bim技术在工程项目中的应用

bim技术在工程项目中的应用

1背景和研究内容1.1交通导改设计面对的问题城市经济的快速发展促进了交通的发展，交通能力的好坏限制了城市的发展。由于城市交通出行需求在逐年增加，越来越多的道路出现通行能力降低、服务能力下降等功能性问题，所以需对其进行提级改造，以提高其通行能力。但既有道路沿线两侧控制条件较多，改建中可利用的设计条件有限，且改建过程中需要满足现有交通的正常通行要求，故交通导改设计会面对诸多问题，如：1）现状道路的通行限界空间客观减少。2）现状道路上原有的交通通行需求未变。3）改造工程范围内的用地受到限制，如修建临时道路的空间受限、临时路段的设计指标低、临时道路通行条件差等。上述问题综合叠加后会造成临时导改的道路通行能力降低。为有效降低改建工程中临时道路的通行能力下降问题，在有限的建设用地条件下，需要通过设计合理的交通导改方案和有效的导改管理技术手段，才能提高临时导改路段的整体通行能力，降低交通拥堵的影响程度因此，笔者应用BIM技术对常规交通导改设计方案进行优化设计，利用BIM的技术优势，通过可视化、可交互性、可模拟性等多维度技术手段，实现常规交通导改方案的深度优化，并通过合适的3D展示平台，利用先进的技术手段将交通导改方案进行全面展示，并进一步检查和优化临时交通导改设计方案。1.2交通方案和临时交通导改设计1）平台功能。从功能需求出发，展示平台需具备三维可视化（多维度观察）、可交互性（分阶段交互展示、分项目节点交互展示、分帧交互展示等）等数据展示功能，同时还应具备天气环境、背景声音等展示功能。2）交通方案展示内容。临时交通导改展示内容有：改建项目周边背景环境（多级交通路网、工程区域的地形、项目沿线的地上构筑物、周边地块的交通出行数据等）；项目模型（既有工程模型、新建工程模型、中间过程工程模型）；临时道路交通导改设计方案。3）进入平台的模型和交通数据。(1)BIM模型（几何信息+非几何信息）：利用BIM设计软件（Revit,Bentely,Catia）建立的模型；(2)常规模型（非几何信息）：利用普通建模软件（3Dmax、SketchUp、Maya等）建立的模型；(3)信息数据（非几何信息、结构性数据等）：临时道路交通导改设计方案过程的数据信息、交通出行分析数据等。2交通导改方案调研笔者以研究解决临时导改路段通行能力低下的问题为出发点，系统梳理研究背景、整理基础条件需求、提出解决技术方法、总结平台功能需求、遴选合适的技术平台、搭建平台内容、利用平台解决交通导改方案的优化难题。研究技术路线见图1。3平台产品功能需求1）平台产品开发公司类型。从BIM成果应用角度出发，平台产品分为BIM设计软件公司自有平台、第三方公司开发产品。其中：(1)自有平台以解决多专业模型成果的收集、检查、展示等功能为主，其他功能需求由其他软件产品提供解决方案。(2)第三方公司开发产品除完成上述功能以外，还需具备较为丰富的模型应用功能（创建项目环境、虚拟建造、过程分析等），并提供部分二次开发api接口以解决项目多样性的功能需求。2）数据兼容性。需载入平台产品的数据有BIM数据、模型数据、信息数据，同时要求平台产品具备功能强大的数据接口和海量信息数据的承载能力。3）创建项目环境能力。项目环境模型有道路沿线地形、地物、地质模型，大范围市政路网、项目沿线周边信息等大数据模型。BIM设计软件以解决市政工程的BIM设计及成果模型的输出为主。由于创建的项目中除设计成果以外，其他环境模型能力较弱，所以平台产品需有相应的技术解决方案。4）产品功能性。(1)建立电子沙盘虚拟建造项目环境；(2)基于电子沙盘实现任意位置、任意时间点查看各阶段工作过程的细节；(3)基于电子沙盘直观交互展示重要交通转换节点的导改实施过程；(4)基于电子沙盘采用交互式汇报施工方案，突破传统单向汇报模式；(5)基于电子沙盘进行施工方案技术交底，以便提升沟通效果；(6)基于电子沙盘制作实时汇报视频，以便辅助项目汇报工作。5）产品展示效果。通过技术指标评价产品展示效果，如：画面清晰度、换帧率、对硬件设备的配置要求等。6）操作交互性。软件交互的难易性。7）产品拓展性。平台产品是否提供api开发接口，支持项目特定功能的定制开发，开发难度如何等。平台产品调研关键指标见表1。经过综合比选后确定研究平台产品选用Unity3D。4交通导改方案基础信息笔者以某互通式立交改建过程中的临时交通导改为例，通过梳理BIM技术应用需求，建立BIM技术应用场景，对相关基础信息进行建模；将模型和交通导改方案数据导入交通展示平台，利用平台整合临时交通导改相关数据，再利用平台产品虚拟建造工程；在建造过程中从多角度全面分析工程实施过程、施工限制条件对方案的影响、交通导改方案对现况交通通行能力的影响等；最终利用平台确定影响小、技术合理、造价适中的最优交通导改技术方案。4.1匝道上跨主线立交该互通式立交现状为A型单喇叭立交，交叉道路为地方公路，匝道上跨主线，立交主线与主匝道交叉处桩号为K3174+629.023，交角67°。该立交的主要功能是实现地方公路与高速公路间的交通量转换。互通立交示意图见图2。