北横通道工程BIM技术研究应用概述

高文堃

（上海市地下空间设计研究总院有限公司,上海市 200020）

北横通道工程BIM技术研究应用概述

高文堃

（上海市地下空间设计研究总院有限公司,上海市 200020）

北横通道新建工程是上海市2015年BIM应用试点项目之一,也是上海市首个全线全覆盖应用BIM技术的特大型城市道路工程。基于北横通道新建工程特点,编制涵盖道路、桥梁、隧道、下立交多工程类型的BIM交付标准和行为标准；结合北横通道新建工程特点,立足技术创新,进行设计方案比选、虚拟建设、工程漫游、施工工艺模拟等BIM应用,并研发了“特大型城市道路工程基于BIM全生命周期协同管理平台”。其研究成果将提高北横通道新建工程建设效率,提高管理水平,节省资源。

BIM；北横通道新建工程；BIM标准；协同管理平台

0 引言

建筑信息模型（Building Information Modeling, BIM）是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为基础,建立起三维的建筑模型,通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。它具有信息完备性、信息关联性、信息一致性、可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性八大特点。从1975年美国佐治亚理工大学的Chuck Eastman教授提出建筑物计算机模拟系统（Building Description System, BDS）的概念,到2002年BIM的概念被第一次提出,之后BIM技术的理念开始迅速发展。我国2003年引入BIM概念,国家先后出台多项推进政策, 2016年8月住建部发布《2016-2020年建筑业信息化发展纲要》[1]中明确指出“全面提高建筑业信息化,增强BIM、大数据、智能化、移动通讯、云计算、物联网等信息技术集成应用能力,建筑业数字化、网络化、智能化取得突破性进展,初步建成一体化行业监管和服务平台”。2017年2月,国务院发布《关于促进建筑业持续健康发展的意见》[2]中提到“加快推进建筑信息模型（BIM）技术在规划、勘察、设计、施工和运营维护全过程的集成应用,实现工程建设项目全生命周期数据共享和信息化管理,为项目方案优化和科学决策提供依据,促进建筑业提质增效”。上海市也在2016年推出了6本BIM标准。

BIM技术多用于地面建筑,市政工程中BIM技术应用起步较晚,目前尚处于初步应用阶段。北横通道新建工程作为上海市乃至国内首屈一指的头号特大型城市道路工程,也是第一个采用“业主主导,专业BIM咨询、各方参与”模式的市政工程项目。本文研究在这种模式下采用BIM技术对工程质量、进度、安全和投资等方面的辅助管理的具体应用,编制BIM实施系列标准,开发基于BIM与GIS技术的协同管理平台。

1 工程概况

1.1 工程概况

上海市北横通道是中心城区北部东西向小客车专用通道,服务北部重点地区的中长距离到发交通,是三横北线的扩容和补充。北横通道西起北虹路,东至内江路,贯穿上海中心城区北部区域,全线经长宁路—光复西路—苏州河—余姚路—新会路—天目西路—天目中路—海宁路—周家嘴路,向西衔接北翟快速路,向东接周家嘴路越江隧道,全长约19.1 km,是国内目前规模最大的以地下道路为主体的城市主干路。全线工程涉及盾构法隧道、高架道路、立交改造、道路下立交、地面道路改扩建等内容。

1.2 工程特点与难点

北横通道新建工程（下文简称“北横工程”）具有投资大、线路长、影响范围广、工期紧的工程特点。北横工程沿线的建构筑物复杂且经过多个中心区域,沿线主要相关控制建筑共计85处,交通流量大,离居民区近,因此对设计、施工以及环境保护都提出了较高要求。北横工程建设参与方众多,包括勘察、设计、施工、供应商、监理、第三方监测检测等,同时工程需与交通、消防、公安、市政管线公司、轨道交通等多家相关单位进行沟通,工程信息总量庞大、交互需求紧迫,现有的建设管理模式难以满足北横工程的管理需要,因此,亟待寻求适合北横工程建设信息化管理模式。

1.3 研究目标和研究内容

实现北横工程全生命期、各参与方的BIM应用,充分发挥BIM应用价值,有效控制和协助管理工程建设的质量、进度、安全和投资控制,提升北横工程的精细化管理水平,提高工程管理和决策效率,减少返工浪费,保证工期,提高工程质量和投资效益。

建立一套基于BIM技术的协同管理机制、数据标准、BIM实施标准,形成一套市政工程建设可复制、可推广的成套BIM应用和信息管理体系,为后续类似的大型市政工程推进BIM技术应用提供示范基础。

2 特大型城市道路工程BIM实施标准

北横工程BIM实施系列标准总体框架是以清华大学（CBIMS）标准框架为参考依据,分为应用需求层、核心层、约束层（见图1）。核心层以交付标准为中心,行为标准和资源标准控制、规范各参与方建模过程。BIM应用实施导则为各参与方提供各应用点操作说明和流程。

