隨著城市化進程的高速發(fā)展，城市規(guī)模在不斷擴大，基礎設施建設規(guī)模在增大，城市管理水平要求在提高。設計單位尋求更高效的技術手段提升服務價值，隨著BIM技術的應用嘗試與實踐，使項目建設相關參與方，逐漸認識到BIM技術在項目實施過程中的重要性。

　　項目位置示意圖

　　BIM技術是應用于工程全生命周期的數(shù)字技術，本質是數(shù)據(jù)信息的流轉，減少數(shù)據(jù)丟失，減輕重復工作內容，最終將項目中各種信息實現(xiàn)有效的一一關聯(lián)。BIM工具軟件更多關注于如何實現(xiàn)BIM建模問題，截至目前未能提出較好實現(xiàn)全過程應用的解決方案。媽灣項目結合工程特點、BIM技術應用需求，通過專項技術研究實現(xiàn)項目需求的BIM技術應用目標。

　　媽灣項目BIM技術應用從設計階段出發(fā)，在施工階段完善信息，最終共同服務于運維階段。開展研究內容分別是：建模（編碼、數(shù)據(jù)傳遞）、交付等標準研究，BIM建模方法研究，BIM模型平臺（模型應用環(huán)境）研究，BIM應用場景（各階段BIM應用點）研究。經(jīng)過對BIM技術應用內容的深入研究，實現(xiàn)BIM應用并形成BIM成果，從而實現(xiàn)BIM應用價值。最后，展望未來BIM應用的重點研究方向并提出建議。

　　跨海工程的挑戰(zhàn)

　　工程概況

　　媽灣跨海通道（月亮灣大道—沿江高速）工程位于深圳市前海合作區(qū)媽灣片區(qū)及寶安區(qū)大鏟灣港區(qū)，路線起于南山媽灣港區(qū)的媽灣大道與月亮灣大道交叉處，終于大鏟灣片區(qū)大鏟灣沿江高速收費站及金灣大道-西鄉(xiāng)大道路口。

　　媽灣跨海通道南起月亮灣大道，北至沿江高速大鏟灣收費站，分為前海段、海域段和大鏟灣段，主線全長約8.05公里，其中前海段2.5公里，海域段1.1公里，大鏟灣段4.45公里。

　　媽灣跨海通道分為地面道路和地下道路兩部分,地下道路規(guī)劃等級為城市快速路,雙向六車道,設計速度80公里/小時;隧道全長6280米,其中前海陸域明挖隧道段820米,海域盾構隧道段2060米,大鏟灣陸域明挖隧道段3400米。地面道路規(guī)劃等級為城市主干路,雙向六車道,設計速度40公里/小時。其中前海地面道路2.3公里,大鏟灣地面道路4.4公里。道路規(guī)劃紅線寬度為:前海段80米,大鏟灣段70米。

　　全線設置完善的市政管線和交通安全設施，隧道監(jiān)控管養(yǎng)中心1座。

　　項目沿線先后與前海段月亮灣大道（現(xiàn)狀）、怡海大道（現(xiàn)狀臨海路）、規(guī)劃夢海大道、現(xiàn)狀振海路、規(guī)劃聽海大道（現(xiàn)狀航海路）、規(guī)劃臨海大道（現(xiàn)狀聽海路），大鏟灣段規(guī)劃緯一路、緯二路、緯三路、緯四路、緯五路、緯六路、輔一路、輔二路，以及現(xiàn)狀輔三路、金灣大道等道路相交。

　　工程特點

　　媽灣跨海通道工程受周邊環(huán)境、地質巖層特點、遠期規(guī)劃控制條件等因素的綜合疊加影響，總結主要工程特點如下：

　　1.自然環(huán)境復雜、控制因素諸多、設計條件局促；

　　2.海底盾構隧道、地質情況復雜、設計風險較高；

　　3.超深超寬基坑、突破規(guī)范標準、設計難度較大；

　　4.協(xié)同專業(yè)較多、銜接難度較高、組織協(xié)調極難；

　　5.超長海底隧道、運營風險較高、運維策略復雜。

　　BIM技術的應用優(yōu)勢

　　本項目在“設計—建造—運維”過程中利用BIM技術輔助工程方案設計、概預算、施工方案評估等新技術應用；并將BIM作為各階段利益相關方的決策基礎。媽灣跨海通道工程基于真實三維隧道模型，輔助分析研究應急策略。