4.1.1最小凹形立交设计该桥主线最小平曲线半径为2500m，最小凸形竖曲线半径为20000m，最小凹形竖曲线半径为15457m，最大纵坡为1.78%；匝道最小平曲线半径为60m，最大纵坡为4.27%，单向单车道全宽为8.5m，双向双车道宽为15.5m，设计速度为40km/h；收费广场收费车道数设置为3个入口、4个出口。4.1.2a型喇叭的预测结果1）扩建方案互通形式：根据互通功能和远景年（2042年）交通量预测结果，互通保持现有的A型喇叭形式不变。2）互通扩建方案：完全利用匝道跨线桥，调整各匝道出入口并与原匝道进行顺接。4.1.3方案二：互通立交段双向匝道跨主线桥为左幅（6×16+18.35+2×25+21.65+6×16)m、右幅（6×16+21.65+2×25+18.35)m预应力混凝土空心板+连续箱梁，主跨为2×25m。主线扩建为双向8车道42.0m宽度，B匝道（环形匝道）入口处加速车道范围内主线右幅断面标准宽度为25m（但现有匝道桥跨净宽不足）。该阶段完全利用匝道桥，因此将B匝道入口位置向大桩号方向改移，使B匝道从主跨相邻桥孔下穿后再与主线合流。互通立交区大桥上跨S274省道和镇海水河。立交区大桥采用双侧拼宽方案对原桥进行改造。2）互通匝道出入口及变速车道互通B匝道入口受跨线桥因素影响，故将合流鼻向大桩号方向改移，过跨线桥后在路基范围内与主线合流。其他匝道出入口根据主线加宽情况做局部相应调整并与原匝道进行顺接。4.2电子盘问施工1）应用倾斜摄影建模技术搭建真实背景数字环境；2）应用BIM建模技术建立多项模型数据；3）利用BIM+3D引擎技术建立电子沙盘虚拟建造项目；4）基于电子沙盘查看任意位置、任意时间点各阶段工作过程细节；5）基于电子沙盘直观交互展示重要交通转换节点的导改实施过程；6）基于电子沙盘采用交互式汇报施工方案，突破传统单向汇报模式；7）基于电子沙盘进行施工方案技术交底，以提升沟通效果；8）基于电子沙盘制作实时汇报视频，以辅助项目汇报工作。4.3建模内容4.3.1结合数据处理软件的无人机实际效果评价利用ContextCaptureCenter、MagicGeo、Photoshop、Smart3D等数据处理软件对无人机采集的大量实景照片数据进行处理，建立实景地形模型（见图3）。4.3.2bim建模工作结合项目规模、交通导改方案设计重难点，确定施工工序分析应用范围，对范围内的各专业设计成果进行BIM建模。该项目以互通式立交范围作为施工工序分析应用工程对象，对道路工程、桥梁工程、涵洞工程等依据设计图纸开展BIM建模工作。建模工作以满足交通导改设计方案展示为主，建模等级为LOD100，部分模型需依据展示要求建模。4.3.3基于工业设计的电子盘利用Unity3D强大的数据集成能力、3D引擎优势，全面兼容各类工程数据模型、倾斜摄影模型，搭建完成全部数据的集成展示环境，可实现“一个平台、多专业展示”的应用目标。利用Unity3D与VisualStudio2013的数据接口兼容性优势，通过在VisualStudio2013环境中的定制开发工作，使基础模型依据交通导改设计方案实现动态实时展示应用，并丰富互通电子沙盘成果的展示内容。数字平台效果见图5。4.3.4互通电子权是实现电子盘1）模拟重要节点交通转换互通立交区交通导改项目重要施工方案节点共有3类，分别是：重要交通转换节点、临时匝道交通转换节点和收费站节点。由于设计院提供的交通导改方案设计说明、设计图纸内容都较为简单，说明及图纸表达信息有限，所以施工单位在依据图纸进行施工时会出现方案冲突、工程量统计错误、施工工期时间估计不足等问题。通常，出现该类问题后，设计单位会根据现场条件，出具设计变更，以便施工单位调整施工方案。但该类传统问题处理操作流程中存在施工问题不可预见性、施工中配合工作量大、施工周期延长等缺点。该项目通过建立互通电子沙盘环境，实现了虚拟建造工程过程，依据设计院提供的设计方案进行施工过程模拟，提前发现了可能会出现的问题（工序顺序错误、工序步骤漏项、工作空间冲突等），并对设计方案提出优化意见，进而提高了设计方案的可行性，保障了工期的正常进度。2）施工工序过程交互展示电子沙盘系统集成了项目背景环境数据（倾斜摄影3D模型）、现状互通立交的数据模型、施工改造过程中的互通立交各阶段的数据模型、施工改造竣工后的互通立交数据模型，以及互通立交相关的数据模型等。通过建立数字沙盘系统，对预设的施工工序步骤进行定制开发，将各阶段工序步骤与时间建立联系后，即可在进入数字沙盘系统后实现对任意阶段、任意时间点的详细观察和浏览。5基于bim技术的电子土地施工模拟1）电子沙盘系统为即时交互系统，优势在于可在任意时间点、任意视点角度浏览模型内容，查看工程实施细节；2）建议针对复杂节点建立高精度BIM模型，通过AR技术对实施构件与设计方案进行校核；3）建议基于电子沙盘，让深入定制开发与驾驶硬件设备通过数据接口建立连接，并通过驾驶模拟真实还原施工过程中的车辆交通状态。基于BIM技术的电子沙盘系统不同于传统三维动画，在展示过程中不仅可以表现施工流程的动画效果，同时支持用户的交互操作，可实现多角度、多方位、无时间限制地查看施工步骤。因为用户视角拥有广泛的时间、空间自由度，所以在制作施工流程动画过程中，必须考虑到同一