BIM技术在汕头塔岗围市政工程中的应用研究

杨 彪 缪程武 王 帆

(1.中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广州 510290； 2.中交(汕头)东海岸新城投资建设有限公司，汕头 515041)

引言

2020年，住房和城乡建设部等十三部门联合印发了《关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》，明确提出了推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导思想、基本原则、发展目标、重点任务和保障措施[1]。BIM是智能建造的核心技术之一。

我国基础设施体量巨大、造价与运营成本昂贵，BIM等新兴技术的涌现为基础设施的建造、运营与维护等领域提供了新的机遇。BIM技术、物联网、数字孪生、云计算、大数据及AR/VR等技术将全新赋能传统工程建设行业，为市政工程等基础设施领域的智能建造提供广阔的发展空间[2]。

1 工程概况

汕头东海岸新城位于汕头市澄海区的东南沿海地带，规划总面积为24km2，包括新津、新溪及塔岗围三个片区，其中塔岗围片区占地面积7.4km2，2021年亚青会场馆、汕头大学东部校区坐落于此。塔岗围片区市政工程建设内容包括道路工程、桥涵工程、隧道工程、管线工程、排水工程、交通工程、照明工程、绿化工程、支河涌工程以及外砂河大桥底堤顶路改线工程。其中，道路工程建设总长约为13.5km，包括翠峰路、紫峰路、梅峰路、英华路、五洲大道、万峰路和堤顶路改线，如图1所示。该项目建设意义重大，质量要求高，建设周期紧，为保证亚青会如期开幕，需在2021年9月底全部完工，对设计、施工及管理提出了极高的要求。

图1 工程项目BIM效果图

2 BIM实施方案

本项目BIM应用由业主单位统筹，设计、施工和监理等多家参建单位全力配合，共同制定BIM实施策略书，对BIM应用总体路线及具体实施方案进行详细规定，确定BIM实施的空间范围和各专业的具体工作内容，保证BIM建模标准化，定制化开发BIM施工管理平台和项目综合管控平台，服务于项目现场管理。同时，充分考虑设计施工一体化整合，提高模型数据利用率，明确BIM实施的里程碑节点，分析达成节点的前置条件，并明确BIM实施的成果交付要求。

本项目BIM实施总体组织架构设置项目经理、主管总工、BIM协调员以及设计、施工、开发等多个专项负责人，各参建单位组建专业BIM团队负责具体工作实施，如图2 所示。

图2 BIM实施总体路线

同时，本项目配备满足BIM应用需求的软硬件环境，购买正版BIM建模软件及模型可视化应用软件，并深度应用自主研发的HIDAS系列软件等。部署本地服务器用于多专业协同建模及各类文件的共享存储，部署云服务器用于BIM施工管理平台的开发和搭建，配备满足BIM建模和展示要求的单机电脑，同时在项目展厅和施工现场安装LED大屏，用于项目宣传展示及综合管控平台的应用。

3 BIM基础应用

3.1 多专业协同建模

本项目架设Vault云端服务器实现多专业协同建模，通过Vault附加模块客户端与Revit、Civil 3D、Navisworks等软件紧密集成，实现多专业并行工作模式。此外，项目各参与方可以在Vault平台上实现模型数据、项目文档和往来函件的共享[3]。

本项目针对不同专业的模型特点选择不同的建模工具，体现了信息建模的专业能力。利用Civil 3D创建道路模型[4]、隧道及基坑支护模型、雨水和污水管网模型、支河涌模型等； 利用Revit创建桥梁和箱涵模型； 利用鸿业管立得创建电力和通信管网模型； 利用鸿业路易创建标线、标牌、信号灯、路灯等交通设施模型； 利用SketchUp和Lumion创建绿化工程模型，如图3 所示。

图3 BIM模型展示

3.2 BIM+GIS应用

基于遥感卫星影像和测绘GIS数据，对项目地区新建道路及周边基础设施进行科学智能规划[5，6]，以模型的方式展示规划要素，对于建筑、地貌等“概念模型”，通过编写规则代码批量生成基于GIS数据的大场景三维模型，如图4所示。

图4 BIM+GIS模型

3.3 三维地质模型应用

本项目包含各类勘探钻孔487个，地质条件复杂，总共分布有33个地层，按地质成因及工程性质简化后仍有12层，地层多变且不连续，建模难度较大。

利用EVS软件的岩性建模方式构建三维地质模型，在模型空间中划分网格，利用[indicator_geology]模块的Kriging方法进行空间插值，计算空间每一个网格中每一种土质出现的概率，将概率最大的土质赋值到网格中，从而得到三维地质模型，如图5 所示。

图5 三维地质模型

3.4 BIM可视化应用

将总装模型进行格式转换，导入Lumion软件进行渲染，输出高清效果图、漫游视频和全景图片，用于项目的宣传和展示，如图6所示。通过BIM模型及复杂节点的可视化技术交底，辅助工程技术人员更直观地理解设计方案，准确开展施工。