　　1.多種技術建立環(huán)境模型，虛擬復建現(xiàn)況控制條件；

　　2.地勘報告創(chuàng)建地質模型，分析地質條件指導設計；

　　3.復雜基坑三維可視設計，嚴格計算精細空間布置；

　　4.全部專業(yè)進行協(xié)同工作，減少錯誤提高工作效率。

　　BIM技術研究

　　BIM標準

　　1.建模標準

　　結合媽灣項目特點、BIM技術需求，BIM工作所處階段特點、工程設計難點、設計階段BIM成果與施工、運維階段的技術應用需求，編制了媽灣BIM建模技術標準，并應用于指導各階段建模工作，制定滿足于本項目設計、施工、運維階段的數(shù)據(jù)傳遞標準——《媽灣跨海通道工程BIM技術設計實施細則》與《媽灣跨海通道工程BIM分類編碼標準》。

　　2.交付標準

　　為保障媽灣跨海通道工程BIM工作實施過程中，對BIM成果的交付行為提供一個具有可操作性、兼容性強的統(tǒng)一基準；保障項目各參與方在同一體系下工作和交流，方便上下游單位實施廣泛的數(shù)據(jù)共享。參照執(zhí)行交付標準行業(yè)標準、深圳地方標準。

　　執(zhí)行《交通建筑領域建筑信息模型（BIM）設計交付標準》和其他地區(qū)相關行業(yè)BIM模型交付標準。

　　BIM方法

　　針對媽灣項目時間節(jié)點要求，結合各專業(yè)人員BIM技術應用水平，BIM技術儲備現(xiàn)狀，擬采用依據(jù)設計成果翻模與工程設計相結合的并行工作方式開展建模工作，同時開展正向設計建模方法研究工作。

　　依據(jù)設計成果建模 應用BIM軟件根據(jù)設計成果進行逐項建模的方法。為提高建模效率，盡量采用二次開發(fā)技術建模。

　　設計建模 直接采用BIM軟件進行各專業(yè)協(xié)同設計，并輔助模型的二維出圖。

　　并行設計 根據(jù)媽灣跨海通道工程特點，結合相關工程BIM技術應用經(jīng)驗，本項目技術目的為探索專業(yè)間BIM協(xié)同設計系統(tǒng)解決方案。

　　并行模式示意圖

　　本項目采用CAD設計（二維圖紙）與BIM技術設計并行的模式。這種模式能極大程度彌補BIM軟件現(xiàn)階段出圖短板的弊端，有利于BIM技術應用的順利開展。相比直接翻模模式，這種BIM設計的技術要求更高、難度更大、投入更多，能夠極大限度地發(fā)揮BIM技術的優(yōu)勢，實現(xiàn)高層次的協(xié)同設計應用，輔助項目設計，提升設計水平及設計質量。

　　BIM平臺

　　1.設計建模

　　目前市面上三維建模軟件多達數(shù)十種，但各軟件各有側重，價格差距也較大。目前應用最廣泛的是AutoDesk公司開發(fā)的Revit和Navisworks軟件，Revit軟件主要用于三維建模，Navisworks軟件主要用于模型仿真分析。

　　結合項目特點、BIM應用點需求，采用歐特克公司出品的BIM系列軟件。

　　本項目中利用AutoDesk開發(fā)的BIM設計建模平臺軟件，完成了道路、隧道、橋梁、基坑、管線管廊等工程的設計建模工作。

　　2.協(xié)同分析

　　根據(jù)BIM模型，在模型創(chuàng)建的過程中，記錄完成創(chuàng)建首次BIM模型工作后，將模型數(shù)據(jù)進入Autodesk Navisworks中，利用Navisworks的強大整合功能，把全線BIM模型整合到Navisworks軟件中，在軟件中進行碰撞檢查、設置視點。在軟件中設置問題分析視點，能展示項目現(xiàn)階段存在的設計問題，快速地找到有問題的位置。通過設置視點，展示同一位置不同設計方案的虛擬建造效果，輔助分析方案優(yōu)劣完成比選。

　　3.輕量化展示

　　720°全景展示 基于BIM模型制作的項目全景瀏覽鏈接?？梢酝ㄟ^移動端掃二維碼打開模型，也可以通過分享鏈接在PC端直接打開、瀏覽項目模型。

　　A360輕量化展示，是基于云計算的BIM數(shù)據(jù)管理平臺，通過該平臺可以實現(xiàn)溝通、交付、審核及儲存的功能。在手機端下載應用或在PC端瀏覽器打開鏈接，即可快速查看項目模型。一旦產(chǎn)生變更，能實時更新模型。

　　BIM應用場景

　　1.設計階段

　?。?）前期咨詢

　　完成項目總體策劃，提前進行相關技術標準研究。

　　道路、橋梁、隧道、管線管廊專業(yè)利用BIM軟件，將設計成果逐項建模，部分建模工作嘗試采用二次開發(fā)建模工具完成。

　　各專業(yè)模型實現(xiàn)整合。

　　制作完成BIM展示視頻。

　?。?）初步設計

　　碰撞檢查、設計方案優(yōu)化、工程量統(tǒng)計。

　　輔助工程方案比選。

　　4D模擬、施工模擬、VR、駕駛模擬。

　　可視化交底、工作匯報。

　　應急逃生分析。

　　本階段完成全線工程模型不低于LOD200的建模精度要求，并通過輕量化處理后，實現(xiàn)將模型數(shù)據(jù)在輕量化平臺中的三維展示、項目匯報及專業(yè)交底等工作。

