隨著城市化進(jìn)程的高速發(fā)展，城市規(guī)模在不斷擴(kuò)大，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模在增大，城市管理水平要求在提高。設(shè)計單位尋求更高效的技術(shù)手段提升服務(wù)價值，隨著BIM技術(shù)的應(yīng)用嘗試與實踐，使項目建設(shè)相關(guān)參與方，逐漸認(rèn)識到BIM技術(shù)在項目實施過程中的重要性。

　　項目位置示意圖

　　BIM技術(shù)是應(yīng)用于工程全生命周期的數(shù)字技術(shù)，本質(zhì)是數(shù)據(jù)信息的流轉(zhuǎn)，減少數(shù)據(jù)丟失，減輕重復(fù)工作內(nèi)容，最終將項目中各種信息實現(xiàn)有效的一一關(guān)聯(lián)。BIM工具軟件更多關(guān)注于如何實現(xiàn)BIM建模問題，截至目前未能提出較好實現(xiàn)全過程應(yīng)用的解決方案。媽灣項目結(jié)合工程特點、BIM技術(shù)應(yīng)用需求，通過專項技術(shù)研究實現(xiàn)項目需求的BIM技術(shù)應(yīng)用目標(biāo)。

　　媽灣項目BIM技術(shù)應(yīng)用從設(shè)計階段出發(fā)，在施工階段完善信息，最終共同服務(wù)于運維階段。開展研究內(nèi)容分別是：建模（編碼、數(shù)據(jù)傳遞）、交付等標(biāo)準(zhǔn)研究，BIM建模方法研究，BIM模型平臺（模型應(yīng)用環(huán)境）研究，BIM應(yīng)用場景（各階段BIM應(yīng)用點）研究。經(jīng)過對BIM技術(shù)應(yīng)用內(nèi)容的深入研究，實現(xiàn)BIM應(yīng)用并形成BIM成果，從而實現(xiàn)BIM應(yīng)用價值。最后，展望未來BIM應(yīng)用的重點研究方向并提出建議。

　　跨海工程的挑戰(zhàn)

　　工程概況

　　媽灣跨海通道（月亮灣大道—沿江高速）工程位于深圳市前海合作區(qū)媽灣片區(qū)及寶安區(qū)大鏟灣港區(qū)，路線起于南山媽灣港區(qū)的媽灣大道與月亮灣大道交叉處，終于大鏟灣片區(qū)大鏟灣沿江高速收費站及金灣大道-西鄉(xiāng)大道路口。

　　媽灣跨海通道南起月亮灣大道，北至沿江高速大鏟灣收費站，分為前海段、海域段和大鏟灣段，主線全長約8.05公里，其中前海段2.5公里，海域段1.1公里，大鏟灣段4.45公里。

　　媽灣跨海通道分為地面道路和地下道路兩部分,地下道路規(guī)劃等級為城市快速路,雙向六車道,設(shè)計速度80公里/小時;隧道全長6280米,其中前海陸域明挖隧道段820米,海域盾構(gòu)隧道段2060米,大鏟灣陸域明挖隧道段3400米。地面道路規(guī)劃等級為城市主干路,雙向六車道,設(shè)計速度40公里/小時。其中前海地面道路2.3公里,大鏟灣地面道路4.4公里。道路規(guī)劃紅線寬度為:前海段80米,大鏟灣段70米。

　　全線設(shè)置完善的市政管線和交通安全設(shè)施，隧道監(jiān)控管養(yǎng)中心1座。

　　項目沿線先后與前海段月亮灣大道（現(xiàn)狀）、怡海大道（現(xiàn)狀臨海路）、規(guī)劃夢海大道、現(xiàn)狀振海路、規(guī)劃聽海大道（現(xiàn)狀航海路）、規(guī)劃臨海大道（現(xiàn)狀聽海路），大鏟灣段規(guī)劃緯一路、緯二路、緯三路、緯四路、緯五路、緯六路、輔一路、輔二路，以及現(xiàn)狀輔三路、金灣大道等道路相交。

