BIM 在大连湾海底隧道工程复杂工艺中的应用

刘建，姜南岸

（中交一航局第三工程有限公司，辽宁 大连 116001）

1 早期可视化技术应用

电脑辅助绘图技术（CAD）的应用推广，将施工单位带入数字化制图阶段。而后辅助现场施工的相关数字化应用则一直停留在二维阶段，使用最为广泛的当属演示文稿（PPT），将枯燥、繁琐的文字方案转为图形、动画进行演示。在20 世纪90 年代工程行业可视化应用较为初级，施工人员基本能做到统筹兼顾，独立完成各类方案比选与工艺汇报相关可视化应用。

2 应用现状

随着时代不断发展，工程周期越来越短，结构越来越复杂，常规方式已无法全面准确地满足项目中的各项需求，BIM 营运而生。BIM 的出现带来了一场技术革命，然而在技术应用过程中问题也依然存在：BIM 软件众多，操作较为复杂，传统施工人员再无更多精力掌握BIM 技术用于指导施工，即使决策层大力推广，依然未解决相应问题。通过对多个项目的调查，BIM 建模与应用相关工作往往交由缺乏施工经验的应届大学生完成，亦或是直接BIM 外包，从而导致BIM 与施工的脱节，综合性人才的缺乏是绝大多数施工单位使用BIM 面临的问题。

作为一种可视化手段，BIM 最终目的是将汇报人的想法以最为直观、形象的形式，准确、高效地传递至方案审核人的脑中，最终信息传递质量的好坏直接决定了这项技术的实用性[1]。经过实践，采用固定BIM 解决方案（单一平台如欧特克BIM 套包）的可视化应用，尤其在复杂工艺下，往往事倍功半[2]。考虑到以上问题，若以BIM 为拓展手段，将多领域、多专业成熟技术融合，针对施工阶段不同的应用需求，灵活选用不同手段解决问题，以最小投入高质量完成相关分析，在不同维度为施工决策提供助力。

3 项目实践

3.1 平面方式解决方案

目前使用最广泛的方式就是利用演示文稿（PPT）的动画功能进行各类工艺流程演示，通过对演示文稿上的各类图片赋予简单的显隐动画，并在重点部位增添强调文字与文本框等，其特点是上手快，制作周期短，几乎成为施工技术人员的必备技能，在简单工艺情况下经常被采用。

本项目干坞双坞室沉管预制工序流程比较复杂，虽然也采用了此方式进行表达，但后期图片堆叠过于严重，动画逻辑调整也繁琐枯燥[3]。对现有技术进行改良，针对复杂且三维化依赖不高的应用需求，引用PS 加EDIUS 的平面解决方案，通过PS 强大的图层创建、编辑、修改、整理功能，将不同时间节点的形象进度统一整理。在沉管安装进度演示中，通过此方式将南北岸不同施工阶段、沉管预制情况进行18 个月进度演示，较好地完成了相关应用。

3.2 准BIM 方式解决方案

针对复杂工艺，采用BIM 固有解决方案对干坞底板施工、主线炸礁施工、北岸施工等整体施工方案进行进度推演。干坞底板施工异常复杂，常规方式无法合理、科学、有效地对施工进度进行推演。为了能准确把握施工细节，按天详细编排进度计划，按工段划分模型，直观形象地进行推演说明。经过讨论发现多处生产与技术方面的问题，并提出了相应的调整解决方案。北岸施工在进度模拟的基础上，增加船机设备的布置模拟，发现基础开挖船机配置不合理，坞口南侧设备工作面狭窄，斜坡段通道开挖不经济等诸多问题，见图1。

图1 北岸进度推演Fig.1 North bank progress deduction

BIM 进度推演需要有准确的模型和详细的计划，与常规进度汇报相比较，需要做更多的准备工作。首先在施工结构建模的过程中，要求施工人员熟悉图纸；在计划编制中，要求施工人员对于工序间的前后逻辑关系把控严格，对于每个部件的施工时间进行合理安排。通过BIM 进度推演，促使施工人员挖掘施工项目隐藏的各类风险点，从而大大提高进度管理水平[4]。

由于项目进度计划的信息不足（回填施工方向），各结构模拟只能显隐，缺少施工方向维度，这也是此方案不足之处。

3.3 动画方式解决方案

动画制作已经成为BIM 外包市场主流的产品，通过视觉传达专业手段，利用后期软件增加炫酷效果强调施工中的关键、核心工艺，再通过剪辑手段增加配音，从而在多维度层级下把握内容节奏，较好的将工程方案动画化。优点在于逼真的渲染效果，多维度直观展现；缺点在于视角单一，制作周期长，修改投入高，对于制作人员的能力要求也很高，使用方几乎不可修改。

