郭腾峰-公路BIM研发与应用

公路BIM技术研发与应用 郭腾峰日期：2016-0 中交第一公路勘察设计研究院有限公司 西安纬地软件 汇报内容 BIM三维设计 设计过程三维化、所见即所得设计过程三维化、所见即所得 仿真分析与评价 多多专业、专业、多角度多角度 提交BIM成果 为为建设期和运维期提交建设期和运维期提交BIMBIM模型和模型和 数据信息等数据信息等成果成果 建设与运维管理 施工组织推演、进度与质量、工施工组织推演、进度与质量、工 程量统计、资产与养护管理程量统计、资产与养护管理 BIM对公路工程意味着什么？ 一、背景 二、BIM设计与建模技术 三、BIM仿真分析技术 四、BIM数字交付 五、BIM基础标准 六、一些观点和认识 汇报内容 一、背景 一、背景 1 国家、行业各层次驱动 行业驱动 交通运输部刚启动BIM技术体系研究项目 一、背景 1 中国交建集团大力支持 集团大力发展 一、背景 2 实际工程项目研发 2014.42014.9 项目策划、需求调研 2014.5 一、背景 3 项目协调 中间协调、汇报 一、背景 4 交流与学习 上海中心参观学习 一、背景 公路学会计算机年会 4 交流与学习 一、背景 4 交流与学习 建筑工业信息化研讨会 一、背景 5 安装及调试 广东信茂高速公路 平台安装部署 一、背景 近20年持续研发纬地三 维集成CAD解决方案。 覆盖路线、桥涵、隧道、路 基、挡土墙、涵洞、土方、 地质、交通工程与沿线设施 、安全评价 约95%以上的公路项目是采 用纬地软件完成的。 中交一公院研发应用概况 一、背景 大量海内外公路与铁路工程 实践应用 中交一公院研发与应用概况 发布“发布“ 道路三道路三 维维CADCAD 系统”系统” 01年 0年 研发“研发“ 工程工程仿仿 真平台真平台 系统系统” 0年 发布“发布“ 路线三路线三 维互动维互动 设计技设计技 术”术” 0年 探索探索成成 功“数功“数 字字公路公路 平台构平台构 建建技术技术 ” 年 完成湛完成湛 徐高速徐高速 数字公数字公 路系统路系统 （BIMBIM核核 心）心） 年 研发信研发信 茂高速茂高速 公路数公路数 字公路字公路 平台系平台系 统统 承担中承担中 国交建国交建 BIMBIM课题课题 （公路（公路 部分）部分） 年 参加交通参加交通 部部 技术政策技术政策 软课题研软课题研 究究 二、BIM设计与建模技术 二、BIM设计与建模技术 纬地道路三维集成CAD解决方案 纬地BIM技术流程 覆盖路线、桥涵、隧道、路基、挡土墙、涵洞、土方、地 质、交通工程与沿线设施 二、BIM设计与建模技术 纬地道路三维集成CAD解决方案 实现三维协同设计 + BIM自动建模 典型高速公路主体与标志典型高速公路主体与标志 BIMBIM模型效果图模型效果图 某山区高速公路某山区高速公路BIMBIM模型效果图模型效果图 二、BIM设计与建模技术 纬地道路三维集成CAD解决方案 桥梁建模技术桥梁建模技术安全设施安全设施建模技术建模技术 隧道隧道BIMBIM建模技术建模技术 涵洞建模技术涵洞建模技术 实现三维协同设计 + BIM自动建模 二、BIM设计与建模技术 纬地道路三维集成CAD解决方案 交通工程与安全设施 实现三维协同设计 + BIM自动建模 二、BIM设计与建模技术 纬地道路三维集成CAD解决方案 钻孔1 钻孔2 ， 新地层向上尖灭 地表TIN网 地层1 地层2 地层3 地层1 地层3 工程地质三维设计与工程地质三维设计与BIMBIM模型模型 实现三维协同设计 + BIM自动建模 二、BIM设计与建模技术 路线BIM设计与建模技术 二、BIM设计与建模技术 