　　工程特點

　　媽灣跨海通道工程受周邊環(huán)境、地質(zhì)巖層特點、遠(yuǎn)期規(guī)劃控制條件等因素的綜合疊加影響，總結(jié)主要工程特點如下：

　　1.自然環(huán)境復(fù)雜、控制因素諸多、設(shè)計條件局促；

　　2.海底盾構(gòu)隧道、地質(zhì)情況復(fù)雜、設(shè)計風(fēng)險較高；

　　3.超深超寬基坑、突破規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計難度較大；

　　4.協(xié)同專業(yè)較多、銜接難度較高、組織協(xié)調(diào)極難；

　　5.超長海底隧道、運營風(fēng)險較高、運維策略復(fù)雜。

　　BIM技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢

　　本項目在“設(shè)計—建造—運維”過程中利用BIM技術(shù)輔助工程方案設(shè)計、概預(yù)算、施工方案評估等新技術(shù)應(yīng)用；并將BIM作為各階段利益相關(guān)方的決策基礎(chǔ)。媽灣跨海通道工程基于真實三維隧道模型，輔助分析研究應(yīng)急策略。

　　1.多種技術(shù)建立環(huán)境模型，虛擬復(fù)建現(xiàn)況控制條件；

　　2.地勘報告創(chuàng)建地質(zhì)模型，分析地質(zhì)條件指導(dǎo)設(shè)計；

　　3.復(fù)雜基坑三維可視設(shè)計，嚴(yán)格計算精細(xì)空間布置；

　　4.全部專業(yè)進(jìn)行協(xié)同工作，減少錯誤提高工作效率。

　　BIM技術(shù)研究

　　BIM標(biāo)準(zhǔn)

　　1.建模標(biāo)準(zhǔn)

　　結(jié)合媽灣項目特點、BIM技術(shù)需求，BIM工作所處階段特點、工程設(shè)計難點、設(shè)計階段BIM成果與施工、運維階段的技術(shù)應(yīng)用需求，編制了媽灣BIM建模技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并應(yīng)用于指導(dǎo)各階段建模工作，制定滿足于本項目設(shè)計、施工、運維階段的數(shù)據(jù)傳遞標(biāo)準(zhǔn)——《媽灣跨海通道工程BIM技術(shù)設(shè)計實施細(xì)則》與《媽灣跨海通道工程BIM分類編碼標(biāo)準(zhǔn)》。

　　2.交付標(biāo)準(zhǔn)

　　為保障媽灣跨海通道工程BIM工作實施過程中，對BIM成果的交付行為提供一個具有可操作性、兼容性強(qiáng)的統(tǒng)一基準(zhǔn)；保障項目各參與方在同一體系下工作和交流，方便上下游單位實施廣泛的數(shù)據(jù)共享。參照執(zhí)行交付標(biāo)準(zhǔn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、深圳地方標(biāo)準(zhǔn)。

　　執(zhí)行《交通建筑領(lǐng)域建筑信息模型（BIM）設(shè)計交付標(biāo)準(zhǔn)》和其他地區(qū)相關(guān)行業(yè)BIM模型交付標(biāo)準(zhǔn)。

　　BIM方法

　　針對媽灣項目時間節(jié)點要求，結(jié)合各專業(yè)人員BIM技術(shù)應(yīng)用水平，BIM技術(shù)儲備現(xiàn)狀，擬采用依據(jù)設(shè)計成果翻模與工程設(shè)計相結(jié)合的并行工作方式開展建模工作，同時開展正向設(shè)計建模方法研究工作。

　　依據(jù)設(shè)計成果建模 應(yīng)用BIM軟件根據(jù)設(shè)計成果進(jìn)行逐項建模的方法。為提高建模效率，盡量采用二次開發(fā)技術(shù)建模。

