BIM在综合性市政工程设计阶段中的应用

章沛蓉 张雨杰

(成都市市政工程设计研究院，四川 成都 610023)

1 概述

建筑信息模型(Building Information Modeling, BIM)技术是时下建筑行业信息化的一大热点课题。这一技术最早在1975年被美国乔治亚理工大学Chuck Eastman教授所提出[1]，在2010年后，随着理论的发展、生产软件的研发、各国标准体系的建立，BIM技术在大型房屋建筑工程、公共构筑物的应用中得以推广。在市政基础设施领域，由于技术、应用环境等多方面的原因， BIM应用的深度和广度与建筑工程领域则有较大的差距。

本文将对成都市草金路改造工程BIM应用的应用流程和主要应用点进行梳理，对设计阶段BIM应用技术障碍进行总结，并对设计单位近期BIM推广方向提出建议。

2 工程应用总结

成都市草金路改造工程全长14.4 km，包含道路工程、桥梁工程、给排水工程、综合管廊等工程。项目专业综合性强，且地处城区，边界条件复杂。

本项目设计阶段应用目标确立为：通过BIM技术实现方案可视化应用、碰撞检查及设计优化。参考《中国市政工程行业BIM实施指南(2015年版)》[2]制定了建模导则，拟定了模型交付要求，存储规则，构件级模型及专业主体模型的命名规则等要素。

本项目搭建了以高性能服务器为基础的私有云平台，高性能服务器能满足图形计算、网络、多平台模型浏览及查看的功能需求，同时也能实现文件级的模型共享及整合。

各主要专业实施的建模技术路线为：

1)现状管线模型：通过管探数据接口的二次开发，实现管探数据直接导入GIS平台及BIM模型整合平台。完成现状市政管线的准确、自动化的建模。

2)道路模型：通过鸿业路立得BIM软件，参数化完成道路平面、纵断面、横断面和交叉口的设计及建模，模型通过FBX格式文件导出。

3)管线模型：采用了鸿业管立得BIM软件，可通过CAD二次开发实现二维设计成果转换为Revit模型文件，在Revit中完善管线模型。

4)综合管廊模型：采用杰图综合管廊设计软件进行设计，通过二次开发接口导入至Revit中，在Revit中进行管廊节点的深化设计，完成最终管廊模型。

5)桥梁模型：本次桥梁建模的主要步骤为：利用Civil 3D提取桥梁平纵横线型数据，生成CSV数据表格，利用Revit建立桥梁上下部结构可拆分的构件族库，编辑Dynamo脚本，实现全桥建模。

6)地铁、支护桩等结构建模：通过参考CAD图纸在Revit中完成模型搭建。

各专业模型搭建完成后，在Navisworks进行模型整合，在整合之后进行技术应用(见图1)。

本次设计阶段BIM主要有三大应用点：

1)方案阶段可视化优化设计。本次设计通过不同的BIM可视化方案进行了方案论证、拆迁分析和交通分析。方案阶段的跨专业方案设计效率得到了较大的提升，在跨部门之间的方案评审会议中，通过BIM可视化技术让项目各参与方能从宏观和微观层面全方面理解不同方案，更加高效地进行方案探讨和比选，大幅度提升了项目决策的科学性和效率。

2)碰撞检查。在本次项目中，基于BIM三维设计，在设计过程中对不同专业三维模型中进行碰撞检测，形成反映结构之间物理冲突的“硬碰撞”报告和反映不满足设计规范、不满足设计、施工、使用阶段要求的“软碰撞”报告。本次项目中共发现87处由于专业不协调而需进行优化的地方，设计人员根据碰撞检查报告快速实现施工图设计的调整。碰撞检查不仅使得方案调整的效率得以提升，也能充分保证设计质量，从而减少由于设计环节的问题所导致的变更和项目成本(见图2)。

3)设计优化。BIM设计由于其可视化的特点，在设计优化方面有着突出的优势。本次项目中，比较典型的案例是：在常规的综合管廊出线井设计中，二维图纸很难表现各管线出线位置关系，设计趋于保守，容易造成地下空间浪费，而在地下空间复杂的区域，并不允许设置较大空间的出线井。通过本次的BIM设计，设计人员能在出线工艺设计时有据可依，大量地节省地下空间资源，并为其他管线布置创造出有利条件。