三维互动视频动画 1 道路设计与建模 二、BIM设计与建模技术 发布日期： 2006-10-12 二、BIM设计与建模技术 交安设施BIM设计与建模技术 二、BIM设计与建模技术 工程地质三维设计与建模 二、BIM设计与建模技术 基于同一数据源，基于同一专业计算分析核心 实现道路工程多专业设计 实现多专业自动BIM建模 BIM模型部件自动赋值（属性信息） 技术要点与优势 基于欧特克的autocad 应用C、ARX、OPENGL软件开发技术 研发高速公路桥涵、隧道、交通工程、地质等三维实体建模技术 BIM三维可视化管理的基础 二、BIM设计与建模技术 BIM模型、图表成果与路线数据统一（同源） 满足各阶段设计要求，同时满足BIM提交要求 实现建模与设计同步，高效准确，高效 BIM模型部件可识别、具有空间地理信息 技术要点与目标 三、BIM仿真分析技术 三、BIM仿真分析技术 研发基于BIM的工程仿真平台系统 三、BIM仿真分析技术 研发快速构网和索引显示技术，独立开发图像和模型分层优化、场景 提取等技术；研发全三维虚拟仿真平台，突破海量模型和大范围影像 等处理瓶颈，实现虚拟道路场景实时调度和浏览。 图像与数据的金字体技术 海量数据快速调用+实时浏览仿真 三、BIM仿真分析技术 三、BIM仿真分析技术 国内首套自主研发的六自由 度3D道路驾驶模拟舱系统 自主研发基于BIM的模拟驾驶（舱）系统 三、BIM仿真分析技术 方案三维展示输出项目三维动画 全方位、可视化的方式（不同于传统动画） 多信息支撑（几何指标、空间信息等） 三、BIM仿真分析技术 视距是公路设计最基础的控制性指标 提出视线棱体理论模型，研发视距测算功能 道路仿真分析视距检测分析 三、BIM仿真分析技术 道路仿真分析视距检测分析 三、BIM仿真分析技术 道路仿真分析标志设计合理性分析 三、BIM仿真分析技术 交通安全性检验眩光分析 基于精准BIM模型 研究构建车辆灯光照射模型 三、BIM仿真分析技术 交通安全性检验眩光分析 四、BIM数字交付 数字公路基础信息平台 四、BIM数字交付数字公路基础信息平台 施工文件 （图表） 工程量文 件（Excel ） 三维地形 （DTM） 三维BIM 公路模型 基于BIM 技术核心的多元数据库 文件管理 及查询 （构造物 ） 信息统计 进度（计划） 三维动态显示 质量校核土方计算 地理空间 查询 高清影像CAD 设计文件 道路数据 文件 DLG数字 地形图 基 于 BIM 的 三 维 仿 真 平 台 基 于 GIS 的 多 元 海 量 数 据 管 理 平 台 基于BIM技术核心的数字公路基础信息平台 功 能 BIM 多 元 数 据 库 组 成 平 台 组 成 数字公路平台构成 数字公路平台=地质三 维模型+地标数字高程 +地表航空/卫星影像+ 道路实体模型+设施三 维模型+工程模型属性 信息=数字公路平台。 多元信息融合，仿真浏览分析 四、BIM数字交付数字公路基础信息平台 与高精度影像准确叠加、数据信息丰富 模型精细，每个构件独立 实体模型具有明确“身份”信息 文件 GIS 仿真 关联 关联 关联 浏览 扩展应用 四、BIM数字交付数字公路基础信息平台 设计成果管理 文件查询 通道专项查询 提供完整设计图表成果 符合现行编办和习惯 成果三维浏览、查询 设计过程数据（纬地、桥梁通等） 四、BIM数字交付数字公路基础信息平台 四、BIM数字交付数字公路基础信息平台 四、BIM数字交付数字公路基础信息平台 四、BIM数字交付数字公路基础信息平台 四、BIM数字交付数字公路基础信息平台 4D施工进度推演桥梁 施 工 阶 段 四、BIM数字交付数字公路基础信息平台 