　　設(shè)計建模 直接采用BIM軟件進(jìn)行各專業(yè)協(xié)同設(shè)計，并輔助模型的二維出圖。

　　并行設(shè)計 根據(jù)媽灣跨海通道工程特點，結(jié)合相關(guān)工程BIM技術(shù)應(yīng)用經(jīng)驗，本項目技術(shù)目的為探索專業(yè)間BIM協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)解決方案。

　　并行模式示意圖

　　本項目采用CAD設(shè)計（二維圖紙）與BIM技術(shù)設(shè)計并行的模式。這種模式能極大程度彌補(bǔ)BIM軟件現(xiàn)階段出圖短板的弊端，有利于BIM技術(shù)應(yīng)用的順利開展。相比直接翻模模式，這種BIM設(shè)計的技術(shù)要求更高、難度更大、投入更多，能夠極大限度地發(fā)揮BIM技術(shù)的優(yōu)勢，實現(xiàn)高層次的協(xié)同設(shè)計應(yīng)用，輔助項目設(shè)計，提升設(shè)計水平及設(shè)計質(zhì)量。

　　BIM平臺

　　1.設(shè)計建模

　　目前市面上三維建模軟件多達(dá)數(shù)十種，但各軟件各有側(cè)重，價格差距也較大。目前應(yīng)用最廣泛的是AutoDesk公司開發(fā)的Revit和Navisworks軟件，Revit軟件主要用于三維建模，Navisworks軟件主要用于模型仿真分析。

　　結(jié)合項目特點、BIM應(yīng)用點需求，采用歐特克公司出品的BIM系列軟件。

　　本項目中利用AutoDesk開發(fā)的BIM設(shè)計建模平臺軟件，完成了道路、隧道、橋梁、基坑、管線管廊等工程的設(shè)計建模工作。

　　2.協(xié)同分析

　　根據(jù)BIM模型，在模型創(chuàng)建的過程中，記錄完成創(chuàng)建首次BIM模型工作后，將模型數(shù)據(jù)進(jìn)入Autodesk Navisworks中，利用Navisworks的強(qiáng)大整合功能，把全線BIM模型整合到Navisworks軟件中，在軟件中進(jìn)行碰撞檢查、設(shè)置視點。在軟件中設(shè)置問題分析視點，能展示項目現(xiàn)階段存在的設(shè)計問題，快速地找到有問題的位置。通過設(shè)置視點，展示同一位置不同設(shè)計方案的虛擬建造效果，輔助分析方案優(yōu)劣完成比選。

　　3.輕量化展示

　　720°全景展示 基于BIM模型制作的項目全景瀏覽鏈接?？梢酝ㄟ^移動端掃二維碼打開模型，也可以通過分享鏈接在PC端直接打開、瀏覽項目模型。

　　A360輕量化展示，是基于云計算的BIM數(shù)據(jù)管理平臺，通過該平臺可以實現(xiàn)溝通、交付、審核及儲存的功能。在手機(jī)端下載應(yīng)用或在PC端瀏覽器打開鏈接，即可快速查看項目模型。一旦產(chǎn)生變更，能實時更新模型。

　　BIM應(yīng)用場景

　　1.設(shè)計階段

　?。?）前期咨詢

　　完成項目總體策劃，提前進(jìn)行相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究。

　　道路、橋梁、隧道、管線管廊專業(yè)利用BIM軟件，將設(shè)計成果逐項建模，部分建模工作嘗試采用二次開發(fā)建模工具完成。

　　各專業(yè)模型實現(xiàn)整合。

　　制作完成BIM展示視頻。

　?。?）初步設(shè)計

　　碰撞檢查、設(shè)計方案優(yōu)化、工程量統(tǒng)計。

　　輔助工程方案比選。

　　4D模擬、施工模擬、VR、駕駛模擬。

　　可視化交底、工作匯報。

　　應(yīng)急逃生分析。

　　本階段完成全線工程模型不低于LOD200的建模精度要求，并通過輕量化處理后，實現(xiàn)將模型數(shù)據(jù)在輕量化平臺中的三維展示、項目匯報及專業(yè)交底等工作。