在浮坞门沉箱原位现浇与炸礁工艺交底过程中，从探索研究角度出发，大胆尝试了多种方式自主实现应用需求。在可视化方面，先后采用了CPU 与GPU 方式对BIM 模型动画进行渲染编辑，经测试，采用后者时效率得到大幅提升。在工艺方面，总工程师牵头参与全程交底方案文稿制作，对制作过程中发现的技术问题及时调整，成稿后进行交底讨论，切实将BIM 应用落地，取得了较好的效果，同时培养了多名综合性人才。可视化交底如图2 所示。

图2 可视化交底Fig.2 Visual handover

智能手机的普及与二维码的广泛应用也催生出其他的相关应用，利用720 全景技术制作的施工作业指导书也大大扩展了“BIM+”应用的范围与深度，通过渲染制作各工序的全景图片上传至服务器，仅需用手机扫取二维码即体验“伪VR”化的技术文件，大幅度增强直观理解程度。

通过将实拍影像与虚拟BIM 模型进行结合，在真实动态环境中模拟项目建成后的情况，此技术利用虚拟拍摄计算实景镜头空间位置，反馈至BIM 软件用同视角将模型与实景完美整合，巧妙且低成本地绕过倾斜摄影的实景技术，最终成果相似于混合现实表达，其大大扩展了项目航拍后的相关成果应用[5]，区别于实景效果图，其较好地形成了项目BIM 结构的动态实景预览，见图3。

图3 BIM+虚拟拍摄Fig.3 BIM+Virtual shooting

3.4 交互方式解决方案

考虑到上述解决方案的优缺点，探索在交互层面深化应用，以仿真模拟作为交互的思路与方向，谋求像电子游戏般自由度对工程各类进度与工艺情况进行推演与模拟，从而将现阶段应用提升至新的维度。本项目最终接头施工结构工艺流程众多，结构复杂，较适用于本项交互技术。

交互方式解决方案Ⅰ，BIM 模型与进度计划依然是本解决方案开展的前提，交互应用软件将计划与模型的绑定也属常规工作，核心在于根据施工方案文稿对模型赋予相应的移动方向、飞入次序、显隐关系[6]，通过材质区分钢闸门、混凝土、海水、回填砂石等结构和环境。在外部，能整体了解工序各阶段情况；在舱内，通过调整结构透明程度清晰查看舱内空间情况及各种设备的运行情况。通过自定义时间轴将施工期任意时间“冻结”，无死角动态浏览、编辑、查询各类信息，真切地将设计与施工意图进行诠释[7]。此解决方案可理解为准BIM 解决方案的升级版，制作周期短，修改更为灵活，模拟自由度高，在外接VR设备后，仿真施工人员作业环境，可在工程、安全、质量等多个方面开展应用[8]，见图4。

图4 交互方式解决方案Ⅰ在最终接头方案中应用Fig.4 The application of interaction solution I in the final joint scheme

交互方式解决方案Ⅰ由于采用“直奔主题”的方式大大提高了方案汇报的效率与直观性，但此模式更多通过可视化的方式承载施工信息，质量要求、工艺细节控制及保障措施等都是通过汇报人口述方式完成，存在一定的归档总结局限性。针对以上缺陷不断深化交互模式，在南岸陆域A段施工过程中，采用交互方式解决方案Ⅱ开展相关应用实践。

交互方式解决方案Ⅱ采用逻辑建议编程的方式，将各种视频、表格、图片以按钮的方式按施工流程分级预设，使用者根据自身的需求选择性地审阅，本方式极大地拓展了方案汇报或交底的信息量，可以将多个工序的各类信息进行集成汇总，在成果总结方面也有着强大的应用潜力。本项目南岸陆域施工过程中，选取施工工序最为繁杂的陆域A 段进行交互式可视化交底的应用实践，交底内容囊括了工艺流程中所有技术要点与质量标准，达到了较好的应用效果，见图5。

图5 交互方式解决方案Ⅱ在南岸陆域A 段方案中应用Fig.5 The application of interactive solution Ⅱin the south bank land area section A scheme

4 BIM 可视化应用价值分析

对于项目不同的需求灵活采用不同的应用技术，通过对上述4 种解决方案和与其相应改良方式的使用对比后，对于其适用领域、优缺点及项目中实际应用等相关情况进行分析，BIM 可视化应用价值见表1。

表1 BIM 可视化应用价值表Table 1 BIM visual application value

5 结语

通过多年来对于BIM 可视化技术的研究与实践，不断思考BIM 在项目上的应用落地方式，在施工单位中，低门槛、零成本、高质量的BIM 应用必将成为未来一个时期的发展趋势，针对项目不同需求，借助其它专业优势不断改良落地，逐渐替代传统方式的应用与管理流程，最终得到更适合施工企业发展的方式。