BIM(building information modeling)是包含创建与管理设施物理与功能特性的数字化表达的过程,其产生的一系列建筑信息模型可作为共享的知识资源, 为设施从早期概念阶段到设计、施工、运营及最终拆除的全生命周期过程中的决策提供支持 。 BIM 的应用解决了传统二维设计技术模式下信息沟通与传递存在的诸如信息表述复杂、协同设计困难、数据传输能力差、图纸联动性差导致高出错率等问题, 具有提高设计协同效率、共享设计资源和最大限度避免重复劳动等的优势。
 
受限于软件及使用技巧, 特别是填海工程的设计与地质资料紧密相连, 且涉及多专业间的协同配合, 填海工程的BIM 设计尚未完全推广应用。本工程BIM 设计采用Autodesk平台, 以基于云端的协同平台进行协同设计, 资源共享, 利用统一、准确的模型数据和可视化的沟通, 实现高效协同, 提高设计的准确性, 充分提高三维设计的价值。
 
1 工程概况
 
本工程为大型填海工程, 位于深圳机场二跑道以西、沿江高速以东、福永河以南, 陆域形成面积约为274.３ 万m2, 软基处理总面积约为289.2 万m2, 主要包括跑道区、外海堤、水面区、土面区、穿越道及绕行滑行道、滑行道、场区围堰7个功能区。
 
2 ＢIM 设计要求
 
为实现项目管理的科学化、标准化, 项目管理机构于2015 年颁布了《BIM 实施管理标准》(简称《标准》) , 明确了参与各方BIM 实施目标、管理、控制以及成果交付等要求。 根据《标准》的规定, 设计需制定项目策略书及实施方案, 明确以下内容: 1)BIM 软件及版本; 2)设计阶段BIM应用目的; ３)设计阶段BIM 应用范围; 4)BIM 工作内容; 5)各专业模型内容; ６)各阶段模型深度要求; 7)BIM 颜色要求; 8)建模规则与信息要求;9)协同工作分工; 10)成果交付格式及内容。
 
３ ＢIM 设计应用
 
本工程BIM 设计内容包括三跑道开挖及回填,外海堤基槽开挖、斜坡式结构、直立堤结构、场区围堰、土面区、滑行道、绕行道开挖回填、堆载预压及穿越道旋喷桩, 涉及专业主要有总图、水工、岩土、勘察等。 BIM 设计以三维地质模型为基础, 可以客观准确地反映设计意图, 提高设计的准确性及工程量计算精度, 减小误差, 辅助优化设计方案, 确保在工期紧张的情况下, 减少设计错误、节约成本, 利于后期项目信息管理。
 
早把握工程设计的方向, 解决设计阶段多方沟通、协通问题, 切实控制设计质量, 避免下阶段的工程风险, BIM 设计模型也可以在施工阶段中使用,通过施工工序及进度的模拟、仿真进行深入优化。
 
３.1 三维协同设计
根据《标准》的规定, 设计方需在服务器上搭建内部协同平台, 并对各专业的模型文件进行管理, 包括文件夹结构、模型深度、模型命名等。各专业根据相互的接口条件, 相互引用各专业间的模型, 进行动态设计; 设计协调员将协同平台初步完成的各专业设计成果在Navisworks 中实时总装, 并将出现的问题及时反馈给设计组, 设计组动态更新设计。 各专业协同见图2。

图2 各专业协同设计

协同设计平台能将常规项目的“串联” 设计流程转变为多专业“并行” 的设计流程。 本次协同设计囊括了参与的所有专业, 各设计组人员通过建立专业分组, 分配账号登录至云端平台。 各专业能够共享其他专业的最新设计信息, 实时查看、修改、更新, 发现及解决设计过程中专业间协同的问题, 商讨最优方案, 提高设计效率, 减少不必要的衔接错误, 提高信息沟通的效率和准确性。 参加项目设计的所有人员都可以使用同一数据格式, 在同一数字模型上进行工作, 最大限度地减少不同数据格式相互转换造成的数据信息丢失, 减少资料相互提交的错漏现象, 缩短设计成果在各专业流转的时间, 提高准确率。 同时,在设计总协调方的组织下, 多专业间还可发起视频会议, 协商更改方案, 优化设计。
 
三维协同平台还可以集成各专业的相关数据信息, 实现在互联网下大数据的协同, 平台中相关的信息可以根据项目需要设置好权限, 供不同职能权限的工程师参照引用及获取, 非相关人员不能查看项目的相关信息。 三维协同平台还具有发起流程的功能, 流程的发起包括模型数据或者相关文档、图片等附件, 通过更改共享文件的状态后可指定流程相关人员参与进来, 保证流程的运转, 参与流程的人员在获得任务时, 可进行邮件通知, 并在邮件中直接定位到具体的模型当中, 保证消息及时送达知悉。 与此同时, 文件的版本会在状态更改后自动升版, 文件任何的修改在检入后同样会带来版本的更新, 所有云端的文件都可以追溯查看历史版本, 保证文件的安全性。 工作流程见图３。

图３ 三维协同平台工作流程
３.2 三维地质模型
三维地质模型是大型填海工程进行BIM 设计的重要基础, 目前无论是国外的还是国产的三维地质建模软件, 其操作程序都过于复杂, 兼容性及适用性尚未达到完全开展设计的要求, 只有专业操作人员才能使用 。
 