　?。?）施工圖設(shè)計

　　施工設(shè)計階段BIM工作內(nèi)容量增大，在深化LOD200標(biāo)準(zhǔn)模型的基礎(chǔ)上，深化設(shè)計、細(xì)化模型信息等建模工作。此外，施工圖設(shè)計成果是交付給下一階段的成果，對設(shè)計部門來說是工作結(jié)束，對施工單位來說是BIM技術(shù)應(yīng)用工作的開始，同理，是后續(xù)運維階段對BIM模型數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求。在BIM模型的流轉(zhuǎn)過程中，設(shè)計單位作為BIM模型數(shù)據(jù)的起始部門，具備很大的優(yōu)勢將施工階段、運維階段的BIM技術(shù)應(yīng)用串聯(lián)起來，因而，BIM工作需要結(jié)合施工、運維的應(yīng)用需求。

　　2.施工階段

　?。?）優(yōu)化施工場地

　　利用BIM技術(shù)、傾斜攝影實景建模等技術(shù)，通過虛擬建造場地，在有限的場地內(nèi)進(jìn)行場內(nèi)工作區(qū)的優(yōu)化布置設(shè)計，并通過BIM模型計算分析工區(qū)分布位置的合理性，提高場地的利用效率。

　?。?）4D施工模擬

　　運用BIM技術(shù)實現(xiàn)4D施工模擬，在計算機(jī)上模擬基坑、盾構(gòu)施工過程，不僅可以提前發(fā)現(xiàn)施工中可能出現(xiàn)的問題，而且還能夠提前采取相應(yīng)措施降低施工風(fēng)險，確保施工安全，盡可能避免出現(xiàn)返工現(xiàn)象。

　?。?）可視化

　　施工階段應(yīng)用三維模型可快速查詢工程所在地質(zhì)情況、構(gòu)件結(jié)構(gòu)、位置信息等，節(jié)省管理人員時間，有效提高工作效率。

　?。?）方案交底

　　安全技術(shù)交底時應(yīng)用BIM技術(shù)和3D打印，可以使情況更直觀，使管理人員和班組人員能夠容易理解施工重點、施工措施和注意事項。

　　（5）工程量統(tǒng)計

　　Revit軟件統(tǒng)計的模型工程量與清單工程量和實際消耗量進(jìn)行多算對比，方便成本管控。

　?。?）人、設(shè)備管理

　　利用外部硬件設(shè)備將工作人員、管理人員、各種施工設(shè)備的信息（人員信息、工作分工項目、規(guī)定活動區(qū)域、設(shè)備控制信息、施工工作信息）與BIM模型利用空間定位等技術(shù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，在基于BIM技術(shù)的施工管理平臺中，實時顯示人員分布情況、人員每天完成的工作量統(tǒng)計、施工設(shè)備電子圍欄工作區(qū)域管理等BIM技術(shù)應(yīng)用。

　　（7）構(gòu)件制作、運輸、裝配過程控制

　　利用設(shè)計階段建立的構(gòu)件模型，將加工構(gòu)件信息電子化，依據(jù)施工進(jìn)度計劃，進(jìn)行電子下單（包含構(gòu)建空間幾何尺寸信息、材質(zhì)、加工進(jìn)行步驟、加工生產(chǎn)狀態(tài)等信息），構(gòu)件加工工人依據(jù)電子單操作加工設(shè)備，按單下料加工，并可實施查詢、追溯構(gòu)件過程。實現(xiàn)構(gòu)件加工、運輸、裝配等信息的實時可查、可知、可控。