图6 模型渲染效果

4 BIM应用研究

4.1 自主研发HIDAS配筋软件

HIDAS系统是中交四航院独立自主研发的工程数字化勘察设计集成系统。本项目利用HIDAS系统中的三维配筋软件进行箱梁结构的配筋设计，使用了多种三维智能化配筋方式以满足不同的钢筋类型，如图7所示，将BIM模型导入配筋软件转换成配筋模型，软件自动捕捉构件对象要素，根据钢筋直径、间距、保护层厚度等参数的设置实现智能布筋，并可进行钢筋的碰撞检测，快速输出配筋图、钢筋表和材料表，提高了配筋设计的精度和效率[7]。

图7 HIDAS三维智能化配筋

4.2 BIM+云计算系统

中交四航院“BIM+云计算”系统内置百余条标准化计算模板，涵盖中标、美标、欧标及日标等多国设计规范。本项目利用该系统进行了桩基承载力计算、深梁配筋计算等，实现了计算书格式标准化，通过在模型中添加URL的方式，实现BIM模型与云计算系统绑定。在三维模型中点击超链接，直接跳转至计算结果网页，如图8所示，丰富了BIM设计阶段的信息，将BIM设计概念延伸至网络云计算。

图8 BIM+云计算系统

4.3 BIM施工管理平台的开发与应用

本项目BIM施工管理平台基于WebGL框架进行定制开发，可实现在电脑和移动设备浏览器中展示、操作和管理BIM数据，实现BIM+GIS、二维+三维、模型+业务的多维联动[8-9]。该平台服务于现场施工管理，主要包括权限管理、模型管理、文档管理、流程管理、WBS管理、进度管理、质量安全管理和工序报验等功能。该平台支持移动端APP应用，包括模型、文档、问题和现场四个模块。

通过BIM施工管理平台，实现了部分现场管理流程的无纸化，通过手机APP操作即可完成质量安全问题的整改验收、工序报验流程处理等，大幅节省了流程处理时间，降低了时间成本。通过进度管理模块进行4D施工模拟，如图9所示，三维可视化展示施工中的冲突点和优化空间，优化施工方案，缩短施工工期，并用于指导人材机的调配，节约工程成本。

图9 4D施工进度模拟

4.4 项目综合管控平台的开发与应用

综合管控平台采用浏览器和服务器结构模式开发[10]。该平台与施工管理平台数据互通，具有更好的信息集成与模型展示效果，丰富了项目管理手段，增强了项目宣传效果。

图10 项目综合管控中心

该平台主界面集成了工程概况、天气信息、项目漫游展示等信息，并通过微服务接口获取施工管理平台数据，集中展示各单位工程的进度状态、质量安全问题的整改情况、施工工序的验收情况和施工现场的航拍照片等。通过视频流技术接入现场监控摄像头，实现对施工现场的实时监控。通过微服务接口获取隧道基坑监测平台数据，基坑监测传感器类型包括测斜仪、应变计、孔压计和轴力计，显示24小时内实时监测数据并设置阀值预警，提醒监测异常情况。

该平台包含四个模型展示模块，分别是GIS、BIM、地块和全景图，每个模块展示的侧重点不同。GIS模块展示项目所处地理位置及炫酷的总体模型效果； BIM模块展示市政道路的详细设计方案，包含模型构件的各类属性信息； 地块模块展示土地区域的规划方案，包含地块的用途、面积、绿化率等信息； 全景图模块利用广角模式尽可能多地表现项目周边环境，并可通过热点进行视角切换。

5 BIM应用总结

本项目BIM应用涵盖设计、施工和管理，并进行了应用平台开发，在项目实施过程中发挥了至关重要的作用，为项目带来了一定的经济效益和社会效益，主要体现在以下几个方面：

(1)设计成果标准化程度提升

建立协同服务器，专业间参与程度提升，沟通效率提高，设计成果标准化程度提高； 依托BIM模型进行管线综合碰撞检测，在设计过程中规避碰撞问题，降低施工风险； 进行设计方案的可视化交底。

(2)施工数字化水平提升

基于BIM施工管理平台实现对现场施工进度、质量安全等的数字化管理，优化施工方案，缩短项目工期，提高流程处理效率； 施工管理过程在平台上留底存档，方便问题追溯及保证施工管理信息的完整性。

(3)项目综合管控方式创新

综合管控平台与BIM施工管理平台数据互通，信息集成度较高，包括进度状态、质量安全、工序报验、现场航拍、视频监控和基坑监测等，便于项目管理人员快速了解现场施工情况，创新了项目管理方式。高度集成的信息化管控平台，体现出本项目具有先进的数字化管理水平，提升了项目和企业的社会影响力。