施 工 阶 段 4D施工进度推演 隧道 四、BIM数字交付数字公路基础信息平台 施 工 阶 段 4D施工进度推演路基 四、BIM数字交付数字公路基础信息平台 现场测量（GPS RTK） 点校核界面及校核成果 施 工 阶 段 施工计量路基土石方 数字化设计成果提交方式 创新成果提交方式 拓展设计成果内涵 注重过程管理（变更编辑） 注重成果存储结构规划，构建“数字化编办” 便捷查询、快速统计、创新图档管理 分合同段分篇章分构造物记录变更 四、BIM数字交付数字公路基础信息平台 适应分散办公条件，考虑硬件设备普及率 便捷性，进行跨平台开发 基于xcode集成开发环境 IOS 跨平台开发，增强系统移动性 四、BIM数字交付数字公路基础信息平台 五、BIM基础标准 数据信息编码规则 五、BIM基础标准数据信息编码规则 能够支撑公路行业相关软件的调用 规范公路各种信息数据 为信息管理和数据积累提供标准化的规则 在充分研究的基础上，构建合理的编码规则结构 （1）分类规则 （2）命名规则 （3）构建属性编码 1 研究建立BIM数据编码规则 五、BIM基础标准数据信息编码规则 研究提出4大分类：基础地理数据，公路设计数据，进度数据，多媒体数据 在分类基础上制定了标准化命名规则（确保唯一性、可追溯） 属性编码 基础数据公路设计施工进度多媒体文件 公路设计(02)(GL) 路线路基路面桥涵(03)(GL-QH)路线交叉. 桥梁(01)(GL-QH-M-QL)涵洞(02) ID，名称，项目编号，中心桩号，类型，起点桩号，终点桩号，宽度，长 度，孔数及孔径，交角，上部构造，桥墩类型，桥台类型，设计文件，备 注，分类，中心桩号D，起点桩号D，终点桩号D 属性编码 大类 命名规则 分 类 结 构 1 研究建立BIM数据编码规则 五、BIM基础标准数据信息编码规则 大类中类数据小类编码属性信息备注 公路 设计 类 (02) 路线 (01) 桩号 (01) GL-LX-P-ZHID、图层名、颜色、类型、高程、XY坐标 GL-公路设 计类 ZH-桩号 PM-平面线 形 JD-交点 平面线形 (02) GL-LX-L-PM ID， 线型，项目编号，起点桩号，终点桩号，起点桩号D，终点桩号D，单 元长度 交点 (03) GL-LX-P-JD ID， 线型，项目编号，交点编号，交点X坐标，交点Y坐标，起点桩号，终 点桩号，起点桩号D，终点桩号D，单元长度 交点线 (04) GL-LX-L-JDXID， 线型，项目编号，起点桩号，终点桩号，长度 路基 路面 (02) 边坡 (01) GL-LJLM-L-BPID，边坡类型，路侧，图层名，颜色 LJLM-路基 路面 路基排水 (02) GL-LJLM-L-PSID，排水类型，路侧，图层名，颜色 路面 (03) GL-LJLM-M-LM ID，名称，路面类型，起点桩号，终点桩号，宽度，长度，项目编号，中 心桩号，中心桩号D，起点桩号D，终点桩号D 桥涵 (03) 桥梁 (01) GL-QH-M-QL ID，名称，项目编号，中心桩号，类型，起点桩号，终点桩号，宽度，长 度，孔数及孔径，交角，上部构造，桥墩类型，桥台类型，设计文件，备 注，分类，中心桩号D，起点桩号D，终点桩号D QH-桥涵 涵洞 (02) GL-QH-M-HD ID，名称，项目编号，中心桩号，类型，建筑类型，孔数，孔径，交角， 涵洞高度，涵洞长度，设计文件，中心桩号D，分类 路线 交叉 (04) 互通式立交(01)GL-JC-M-LJ ID，互通名称，交叉桩号，交叉角度，互通形式，互通类型，互通起点桩 号，互通终点桩号，被交路名称及等级， LJ-立交 