本工程BIM 设计也遇到相似的困难, 在获得勘察数据后(约６00 个钻孔), 设计人员对地质模块进行了深入的研究, 结合项目的特点对数据库的结构与软件之间的连接进行修改, 通过将勘察数据包括外扩的钻孔(约200 个) 数据导入整理成通用数据格式, 并根据三维曲面实际连接情况批量进行数据的夹层处理, 剔除不合理的连接,实现勘察数据与三维地质模型的无缝对接转换。三维地质模型仍能保留钻孔数据属性信息, 后续也可以根据需要对钻孔数据库的信息进行添加。三维钻孔示意见图4。 处理后的钻孔数据在Ciｖil３D 中可考虑滨海沉积地层平缓基本规律, 自动分层算法按层号构建三维地质模型, 连接各钻孔之间的高程, 最大程度模拟地质情况, 可视化展现复杂地层变化情况。

图4 三维地质钻孔
三维地质模型包括三维实体地质模型、三维曲面地质模型以及包含地质信息的数据库。进行横断面出图时, 通过在Civil ３D 里做采样线, 剖切三维曲面模型, 调用地质信息数据库里的相关信息, 剖切之后可进行土层自动编号及土层高程的标注, 模型信息与横断面图一一对应。 地质剖切图可清晰体现各钻孔之间的连接规律及夹层情况(图5), 为后续的海堤设计及地基处理提供更加准确的地质资料, 保证设计更加准确、安全。

图5 地质剖面
３.３ 基槽开挖设计
常规的基槽开挖设计图采用高程控制, 根本原因在于缺少三维地质模型, 采用高程控制可以方便出图及进行工程量的统计。 但对于实际项目来说是不利的, 无法对多种土质进行分类统计,计量本身也存在误差, 容易对工程量统计产生较大的影响。
 
本工程采用BIM 技术建立三维地质模型, 可以实现分土层统计工程量, 极大地提高了设计精度。 基槽开挖设计实现了从传统的高程控制转变为土质控制, 通过将基槽模型与三维地质实体模型进行布尔运算, 获得不同土层的开挖模型, 分类统计各土层的工程量。 对于跑道及海堤基槽的施工图设计, 只需将开挖曲面添加到连续变化的三维地质横断面图中, 添加标签, 就可以直接生成满足设计深度要求的基槽开挖图(图６)。

图６ 开挖BIM设计断面(单位：m)
得益于BIM 技术的应用, 本工程基槽开挖的设计工作量减少了, 但基槽开挖量的统计却更加精确了。
 
３.4 斜坡式海堤设计
复杂地形的斜坡式海堤设计断面间相差较大,BIM 建模难度大。 虽然Civil ３D 本身并没有针对海堤的设计模块, 但利用软件自带的道路功能同样可以进行海堤及基槽等涉及地形方面的模型设计。本工程斜坡式海堤BIM 设计主要采用Civil ３D 软件。 斜坡式外海堤长度较长, 断面变化多, 采用Civil ３D 道路功能包含的部件编辑器 subcomposser进行设计, 通过在部件编辑器中对海堤断面的宽度和高度等设置参数, 赋予参数目标来控制变化,使断面具有通用性和开展参数化设计, 可以实现不同断面之间的过渡和衔接。 该功能还可以较好地还原设计方案, 相对于传统二维设计有很大的提升。
 
基于连续变化的三维地质模型, 根据计算结果进行模型的创建。 模型因地质的起伏变化, 通过BIM 模型可视化的特点可实时优化修改设计方案, 对不合理的地方进行局部重点考虑, 反复比选, 推敲出最适合项目并具有可实施性的方案。采用BIM 技术在斜坡式海堤中进行设计可以采用Civil ３D 软件的批量出图功能, 实现快速出图。 本工程场地范围广、钻孔数量多、出图数量多, 运用BIM 技术可以极大地提高出图效率及准确度,且设计图纸能够满足精度要求(图7)。 若需对方案进行调整, 则可以通过修改部件并在Civil ３D 软件中刷新, 相应的模型及断面图也会实时连动修改, 减少图纸修改带来的工作量。 模型生成后,相应的工程量可以在Ciｖil ３D 软件中快速、准确地进行分类提取。 在提高效率的同时保证了工程量的准确。
 
4 结语
1) 协同设计在BIM 应用中发挥着重要的作用, 基于云端服务器协同平台, 通过分配账号并设置权限来管理各专业的协同设计, 实时共享链接相互的设计成果作为本专业设计的依据, 更加紧密地将各专业的设计联系到一起, 解决传统设计中的沟通、协调问题。
 
2) 三维地质模型是进行填海工程BIM 设计不可缺少的因素之一, 通过对地勘数据库数据的处理, 可最大程度地还原地质情况, 并基于地质模型进行后续的基槽开挖、海堤设计等工作。
 
３) BIM 设计在保证设计准确性的同时, 还应能做到提高出图的效率, 尤其是大型填海工程中,涉及大量的钻孔和断面, 后续方案修改及调整也能减少工作量; 采用BIM 技术还能准确统计工程量, 提高造价咨询工作的准确性。
 
 
 
BIM界，共同建设BIM世界！中国BIM培训、BIM视频、BIM学习