图1 标准框架示意图

2.1 BIM交付标准

根据北横工程工程类型,BIM交付标准分为桥梁篇和隧道篇,针对不同工程类型特点,编制交付标准,以保证在各自工程类型中BIM模型信息的准确性和完整性。交付标准内容包括模型范围、专业分类、几何信息、非几何信息、信息深度等级以及交付要求等。

桥梁篇专业分为:景观、道路、桥梁、排水、照明、监控。

隧道篇专业分为:环境、道路、建筑结构、通风、给排水及消防、供电、照明、监控。

几何信息主要包括模型中构件空间位置信息、尺寸。非几何信息包括设计参数、施工信息参数、设备参数、运维信息和其他信息。

模型深度等级是参照美国建筑师协会（AIA）2008年文档E202中定义的LOD的概念。同时为了给未来可能会插入等级预留空间,定义LOD为100到500五个等级。

2.2 BIM行为标准

BIM行为标准是指导模型创建和协同工作的标准,内容包括:模型交互应用流程、协同设计原则、模型创建要求、命名规则（规定项目文件夹、模型文件、构件等命名要求）、建筑结构扣减规则,并提供视图模板、构件颜色规定。BIM行为标准与交付标准之间存在一定的对应关系,如图2所示。

图2 行为标准与交付标准对应关系

3 设计施工过程BIM技术应用

3.1 设计阶段BIM技术应用

在设计阶段,借助BIM技术三维可视化特点,建立三维模型直观表达设计意图。如在北虹路立交水上派出所选址的方案比选过程中,BIM技术发挥了这一特长,在三维环境中清晰展示两个方案的利弊,辅助决策。同样,在天目路立交公示阶段,运用BIM模型与周边受影响小区街道及居民代表进行沟通,与传统的二维图纸相比,使居民代表更方便更全面地理解工程,做到了工程的公开透明,使居民更好地理解工程竣工状态,有助于解决群众诉求。除此之外,BIM技术在设计阶段的运用可以辅助设计师审查设计的合理性,并且BIM三维模型的信息表达要更全于二维图纸的表达,有利于规避设计过程中人为出现的失误,使得设计方案更加完善。

（1）优化规划方案,降低对环境的干扰。

北虹路立交新建工程与原有立交、建筑、交通、管线、驳岸相互交织,空间复杂。运用BIM技术,优化匝道与新建地块方案,解决主线占小区绿化、人行道的问题,如图3所示,发现承台与市政管线冲突21处,使工程对现状环境的影响降至最低。

图3 设计方案优化

（2）解决净空控制难题,提高沟通效率。

天目路立交新建大跨度大纵坡桥梁,上跨既有高架,实现北横与南北高架的连接,在立交环岛区呈空间四层交错分布,且局部采用大尺寸门墩,加之既有高架建成数年后已有一定沉降,使得桥梁设计中净空控制存在很大难度。在本节点中,通过对现状高架进行建模,并加入沉降数据进行模型修正,再整合新建立交模型形成精准的BIM模型,协助设计核对立交区内设计方案的净高,避免设计中可能存在的数据缺失造成方案缺陷,保证设计质量,提高设计品质。

3.2 施工阶段BIM技术应用

在施工阶段,借助BIM技术的可模拟性,未建先试模拟施工过程,提前发现问题,减少不必要的返工。如在明挖过苏州河段,施工的场地条件十分苛刻,运用BIM技术对工程就复杂节点进行4D施工模拟,检查工序碰撞,优化流水作业排布,深化施工方案和细化进度计划,降低了施工风险,确保了施工进度和安全。同样,江浦路新建下立交施工区域狭长,管线复杂,用地范围狭窄,利用BIM技术中二、三维联动及参数驱动的特性,分段布置、调整管线位置,直接生成规划断面图,既快速又精确,同时避免了管线碰撞。

在盾构穿越影响建筑的应用中,将风险点、一般影响建筑、计划拆除建筑和非影响建筑四类建筑物区分为红、黄、白和透明色,同时将建筑名称标注用编程的方式自动标注在建筑物上并区分颜色。对关注区域直接定位,在漫游时准确知道所处位置,解决二维三维联动和局部总体显示问题。调节地表透明度,既真实反映周边环境又可以显示地面以下结构物情况,免去切换地形的麻烦,实时断面剖切（见图4）,可以在关注的部位进行细致分析,提升了地下工程方案沟通效果和设计的精细度。

图4 盾构穿越影响建筑

4 特大型城市道路工程基于BIM全生命周期协同管理平台

在工程建设管理中,BIM技术的信息集成性为提升工程精细化管理提供了基础。北横通道是上海市基础设施建设中第一个采用“业主主导、专业咨询、各方应用”BIM应用模式的工程,业主和咨询单位建立了一系列BIM标准和管理制度,并且北横通道工程自主研发了基于网页的BIM协同管理平台,攻克了多软件模型融合、大体量模型轻量化展示等关键技术,为各方数据传递、交换、协同应用提供了基准和保障。