　　3.運維階段

　　BIM模型在經(jīng)過設(shè)計階段建模、施工階段模型信息補(bǔ)充過程后，BIM模型等級達(dá)到LOD400，信息內(nèi)容極大豐富，除簡單的空間幾何尺寸等構(gòu)造信息、材質(zhì)信息外，還包含了構(gòu)建生成、建造等相關(guān)信息，與運維階段管養(yǎng)、監(jiān)測工作相接，利用BIM技術(shù)提升運維養(yǎng)護(hù)管理水平。本階段相關(guān)主要應(yīng)用于：

　　● 資產(chǎn)管理系統(tǒng)

　　● 綜合養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)

　　● 養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)移動采集系統(tǒng)

　　● 健康監(jiān)測系統(tǒng)

　　● 通風(fēng)、除濕、消防等系統(tǒng)

　　● 運營安全監(jiān)控、應(yīng)急救援系統(tǒng)

　　媽灣項目BIM技術(shù)應(yīng)用

　　BIM的價值在工程全生命周期過程，體現(xiàn)在各階段能夠充分利用上階段數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上生成當(dāng)前階段工程數(shù)據(jù)，并能很好地傳遞給下階段，各階段與相關(guān)階段的數(shù)據(jù)信息能夠形成有效銜接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)有效流轉(zhuǎn)，對工程帶來數(shù)據(jù)應(yīng)用價值。

　　受限于當(dāng)前行業(yè)應(yīng)用衡量標(biāo)準(zhǔn)不完善、各階段應(yīng)用研究重點不同，對相鄰階段傳遞數(shù)據(jù)的格式、內(nèi)容等要求不一致，造成目前市政工程項目未能出現(xiàn)真正全生命周期的BIM技術(shù)應(yīng)用。

　　本項目結(jié)合所處設(shè)計階段工程特點、設(shè)計難點、設(shè)計階段BIM成果與施工、運維階段的技術(shù)應(yīng)用需求出發(fā)，分別開展三個階段BIM技術(shù)應(yīng)用工作。開展BIM技術(shù)應(yīng)用點如表1所示。

　　設(shè)計階段重要BIM技術(shù)應(yīng)用點介紹如下：

　　復(fù)雜超深基坑BIM技術(shù)應(yīng)用

　　基于BIM模型進(jìn)行本階段的可建造性分析及優(yōu)化建議報告。所有分析的結(jié)果形成分析數(shù)據(jù)和報告。本報告提供兩種形式的內(nèi)容：圖紙分析與綜合分析。其中，圖紙分析主要記錄在BIM模型創(chuàng)建過程中遇到的圖紙表達(dá)方面的問題。綜合分析是BIM分析的重點內(nèi)容。通過完整的BIM模型，檢測各專業(yè)間的沖突及不協(xié)調(diào)。

　　1.4D仿真

　　臨海大道段基坑支護(hù)形式多樣、空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜。利用BIM技術(shù)，在創(chuàng)建BIM模型后，依據(jù)施工工序，為模型添加信息代碼，得到施工工序信息模型。利用4D模擬技術(shù)，對施工工序進(jìn)行模擬和展示。用于驗證施工方案的可行性。提前發(fā)現(xiàn)節(jié)點計劃過程中可能存在的干涉風(fēng)險，使項目參與方充分理解項目的關(guān)鍵節(jié)點控制要求。

　　依據(jù)基坑施工工期表，把基坑BIM模型按節(jié)點分區(qū)，并對每個構(gòu)件進(jìn)行編碼。給予構(gòu)件一個“ISBIM4D”參數(shù)，并在參數(shù)內(nèi)填寫編碼。

