基于Bentley的临时工程规划与设计

刘 洋，马 赛，姚富智

（1. 中铁九局集团有限公司，辽宁 沈阳 110051；2. 中铁九局集团有限公司 路桥分公司，辽宁 沈阳 110032；3. 中铁九局集团第二工程有限公司，吉林 吉林 132000）

0 引言

临时工程的规划与设计是工程项目管理的基础。在二维设计条件下，要实现对场地不同布置方案的设计，需要进行大量的作图工作，耗时费力，导致技术人员不愿进行多方案比选。因此，临时工程规划往往出现未进行全面比选，规划不合理，临时占地及空间利用率较低；临时工程的实施与方案相脱节；二维规划与设计无法实现信息的全面表达与传递等主要问题[1]。应用BIM技术快速建模和组装数据下的信息可视化特点，达到一次建模、多次使用，能快速进行不同阶段的临时工程方案设计，节省大量时间、精力，为进行施工全过程管理提供帮助。

1 软件系统选用及技术路线

在临时工程规划与设计中应用BIM技术，软件的选择至关重要。目前，常见的建模软件有Autodesk REVIT、Dassault CATIA、TEKLA、Bentley MicroStation；协同管理平台有Dassault 3DEXPERIENCE、Bentley Projectwise等。考虑BIM技术在国内的成熟度及适用性，最终选定Bentley公司的MicroStation、ABD作为主要建模软件。Bentley各软件生成的文件格式均为DGN，在规划和设计模型的传递过程中，文件信息不会丢失，且软件性能较为领先，操作简便，适合后期推广应用。

以成昆铁路混凝土拌和站及项目驻地、大张高铁阳高制梁场、苏家屯CRTSⅢ型先张轨道板场、怀来铺轨基地为依托，以临时工程建设标准、规范为依据，将临建、工装、机械设备实现构件化。创建种子文件，保证建模人员相同的工作环境，在模型文件中建立不同模型形成模型库，利用共享单元及参考方式，从模型库中调取构件按照标准进行定位及摆放，完成模型组装，最终完成临时工程可视化设计、沉浸式漫游及视频输出，同时还采用实景建模、虚拟现实等技术提高设计效率和质量，项目研究技术路线见图1。

图1 项目研究技术路线

2 临时工程规划主要标准

2.1 规划技术要求

大型临时工程建设应以节约用地、节省投资、环保节能、永临结合、合理实用为原则，满足建设项目总工期的要求[2]，并与施工组织设计统筹考虑，经技术经济比选后合理确定配置方案、建设标准和规模。建立临时工程通用、专用技术标准清单，如现场临时设施的消防防火应符合《建设工程施工现场消防安全技术规范》等（见图2、图3）。

图2 临时工程设计符合防火等规范要求

图3 临时工程设计技术条件符合施工规范要求

2.2 BIM设计的视觉识别系统建立

办公区、生活区和施工作业区分区设置，采取相应的隔离措施。生活区、办公区采用庭院式布局，成组设置，设置室外活动区域，在正对大门入口处设置旗台。模型结构材质符合现场实际要求，现场所有大型设备机身印制中国中铁司徽及企业名称，依据《企业文化手册》建立BIM模型的视觉识别系统（见图4）。

2.3 建模标准与精度

参照现行的《中国市政设计行业BIM实施指南2015版》，根据研究深度需要，将BIM模型深度等级定义为L3级，以提升显示效果和真实反映构件细节（见图5）。即构件主要组成部分在几何上表述准确，能够反映物体的实际外形，保证在施工模拟和碰撞检查中不会产生错误判断。

图4 办公区临时工程设计视觉识别系统

图5 L3级精度实例

3 构件库创建及组装

3.1 环境种子文件创建

种子文件的创建对模型组装起着至关重要的作用，是开展研究与应用的核心工作，其创建质量的好坏直接影响模型创建效果，创建种子文件的主要目的是保证模型文件使用标准的一致性。种子文件建立完毕后，点击保存设置并退出工作环境，保存至规定路径，此后所有参与建模或规划的人员均可在不同地点在同一个环境下进行协同工作，保证了模型标准的一致性。

3.2 构件库建立

根据临时工程建设主要内容及现场实际情况，进行构件的划分与创建，模型建立完成后，通过更改图层等方式，对模型赋予材质及其他属性（见图6）。开发的构件类型与规模基本覆盖现阶段临时工程的主要设施与类别。最后将所有开发的构件纳入企业构件库，形成企业构件库结构树，便于后期临建工程规划设计应用。