TQ-天桥 TD-通道 通道 (02) GL-JC-M-TD ID，名称，项目编号，中心桩号，类型，建筑类型，孔数，孔径，交角， 通道高度，通道长度，设计文件，中心桩号D，分类 分离式立交/ 天桥(03) GL-JC-M-TQ ID，名称，项目编号，中心桩号，类型，起点桩号，终点桩号，宽度，长 度，孔数及孔径，交角，上部构造，桥墩类型，桥台类型，设计文件，备 注，分类，中心桩号D，起点桩号D，终点桩号D 隧道 (05) 隧道 (01) GL-JC-M-SD ID，名称，项目编号，中心桩号，起点桩号，终点桩号，宽度，长度，设 计文件，中心桩号D，起点桩号D ，终点桩号D SD-隧道 属性编码分类规则命名规则 1 研究建立BIM数据编码规则 五、BIM基础标准数据信息编码规则 1 研究建立BIM数据编码规则 首次建立公路BIM编码规则， 为公路海量数据的存储、调用 奠定了基础 解决公路基础数据资源分类和 管理的难题。 五、BIM基础标准数据信息编码规则 分阶段提出标准（交付内容、交付深度精度） 继承已有标准，满足现行“编办”和设计要求 拓展涵盖设计基础数据（道路设计数据、桥梁设计数据等） 与传统设计成果能够实现实时关联查询 2 研究制定BIM模型交付标准 五、BIM基础标准数据信息编码规则 阶段 模型 工可阶段初步设计阶段施工图设计阶段 （1） 地图模型 1:5万或1:1 万的精度。 （可选） 建立数字地面模型，方案比较 图1:1万，推荐方案总体图 1:2000。 1:2000的精度，完成纹理贴图，使用人工实 测的地面数据修正地面模型。 （2） 路基模型 道路中线、 桩号。 建立路基三维模型，包括：路 基宽度、边坡坡率、边坡高度、 中央分隔带宽度、护坡道宽度、 碎落台宽度、用地界位置，并 与对应的方案说明和设计图、 表、关联。 建立路基三维模型，包括：路基宽度、边坡 坡率、边坡高度、中央分隔带宽度、护坡道 宽度、碎落台宽度、用地界位置、路面横坡、 土路肩横坡、路面结构厚度、中央分隔带开 口、防撞护栏、防眩板或植被、各类边沟、 截水沟及路基各类防护形式的贴图，并与对 应的方案说明和设计图、表、关联。 （3） 桥涵模型 道路中线、 桥涵二维标 志。 建立桥涵三维模型，包括： 桥面、盖梁、梁板、桥墩，并 与对应的方案说明和设计图、 表、关联。 建立桥涵三维模型，包括：桥面铺装、护栏、 盖梁、梁板、桥台、墩柱、承台、桩基础， 并与对应的方案说明和设计图、表、关联。 信 息 类 别 分阶段 深度和精度要求 2 研究制定BIM模型交付标准 五、BIM基础标准数据信息编码规则 基于BIM编码规则和交付标准的要求，利用ArcGIS进行二次开发 便于空间信息数据管理 可利用GIS分析统计功能 与AutoCAD（dwg格式）兼容 3 构建BIM多元空间信息数据库 五、BIM基础标准数据信息编码规则 BIM多元空间属性信息数据库 施工文件 （图表） 工程量文件 （Excel） 按照合同段专 业分册 创建文件目录 增加文件编码 增加桩号索引 数据提取 工程量数据 数据转换 清单数据 ADO数据库 接口 分层提取、格 式转换 项目分类 投影坐标变换 投影坐标转换工程实体分类格式转换 地形图无缝拼 接 数据转换程序 DLG裁剪 （AOI） 属性编辑地图合并 ADO数据库 接口 Arc SDE空间 数据引擎 CAD 设计文件 道路数据文件 DLG数字 地形图 GIS地图文件成果 GIS图形与设计成果、设计数据的完美统一 中交一公院公路BIM模式总结 实现基于BIM核心的多专业协同设计 实现三维设计+自动BIM建模（覆盖多（覆盖多专业，打通从设计到建设、运维的专业，打通从设计到建设、运维的 数据共享与传递的瓶颈）数据共享与传递的瓶颈） 实现多专业仿真分析应用（包括（包括4D4D施工推演）施工推演） 实现BIM交付（数字公路基础信息平台）（数字公路基础信息平台） 探索BIM建设期应用（多个实际工程项目）（多个实际工程项目） 六、对公路交通BIM发展认识 个人观点：积极探索，谨慎预期！ 