　　2.工程量統(tǒng)計

　　BIM工程量是基于三維BIM模型進(jìn)行統(tǒng)計，利用BIM軟件，可以對BIM模型較快提取出工程量，是對BIM模型數(shù)據(jù)的進(jìn)一步開發(fā)利用。與利用二維圖紙統(tǒng)計的工程量方式相比較，具備效率高、數(shù)量統(tǒng)計精確等優(yōu)勢。在本項目中通過兩種方式的工程數(shù)量比對，校核了工程數(shù)量，降低了工程概算誤差。

　　應(yīng)急逃生策略研究驗證

　　媽灣跨海通道位于深海下，隧道長約6.3千米，長隧內(nèi)對運營安全監(jiān)控、應(yīng)急救援管理標(biāo)準(zhǔn)高，造成逃生方案設(shè)計復(fù)雜，利用BIM技術(shù)手段，從多維度對逃生方案進(jìn)行分析、設(shè)計、優(yōu)化。

　　1.仿真分析

　　設(shè)計階段以解決隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)工況時保障相關(guān)人員快速安全逃生的重要問題?；馂?zāi)工況時對人員逃生的影響主要因素：煙氣擴(kuò)散條件、逃生路徑合理性。

　　利用盾構(gòu)隧道BIM模型對煙氣擴(kuò)散規(guī)律、人員疏散路徑進(jìn)行數(shù)值仿真，分析驗證防災(zāi)救援相關(guān)工程方案設(shè)計的合理性。

　　2.逃生策略驗證

　　利用盾構(gòu)隧道BIM模型，考慮人員疏散、車輛疏散等分析模型的邊界條件，以動畫模擬形式模擬隧道內(nèi)出現(xiàn)緊急情況下，驗證應(yīng)急響應(yīng)、疏散、救援策略的合理性。

　　盾構(gòu)模型圖

　　利用BIM模型的多維度屬性，依據(jù)逃生方案（各種工況預(yù)案）設(shè)計應(yīng)急逃生疏散計算模型，通過對不同工況下的火災(zāi)條件、人員條件、車輛條件、救援設(shè)備條件的錄入，利用逃生策略模型分析評估隧道主體結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性。

　　在當(dāng)前大環(huán)境下，市政項目BIM應(yīng)用需求高漲，國家出臺相關(guān)引導(dǎo)政策，地方業(yè)主單位積極制定地方執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，各設(shè)計單位、施工單位、管養(yǎng)單位積極推進(jìn)BIM技術(shù)與工程項目的結(jié)合應(yīng)用。

　　目前受BIM軟件工具、設(shè)備硬件，建模標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)傳遞標(biāo)準(zhǔn)，BIM技術(shù)應(yīng)用需求、應(yīng)用理念的限制，造成各階段的BIM成果數(shù)據(jù)的可傳遞性較差，大部分都關(guān)注于各自階段內(nèi)的應(yīng)用。

　　BIM本質(zhì)是數(shù)據(jù)，設(shè)計單位作為數(shù)據(jù)的制造者，施工單位作為數(shù)據(jù)的補(bǔ)充者，業(yè)主、運維部門、管理部門作為數(shù)據(jù)的使用者，應(yīng)盡快建立起行業(yè)統(tǒng)一適用的標(biāo)準(zhǔn)。

　　媽灣跨海通道項目基于項目級BIM技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，在解決設(shè)計階段應(yīng)用需求的基礎(chǔ)上，與施工單位聯(lián)合開展BIM應(yīng)用工作，補(bǔ)充數(shù)據(jù)內(nèi)容，共同服務(wù)于下階段的運管部門，設(shè)計單位協(xié)助其解決模型+數(shù)據(jù)與運維管理策略的結(jié)合應(yīng)用問題，從而實現(xiàn)設(shè)計單位、施工單位、業(yè)主單位、運管部門的共同BIM應(yīng)用價值。

　　本文刊載 /《橋梁·BIM視界》雜志 2019年 第3期 總第10期

　　作者 / 劉海強(qiáng) 楊冰 許志宏等

　　作者單位 / 北京市市政工程設(shè)計研究總院有限公司