BIM技術在城市隧道工程中的應用

BIM技術在城市隧道工程中的應用

一、設計前期（招投標）

1. 三維協同設計

BIM 可以在滿足工程項目三維協同設計過程中產生的各類信息：如三維模型、圖紙、合同、文檔等進行集中管理的基礎上,為工程項目團隊提供一個信息交流和協同工作的環境。對工程項目中的數據存儲、溝通交流、進度計劃、質量監控、成本控制等進行統一的協作管理。

2. 協同設計的工作流程

傳統隧道工程項目一般都是由道路專業通過方案等形式與各配合專業充分溝通,完成道路平面、縱斷面和橫斷面設計,并將設計模型及數據文件提交給橋隧、排水、通風、照明、管線綜合、景觀等相關專業,各專業再進行后續設計。三維協同設計創新了傳統的二維設計模式,由工程設計負責人員牽頭,前期先在設計軟件中創建工程項目主體道路中心線,結構設計人員在已選取的道路中心線上,確定隧道結構厚度、變形縫位置等等,并與通風、照明、排水等專業溝通確定設施設備的布設位置,同步在模型結構樹上發布設計參數,接下來由不同專業的設計人員完成后續的深化建模工作。下面是三維協同設計的工作流程：

1）搭建項目設計團隊架構、系統中分配專業設計人員角色和權限；

2）構建三維協同設計模型樹和WBS任務分解；

3）創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）創建各設計專業（如結構、圍護、設備等）的構件模板；

5）不同專業的項目成員針對一個數據模型文件開始協同設計工作；

6）基于三維模型即時優化設計方案,及時檢查設計缺陷,直至設計任務完成。

3. 設計方案比選

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,復雜關鍵節點的位置進行三維建模。以往設計師在與業主匯報方案的過程中,一般都是通過二維平面圖紙和PPT等方式向業主介紹方案,經常會遇到業主無法快速全面了解設計師的設計意圖的困難。如果使用BIM技術手段,在方案匯報之前把復雜關鍵節點的方案創建成三維的展現形式,這樣匯報的過程就會簡單明了,也可以讓業主很容易的明白設計意圖。

另外,在方案匯報過程中在結合優化方式,實施難度,周邊路網影響程度,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,與傳統的2D展示不同,交互式漫游是第一人稱視角的三維環境下虛擬體驗。目前在建筑、房地產、能源和機械行業等的使用非常普遍。應用該技術不僅可以在投標階段向業主展示設計方案和理念,而且在項目的后期還可以做成虛擬現實的體驗環境。

利用已完成的幾何模型導入到3Dmax軟件里,對場景中所有模型進行材質添加和貼圖的深加工處理,以便于達到模型的美觀效果。而后再把模型導入到專業的虛擬技術軟件中,為場景創建漫游腳本,最后實現通過鍵盤上的方向鍵進行虛擬漫游效果。

二、深化設計

1.管線綜合和碰撞檢查

在傳統的二維設計中設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技術創建現狀的市政管線模型,進行各專業之間及專業內部的碰撞檢查,能夠提前發現設計中可能存在的碰撞問題,減少施工階段因設計錯、漏、碰、缺、而造成的損失和返工工作,提高設計質量和施工效率。

2.工程量復核

利用BIM模型的屬性信息,通過軟件功能系統自動生成統計施工招標的工程計算量。首先在建模之前需要根據各專業分部分項,制定開項列表，并提供滿足招標要求的土建、機電、裝修工程量輔助統計,包括標準構件及特殊結構的鋼筋用量及含鋼量分析,并與投資監理算出的工程量進行對比,復核差異較大的項,提高工程算量的準確性。

1)構件拆分原則

2)制定開項列表

3)生成工程量統計表

4)工程量復核

3.參數化、模板實例化設計

相比傳統的二維設計,三維參數化設計的主要優勢在于通過修改設計參數,可以直接驅動模型的更改,無需刪除模型重新繪制,節省工作時間,提高工作效率。參數可以按照設計參數,計算參數,信息參數來定義,參數名稱需要按規范來命名，方便后期的參數修改。

模板實例化是在項目中出現重復創建相同的模型時,可以將設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參數,即能得到新的模型數據。對于隧道工程項目,通常會把底板、中、頂板、側墻、瀝青、側石等構件做成文檔模板。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建模型,只需要從構件庫中調用相應的模型并修改對設計參數即可。

 4.骨架驅動模型

骨架設計指在對整個隧道工程的設計流程和結構充分理解后,結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構進行有效的總體控制,形成類似樹干結構的骨架模型,并建立有效的參數信息傳遞框架及設計方法,將已完成的草繪、設計基準、幾何特征、相關參數發布到模型樹的相關節點下,確保能實現通過骨架線框驅動模型的功能。

5.二維工程圖紙

傳統的二維設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。三維設計可以利用現有的三維模型,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雜節點的方案模擬,在本工程前期利用了BIM技術對整體的施工方案進行了模擬,包括將施工進度計劃與BIM模型關聯,形成4D的施工模型,及管線搬遷順序,道路施工翻交順序,臨時交通設施布置,施工場地布置,施工組織設計進行了施工籌化模擬。針對張家浜段橋隧結合段,由于該地段節點比較復雜,在項目前期利用BIM技術,在模型中添加施工設備和機具,結合施工方案進行精細化施工模擬,檢查方案的可行性,并在此基礎上優化施工方案。

2.BIM項目管理平臺

建立BIM項目管理平臺,結合日常工程管理,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,及時做出進度調整,建立交通設施方案的BIM模型用于方案的討論、優化和內外評審工作,從效果來看,能在設計和評審階段協助發現以往在平面圖紙上難以察覺的各類問題,并協助擬定更為合理的方案。設計方創建施工圖設計模型,對施工圖設計模型有更新與維護職責,應在施工準備開始前完成模型；施工方創建施工作業模型,對有設計變更的模型有更新與維護職責,應在主體施工過程中構件施工前完成模型。

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