线进行了航拍,大大缩短了设计人员踏勘的时间;第二阶段,创建实景模型,给工程设计提供一个真实的现场环境。在四环路工程中,对道路中线两侧各500米范围内进行全线的摄影,共采集照片34万张,实景建模范围达到120平方公里。采集回的影像信息可以清晰地看到需要征地的范围,拆迁的楼宇及工程周边的环境。


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采用参数化精确建模技术。主要包括:参数化路线设计、参数化桥梁上部结构设计和参数化桥梁下部结构设计。利用参数化路线设计工具完成平曲线、竖曲线设计任务;路线成果支持参数驱动,通过改变关键变量数值驱动模型改变;当路线变化时其他专业设计成果均随路线成果实时更新。通过创建箱梁横断面模板,约束关键点变化关系实现参数化桥梁上部结构设计,实现参数化模板断面,并利用条件约束工具,指定变化位置与变化规则,实现参数化变截面箱梁设计;后期可根据需要,直接更改关键变量数值实现设计成果更新。直接使用软件下部设计工具完成定截面规则变化墩柱。通过创建参数化单元的方法实现变截面复杂变化墩柱的设计,根据设计需求,从截面、实体构建、几何体空间关系等维度进行参数化控制。


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利用桥梁结构设计模型进行结构分析与钢筋配置;直观显示复杂的结构和钢筋在三维空间布置情况,降低读图难度,有效指导现场工人加工生产;准确详尽的钢筋数据信息,通过与钢筋加工机械的配合,有效地提高了钢筋下料生产效率。


四环路工程中,采用的是节段预制桥梁的工艺,西四环节点预制梁就有2.13万块。从预制梁的加工、生产、运输、安装到构建跟踪,对工程质量来说都非常重要。以BIM技术为切入点,建立参数化标准预制梁,与梁厂生产工艺相结合,打通设计施工环节间的信息壁垒,精确指导构件生产。

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另一个BIM在桥梁工程中的案例,是BIM技术在波形钢腹板组合桥梁中的应用。依托公司设计的3座各具特点的波形钢腹板组合梁特大桥,率先在国内开展了波形钢腹板组合桥梁的BIM技术应用与研究工作,主要包括参数化设计、可视化施工交底、施工工艺模拟、施工进度模拟、施工过程信息管理。


波形钢腹板组合桥梁施工在国内的经验不多,为此开展了复杂节点施工模拟应用,针对复杂关键节点做了动态施工模拟,开展施工交底工作。利用虚拟现实VR漫游与驾驶模拟等操作,使施工人员更加直观、清晰地掌握项目的施工工艺流程,也使其具备更有利于指导施工的技术条件。通过可视化交底,提高了施工质量,缩短了施工工期。


通过施工进度的模拟,直观展现施工的界面、顺序与进度情况;准确预演施工过程;清晰展示施工工序;完善施工进度计划;优化施工流程;有助于多方的沟通与协调。


通过软件的二次开发,对项目开展施工过程的信息管理。将施工过程中的现场照片、图纸、文件等资料,与模型的相应部件及节点进行关联链接,可在BIM模型中随时查阅各类施工信息,有助于提高施工企业对项目的管理效率,收到施工方好评。

BIM的发展和思考


深圳市市政设计研究院有限公司(以下简称深圳市政院)成立于1984年,隶属于深圳市地铁集团有限公司,是一家具有市政全行业、轨道交通、公路工程、建筑工程、城市规划、工程勘察综合、工程咨询、风景园林等甲级设计资质及施工图审查一类资质的国家高新技术企业。拥有“国家院士(专家)工作站”“国家级工程实践教育中心”“国家博士后科研工作站”“交通基础设施智能制造技术交通运输行业研发中心”“广东省新型桥梁结构工程技术研究中心”“陈宜言设计大师工作室”“国际低碳市政基础设施研究中心”等多个科研载体。在智慧城市、生态城市、海绵城市、综合管廊、有轨电车以及BIM技术方面都有比较深入的研究。深圳市政院BIM设计研究院,是公司的一级生产部门,致力于研究和推广工程BIM技术解决方案,通过推进BIM等信息技术在工程中的深度应用,促进工程建设项目全程信息化,以支撑智慧工程与智慧城市建设。


任何一个进步的产生都有它的需求,BIM是怎么产生的呢?BIM产生无外乎两条主线,一是解决二维的局限性而衍生出来的三维技术,另一个是为了解决信息化而提出的建筑信息体系。BIM是一个共享的知识资源,是一个分享有关这个设施的信息,为该设施从建设到拆除的全生命周期中的所有决策提供可靠依据的过程。在项目的不同阶段、不同利益相关方,通过在BIM中插入、提取、更新和修改信息,以支持和反映其各自职责的协同作业。


借助中国BIM发展联盟黄强理事长提出的BIM思维层次观点,实际上这个层次并不是设计或施工阶段人员需要做的事情,但是认清这个层次,才能知道每个人自己的需求,才知道自己应该怎么去做。在目前这样一个喧嚣喧闹的BIM推广环境中,我们更应该思考,我们要用BIM做什么,我们做BIM是为了解决工程的实际问题。


推广BIM技术可以带来哪些机遇和挑战?机遇即现在软件的成熟度和法律法规的建设,软件体系可以转到刚才提到的数据交换问题、人才培养和全生命周期的管理。机遇也是问题,有问题就存在商机,所以这是一个机遇。伴随机遇而来的即是挑战,BIM贯穿设计施工到建设管理再到运维整个生命周期,怎么利用BIM实现信息在各个阶段的传递,就是我们面临的一个挑战。

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