3.3 模型组装

创建总装模型，在种子文件中参考原有的DWG初步平面规划图进行构件组装。为了缓解文件大小、运行状态及提高可重复性，构件均以共享单元的形式放置，拼装成最终的总装模型（见图7）。总装模型创建完成后，采用工具中的“参考”命令，保证总装文件能够记录参考文件位置，防止参考文件丢失。

图6 构件创建基本信息

4 基于Bentley的临时工程规划、设计实施与应用

采用Bentley系统作为BIM技术在临时工程规划与设计的实施手段，能充分表达设计意图，展现布置细节，便于后期规划的比选与方案调整，全面提升规划设计水平，较大程度弥补了二维设计的不足。

4.1 科学开展临时工程的规划与设计

传统的临时工程设计与现场实际结合的不够紧密，方案设计难以全部付诸实践或准确表达，方案设计审查及后期由于缺乏直观展示，难免会出现返工浪费、空间利用率低等问题，增大项目临时工程建设成本，在应用BIM技术之后能够有效地避免上述问题[3]。通过使用BIM模型，以可视化的方式协助各方审核临建规划，保证全部方案内容落实到位，更好地体现企业的品牌价值。

4.2 实现临时工程设备、设施间的碰撞检查

在大型机械设备进场之后，必须规范其作业位置以及作业半径，保证不会与其他设备设施发生碰撞。借助BIM技术对不同机械设备之间的空间关系进行模拟，找出在作业过程中可能会出现碰撞的位置，在施工的过程中加以防护；检查场内道路与施工道路尽量不交叉或者少交叉，以此保证施工现场的安全生产；临时水电避免与施工现场的固定式机械设备的布置发生冲突，应用BIM软件进行漫游和浏览，筛选分析危险源并预先采取措施。

4.3 ContextCapture实景建模，临时工程规划深度融合

航拍影像数据通过Bentley的ContextCapture处理后，为所需环境生成具有高分辨率的实景三维模型，此实景三维模型拥有逼真的细节、清晰的边缘、精确的几何特性和地理位置坐标。在完成初步空三解算基础上提交新的生产项目，就可以使用ContextCapture产生各种不同格式的成果，其中包括OBJ、SCS、FBX等多种类型。将实景模型导入Descartes进行编辑后，用MicroStation CE打开箱梁场等临时工程设计模型，将生成的实景模型参考其中、合成编辑，使设计者在三维实景中完成临时工程模拟规划，对征地拆迁位置、土方量及占地面积、地上物等进行调查，及时发现规划设计差错，避免后期实施出现纠纷或侵入限界等问题（见图8、图9）。

4.4 提供沉浸式检查手段，提升临时工程设计水平

虚拟现实技术以虚拟原型取代物理原型，具有多感知性、沉浸感、交互性、构想性等特点，不仅可再现真实存在的环境，也可以随意构想客观不存在的甚至是不可能发生的环境。目前，有较大一部分临时工程存在局部返工或设计不合理问题，通过开展虚拟现实技术研究可从根本上解决类似情况的发生。将生成的临时工程总装模型导出到LumenRT中，手动添加周边环境或利用航拍生成的实景模型，构建更贴近真实的虚拟场景，连接HTC Vive等硬件设备进行沉浸式漫游（见图10）。在虚拟场景中对临时工程的细部设计、规划布局等进行检查，方便对设计不合理的部位进行修改或比较，从而得到满意、直观的设计结果，该技术的应用也有利于设计单位与业主、施工单位进行设计交底及安全体验培训等。

图8 实景建模应用于临时工程规划

图9 实景模型与设计模型精度对比

图10 在LumenRT中对箱梁场进行沉浸式漫游检查设计

5 结束语

开展的基于Bentley的临时工程规划与设计研究，结合大型临时工程及过渡工程建设规范，借助无人机航拍、实景建模、虚拟现实等先进技术，实现了对临时工程进行规划设计的模拟分析、虚拟漫游、碰撞检查、快速出图等。开发了Bentley系列临时工程专业的分类构件库，方便临时工程模型快速构建，明确了相关的技术路线及方法，详细阐述了建模及组装流程，较其他的如广联达或鲁班场布等具有模型信息丰富、效果质量高、可采用技术手段多等特点，为其他专业的工程BIM技术应用提供了借鉴，具有较大的参考应用价值。