六、对BIM发展的认识 建筑行业BIM应用较多（特点：多为点状工程）（特点：多为点状工程） 多为建模+部分专业的仿真分析（所谓碰撞（所谓碰撞检查）检查） 少数能实现部分工点的虚拟施工（4D4D） 极少实现BIM交付的 上海上海中心并没有中心并没有实现从设计到建设期的实现从设计到建设期的BIMBIM交付交付 一般建设项目与一般建设项目与运维期对运维期对BIMBIM的需求的需求没有没有 工程行业BIM发展情况？ 六、对BIM发展的认识 设计和手段更新，甚至到工作与管理方式变革 但短期并不能提高工作效率（工作量是增加的，效率肯定是降低的 ，提高质量效果不明显；所谓提高效率对比标准直接相关） BIM能发挥什么作用呢？ 六、对BIM发展的认识 BIM有难以适应的地方 （例如：道路选线、结构分析计算、设计图表输出） 必须与相关技术融合集成 （CAD技术、仿真技术、勘测技术、网络技术） 存在诸多瓶颈问题 网络传输速度、计算机存储量、运算速度还够高不够快 效率降低，投入增加，谁来埋单？ 社会综合环境差异，数字化施工与人工操作； 高度集成化的BIM平台是否存在？！（GIS呢？） BIM能解决所有问题吗？ 六、对BIM发展的认识 由于当前无法系统实现全过程、全专业BIM，所以单一项目 、专业、工程、设施、工点，都应属于BIM； 不存在真假BIM一说，只存在深度、专业差异。 真BIM与假BIM？ 六、对BIM发展的认识 公路交通BIM技术发展落后吗？ 不识庐山真面目，只缘身在此山中 并不落后于建筑，也并不落后于国外（BIM+10BIM+10多年了）多年了） 因为： 信息技术发展和应用是全球一定同步的；全球代表工程软件技术的企信息技术发展和应用是全球一定同步的；全球代表工程软件技术的企 业就在今天的业就在今天的会场（会场（欧特克、奔欧特克、奔特特力等）；力等）； 建设规、模速度决定：中国有最大需求、是最大市场和推动力建设规、模速度决定：中国有最大需求、是最大市场和推动力 交通基础设施建设技术在世界范围是领先的（但建筑、机械等呢？）交通基础设施建设技术在世界范围是领先的（但建筑、机械等呢？） 交通领域有大量国际性工程实践与交通领域有大量国际性工程实践与 PKPK； 中国公路交通建设项目几乎全部采用国内软件完成（其他行业呢？）中国公路交通建设项目几乎全部采用国内软件完成（其他行业呢？） 六、对BIM发展的认识 建筑BIM适用于公路吗？ 公路具有不同与建筑工程的特点，实现路径自然会不同 公路特点：量大面广线长、大面积地表模型、地质模型、不规则公路特点：量大面广线长、大面积地表模型、地质模型、不规则路基、长距离路基、长距离 的空间地理位置关系的空间地理位置关系 道路设计道路设计是对工程的抽简：平纵面抽简、典型断面采样控制是对工程的抽简：平纵面抽简、典型断面采样控制 建筑族库等技术与路径是不适用的 路基及相关设施建模与路基及相关设施建模与BIMBIM设计，“族库设计，“族库+ +积木”方式是不适用的积木”方式是不适用的 软件技术和标准必然也软件技术和标准必然也是难以适用的是难以适用的 欧特克和奔特力都为道路开发了专门的软件欧特克和奔特力都为道路开发了专门的软件 六、对BIM发展的认识 在软件技术，在工程软件企业 CAD平台、专业、计算分析软件、仿真分析