4.1 平台建设目标

以北横通道工程建设为背景,将BIM技术应用贯穿设计、建设和运维全阶段,结合GIS、web等技术搭建一个大型市政工程全生命周期协同管理平台,实现信息集成、共享、更新和管理,保证信息的一致性,实现各参与方的协同交流、信息共享,实现对整个项目的动态控制,为管理和决策提供帮助,提升工程设计、施工的管理水平,减少返工浪费,缩短工期,提高工程质量和投资效益。

以构建“特大型城市道路工程基于BIM全生命周期协同管理平台”为核心,建立工程参建各方的信息网络和信息流动机制,结合计算机技术、BIM技术、数据分析技术,通过基于BIM的中心数据库建设及工程协同管理技术的研究,形成一套可在工程建设行业内复制推广的成套信息技术体系。

4.2 平台的功能架构

以GIS和BIM三维空间模型为载体,将工程全生命周期的过程信息整合在一起,通过信息传递和交换平台,打破工程中不同阶段、不同专业、不同角色之间的信息沟通壁垒,实现信息的准确传递,并以此为基础,建立工程协同管理平台,围绕规划期、设计期、施工期、运维期的核心管理目标,使管理人员能够通过快速、形象、便捷的信息入口,进行工程全生命周期协同和智慧管理,改变市政行业传统管理和运营模式,提升市政工程的质量和效益。图5为平台整体功能架构。

图5 平台整体功能架构

平台采用分层分块技术、数据自动优化技术、LOD技术,实现大体量BIM模型数据的在线高速展现；建立了设计各方之间、设计方与施工方之间的联系；对施工过程进行进度、质量、投资和安全的全过程管理,使得各参与方不仅能够全面了解施工状态,而且能够系统提升施工管理能力；平台采用权限管理考虑数据安全以及知识产权维护等方面需求。

5 结语

北横通道新建工程是国内首屈一指的特大型城市道路工程,全线全过程应用BIM技术,是首个在市政领域采用“业主主导、BIM专业咨询、各方参与”模式的工程。本文结合北横工程特点,研究编制了BIM实施系列标准,并在北横工程中取得了良好的应用效果。根据北横工程进展情况,进行了多项BIM应用点的实施,自主研发了“特大型城市道路工程基于BIM全生命周期协同管理平台”,提升北横工程精细化管理水平,平台将在北横工程持续应用。

[1]住房城乡建筑部.2016-2020年建筑业信息化发展纲要 [Z].北京:住房城乡建筑部,2016.

[2]国务院办公厅.关于促进建筑业持续健康发展的意见（国办发[2017]19号）[Z].北京:国务院办公厅,2017.

广东省揭惠高速惠来段主线全部贯通

广东省揭惠高速公路惠来段全线建设进展顺利,目前已投入资金约9.85亿元,主线已全部贯通,预计今年9月份完成沥青路面铺设,今年年底将通车。

揭惠高速公路项目是落实广东省委、省政府《关于促进粤东地区实现“五年大变化”的指导意见》精神的重大项目,是省网二横、四横和五横线的联络线,是纵贯揭阳和汕头两市南北向的重要通道。该项目路线走向起于榕城区仙桥街道(接省道234线),经普宁南径镇,汕头市潮南区司马浦镇、雷岭镇,惠来县华湖镇、神泉镇,止于惠来县前詹镇(接规划的惠来沿海一级公路),全长71.8 km。其中:主线长约63.3 km,采用双向4车道、时速100 km/h的高速公路标准设计;榕城区内的连接线8.5 km,采用设计时速80 km/h、双向4车道一级公路技术标准。项目估算总投资86.5亿元。

揭惠高速公路惠来段起于惠来县华湖镇堡内村,经神泉镇前湖村,止于前詹镇新陂村,路线长11.7 km,沿线涉及华湖、神泉、前詹3镇15个自然村,估算总投资13.92亿元,设置有华湖互通立交和美园枢纽互通立交。华湖互通立交主要与原省道337线连接,设有华湖收费站一个,是惠来县的主要出入口;美园枢纽互通立交则为揭惠高速与深汕高速提供连续、快速的交通转换。目前,该项目已投入资金约9.85亿元,主线已全部贯通,路基工程已基本完成,路面工程已完成主线水稳垫层及两层底层铺设,两处立交全部匝道、桥梁路基工程已完成,预计今年9月份完成沥青路面铺设,今年年底将通车。

该项目贯通南部沿海临港经济产业带,建成后将有效串联沿线东西向公路,进一步缩短揭阳市区至惠来县的距离,进一步提高潮汕地区的通达程度,对促进区域协调发展和粤东一体化具有重要意义。

U41；TP31

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1009-7716（2017）07-0035-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.07.010

2017-03-16

高文堃（1990-）,女,宁夏石嘴山人,助理工程师,从事BIM研究工作。