除此之外，本次项目还应用BIM对桥梁挡墙段设计、浅埋微型管廊高程、交叉口道路边坡等设计要素进行优化。

3 市政工程BIM设计阶段难点探讨

本次项目的BIM应用取得了一定的效益，但较完全发挥信息模型在设计阶段的作用还有较大的距离。我们根据本项目的实践总结了现阶段市政设计单位BIM应用技术层面存在的突出问题。

3.1 工作效率不高

目前常规的市政工程BIM模型设计，设计单位通常先进行二维CAD图纸设计，后以三维BIM“翻模”的工作形式完成。这样的工作模式让BIM应用变得低效。再加之现阶段国外主流的几大BIM平台软件由于软件自身缺陷、本土化不足，软件难以满足现阶段的设计需求。特别是对于LOD等级要求较高的BIM模型，现阶段难以高效地完成模型的搭建。同时，也难以实现通过BIM直接地提升设计效率。

3.2 多个应用点难以实现

根据相关文献资料[3]，行业提出了BIM具有全生命周期应用的价值。单论设计阶段，有“二维出图”“工程量统计”“性能分析”等多个应用点。但在工程实践中，实现上述应用点有一定难度。对于“工程量统计”，精准的工程量统计要求较高LOD等级的建模，算量效率远远低于传统的二维图纸算量手段；“性能分析”：由于数据交互的问题，现阶段市政基础设施所需的灾害分析、人流疏散分析、有限元分析等应用模型直接完成存在着一定的困难。

3.3 专业间实时协同困难

BIM应用一大亮点是实现专业间实时协同。若能实现实时协调，跨专业的设计将更为直观、有效。在Autodesk平台，建筑工程的建筑、结构、机电等模型可通过“工作集”的方式进行协同，而市政工程BIM涉及多个设计软件，难以用此方式进行实时协同。对于Bentley平台，要实现模型级的实时协同需搭建协同管理平台，同时所有模型需应用该平台软件搭建。因此，就目前应用条件而言，大部分设计单位的专业间实时协同存在一定的困难。

3.4 信息集成困难

信息集成是BIM最为核心的环节，通过对模型属性信息的有机整合，形成一套建筑信息库，从而对构筑物全生命周期信息进行有机的管理。而到目前为止，国内和国外面向市政各专业的信息编码标准、信息交互标准都还没有落地，配套软件也未定制开发相应的编码模块。各单位现阶段主要根据项目需求进行构件拆分和编码。同时，在市政工程设计阶段，项目各方较为关注的是道路、桥梁等专业的设计参数，在面向对象的编码规则中，往往很难对此类参数进行表达。因此，现阶段市政工程BIM应用中信息集成并不理想。

以上的难点分析从技术层面解释了现阶段BIM应用难以产生突出效益的原因。若BIM应用产生效益不明显且业主单位不对BIM设计另行计费，设计单位很难积极有效地去推广BIM应用。

所以，现阶段设计单位很难在市政项目中全面、深度地应用BIM技术，但在部分领域却可应用BIM技术提质增效。如，将BIM应用于城市地下空间综合设计，BIM将发挥其可视化、冲突检查等优势为地下空间三维设计提供良好的技术支撑；又如，在项目前期方案阶段，可将BIM与交通分析数据相结合，可实现可视化的交通仿真，真实地模拟出城市道路改造前后的交通运行状况；除此之外，设计单位还可以BIM数据为纽带，实现以数据模型为中心的全生命周期应用。通过实现“基于BIM的全过程咨询服务”来拓展BIM的应用价值。

4 结语

相较于房屋建筑工程，国内市政工程的BIM发展较为滞后，综合性市政工程BIM深度应用的案例还较少。本文以设计单位的视角从技术层面对BIM推广问题进行了探讨。

首先，本文以成都市草金路改造项目BIM应用案例为例，对主要技术路线进行了论述，对本项目进行了技术总结。之后，本文分析了现阶段BIM在综合性市政工程项目深度不足的几大原因：分别为“建模效率不高”“多个应用点难以实现”“专业间实时协同困难”和“信息集成困难”。本文以期为市政类设计单位BIM应用推广工作提供参考。