　?。?）施工圖設計

　　施工設計階段BIM工作內容量增大，在深化LOD200標準模型的基礎上，深化設計、細化模型信息等建模工作。此外，施工圖設計成果是交付給下一階段的成果，對設計部門來說是工作結束，對施工單位來說是BIM技術應用工作的開始，同理，是后續(xù)運維階段對BIM模型數(shù)據(jù)的應用需求。在BIM模型的流轉過程中，設計單位作為BIM模型數(shù)據(jù)的起始部門，具備很大的優(yōu)勢將施工階段、運維階段的BIM技術應用串聯(lián)起來，因而，BIM工作需要結合施工、運維的應用需求。

　　2.施工階段

　?。?）優(yōu)化施工場地

　　利用BIM技術、傾斜攝影實景建模等技術，通過虛擬建造場地，在有限的場地內進行場內工作區(qū)的優(yōu)化布置設計，并通過BIM模型計算分析工區(qū)分布位置的合理性，提高場地的利用效率。

　　（2）4D施工模擬

　　運用BIM技術實現(xiàn)4D施工模擬，在計算機上模擬基坑、盾構施工過程，不僅可以提前發(fā)現(xiàn)施工中可能出現(xiàn)的問題，而且還能夠提前采取相應措施降低施工風險，確保施工安全，盡可能避免出現(xiàn)返工現(xiàn)象。

　　（3）可視化

　　施工階段應用三維模型可快速查詢工程所在地質情況、構件結構、位置信息等，節(jié)省管理人員時間，有效提高工作效率。

　　（4）方案交底

　　安全技術交底時應用BIM技術和3D打印，可以使情況更直觀，使管理人員和班組人員能夠容易理解施工重點、施工措施和注意事項。

　?。?）工程量統(tǒng)計

　　Revit軟件統(tǒng)計的模型工程量與清單工程量和實際消耗量進行多算對比，方便成本管控。

　?。?）人、設備管理

　　利用外部硬件設備將工作人員、管理人員、各種施工設備的信息（人員信息、工作分工項目、規(guī)定活動區(qū)域、設備控制信息、施工工作信息）與BIM模型利用空間定位等技術進行關聯(lián)，在基于BIM技術的施工管理平臺中，實時顯示人員分布情況、人員每天完成的工作量統(tǒng)計、施工設備電子圍欄工作區(qū)域管理等BIM技術應用。

　?。?）構件制作、運輸、裝配過程控制

　　利用設計階段建立的構件模型，將加工構件信息電子化，依據(jù)施工進度計劃，進行電子下單（包含構建空間幾何尺寸信息、材質、加工進行步驟、加工生產(chǎn)狀態(tài)等信息），構件加工工人依據(jù)電子單操作加工設備，按單下料加工，并可實施查詢、追溯構件過程。實現(xiàn)構件加工、運輸、裝配等信息的實時可查、可知、可控。

　　3.運維階段

　　BIM模型在經(jīng)過設計階段建模、施工階段模型信息補充過程后，BIM模型等級達到LOD400，信息內容極大豐富，除簡單的空間幾何尺寸等構造信息、材質信息外，還包含了構建生成、建造等相關信息，與運維階段管養(yǎng)、監(jiān)測工作相接，利用BIM技術提升運維養(yǎng)護管理水平。本階段相關主要應用于：

　　● 資產(chǎn)管理系統(tǒng)

　　● 綜合養(yǎng)護管理系統(tǒng)

　　● 養(yǎng)護數(shù)據(jù)移動采集系統(tǒng)

　　● 健康監(jiān)測系統(tǒng)

　　● 通風、除濕、消防等系統(tǒng)

　　● 運營安全監(jiān)控、應急救援系統(tǒng)

　　媽灣項目BIM技術應用

　　BIM的價值在工程全生命周期過程，體現(xiàn)在各階段能夠充分利用上階段數(shù)據(jù)，在此基礎上生成當前階段工程數(shù)據(jù)，并能很好地傳遞給下階段，各階段與相關階段的數(shù)據(jù)信息能夠形成有效銜接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)有效流轉，對工程帶來數(shù)據(jù)應用價值。

　　受限于當前行業(yè)應用衡量標準不完善、各階段應用研究重點不同，對相鄰階段傳遞數(shù)據(jù)的格式、內容等要求不一致，造成目前市政工程項目未能出現(xiàn)真正全生命周期的BIM技術應用。

　　本項目結合所處設計階段工程特點、設計難點、設計階段BIM成果與施工、運維階段的技術應用需求出發(fā)，分別開展三個階段BIM技術應用工作。開展BIM技術應用點如表1所示。

　　設計階段重要BIM技術應用點介紹如下：

　　復雜超深基坑BIM技術應用

　　基于BIM模型進行本階段的可建造性分析及優(yōu)化建議報告。所有分析的結果形成分析數(shù)據(jù)和報告。本報告提供兩種形式的內容：圖紙分析與綜合分析。其中，圖紙分析主要記錄在BIM模型創(chuàng)建過程中遇到的圖紙表達方面的問題。綜合分析是BIM分析的重點內容。通過完整的BIM模型，檢測各專業(yè)間的沖突及不協(xié)調。

　　1.4D仿真

　　臨海大道段基坑支護形式多樣、空間結構復雜。利用BIM技術，在創(chuàng)建BIM模型后，依據(jù)施工工序，為模型添加信息代碼，得到施工工序信息模型。利用4D模擬技術，對施工工序進行模擬和展示。用于驗證施工方案的可行性。提前發(fā)現(xiàn)節(jié)點計劃過程中可能存在的干涉風險，使項目參與方充分理解項目的關鍵節(jié)點控制要求。

　　依據(jù)基坑施工工期表，把基坑BIM模型按節(jié)點分區(qū)，并對每個構件進行編碼。給予構件一個“ISBIM4D”參數(shù)，并在參數(shù)內填寫編碼。

　　2.工程量統(tǒng)計

　　BIM工程量是基于三維BIM模型進行統(tǒng)計，利用BIM軟件，可以對BIM模型較快提取出工程量，是對BIM模型數(shù)據(jù)的進一步開發(fā)利用。與利用二維圖紙統(tǒng)計的工程量方式相比較，具備效率高、數(shù)量統(tǒng)計精確等優(yōu)勢。在本項目中通過兩種方式的工程數(shù)量比對，校核了工程數(shù)量，降低了工程概算誤差。

　　應急逃生策略研究驗證

　　媽灣跨海通道位于深海下，隧道長約6.3千米，長隧內對運營安全監(jiān)控、應急救援管理標準高，造成逃生方案設計復雜，利用BIM技術手段，從多維度對逃生方案進行分析、設計、優(yōu)化。

　　1.仿真分析

　　設計階段以解決隧道內發(fā)生火災工況時保障相關人員快速安全逃生的重要問題?；馂墓r時對人員逃生的影響主要因素：煙氣擴散條件、逃生路徑合理性。

　　利用盾構隧道BIM模型對煙氣擴散規(guī)律、人員疏散路徑進行數(shù)值仿真，分析驗證防災救援相關工程方案設計的合理性。

　　2.逃生策略驗證

　　利用盾構隧道BIM模型，考慮人員疏散、車輛疏散等分析模型的邊界條件，以動畫模擬形式模擬隧道內出現(xiàn)緊急情況下，驗證應急響應、疏散、救援策略的合理性。

　　盾構模型圖

　　利用BIM模型的多維度屬性，依據(jù)逃生方案（各種工況預案）設計應急逃生疏散計算模型，通過對不同工況下的火災條件、人員條件、車輛條件、救援設備條件的錄入，利用逃生策略模型分析評估隧道主體結構設計的合理性。

　　在當前大環(huán)境下，市政項目BIM應用需求高漲，國家出臺相關引導政策，地方業(yè)主單位積極制定地方執(zhí)行標準，各設計單位、施工單位、管養(yǎng)單位積極推進BIM技術與工程項目的結合應用。

　　目前受BIM軟件工具、設備硬件，建模標準、數(shù)據(jù)傳遞標準，BIM技術應用需求、應用理念的限制，造成各階段的BIM成果數(shù)據(jù)的可傳遞性較差，大部分都關注于各自階段內的應用。

　　BIM本質是數(shù)據(jù)，設計單位作為數(shù)據(jù)的制造者，施工單位作為數(shù)據(jù)的補充者，業(yè)主、運維部門、管理部門作為數(shù)據(jù)的使用者，應盡快建立起行業(yè)統(tǒng)一適用的標準。

　　媽灣跨海通道項目基于項目級BIM技術應用標準，在解決設計階段應用需求的基礎上，與施工單位聯(lián)合開展BIM應用工作，補充數(shù)據(jù)內容，共同服務于下階段的運管部門，設計單位協(xié)助其解決模型+數(shù)據(jù)與運維管理策略的結合應用問題，從而實現(xiàn)設計單位、施工單位、業(yè)主單位、運管部門的共同BIM應用價值。

　　本文刊載 /《橋梁·BIM視界》雜志 2019年 第3期 總第10期

　　作者 / 劉海強 楊冰 許志宏等

　　作者單位 / 北京市市政工程設計研究總院有限公司