杉板橋路市政改造項(xiàng)目的BIM應(yīng)用及探索

 

　　杉板橋路市政改造項(xiàng)目起于成都市杉板橋路二環(huán)路口，止于三環(huán)成南立交輔道，建設(shè)內(nèi)容包括道路、橋梁、隧道工程、慢行地下人行通道、跨鐵路橋梁、綜合管線工程和附屬工程等，主要為相交道路改造（現(xiàn)狀既有二環(huán)匝道改造、二環(huán)至現(xiàn)狀五岔口下穿道路快速化改造、成南高速新增輔道、楓丹路下穿隧道），區(qū)域交通優(yōu)化，區(qū)域地下管網(wǎng)改造、總投資13.8億元。道路總長(zhǎng)度約4.3km，主道設(shè)計(jì)時(shí)速60km/h，輔道40km/h。成都市市政工程設(shè)計(jì)研究院為方案設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)及施工圖設(shè)計(jì)單位。

 

 

 

　　1、交通方案設(shè)計(jì)及評(píng)估困難，杉板橋路（中環(huán)-三環(huán)段）主線已實(shí)現(xiàn)快速化，迫切需要解決杉板橋路二環(huán)至中環(huán)的快速通過(guò)能力和區(qū)域交通轉(zhuǎn)換問(wèn)題。杉板橋路兩側(cè)均為商業(yè)，采用連續(xù)高架方案對(duì)周邊建筑影響較大，采用主線下穿隧道方案受跳蹬河站主體結(jié)構(gòu)的影響嚴(yán)重，難以實(shí)施。主線相交道路建設(shè)南路受電力隧道影響無(wú)法采用下穿方案。

 

　　交通方案設(shè)計(jì)階段既要考慮車(chē)行交通的快速化需求，又要考慮沿線的轉(zhuǎn)換交通，同時(shí)還需要結(jié)合規(guī)劃綠地及公園等慢行空間構(gòu)建慢行過(guò)街系統(tǒng)。區(qū)域內(nèi)車(chē)行交通的“快速化”與慢行交通的“寧?kù)o化”，過(guò)境交通與到達(dá)交通的混合為杉板橋快速化改造的交通方案設(shè)計(jì)與評(píng)估提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

 

　　2、工程設(shè)計(jì)及施工過(guò)程中的邊界條件復(fù)雜，杉板橋路改造工程涉及到地鐵8號(hào)線的跳蹬河站、東郊記憶車(chē)站及三段區(qū)間，跳蹬車(chē)站和東郊記憶車(chē)站主體已經(jīng)實(shí)施大部分，該段盾構(gòu)區(qū)間基本實(shí)施完畢。為保證車(chē)輛高效通行，改善交通擁堵，二環(huán)高架需要延伸至杉板橋主干路。延長(zhǎng)后的跨線橋樁基與盾構(gòu)區(qū)間及車(chē)站水平距離小于1.5米共34根樁基；楓丹路下穿隧道框架段約35m長(zhǎng)度與地鐵區(qū)間距離不到2米，帶來(lái)設(shè)計(jì)及施工的挑戰(zhàn)；慢行過(guò)街通道與盾構(gòu)區(qū)間豎向約5米，地鐵相關(guān)段在設(shè)計(jì)階段須采取加固措施。杉板橋路道路設(shè)計(jì)時(shí)須統(tǒng)籌地鐵出入口等附屬設(shè)施，并考慮地鐵的交通接駁。

 

　　3、本項(xiàng)目為改造工程，現(xiàn)狀道路下已經(jīng)敷設(shè)有大量的管道，包括污水、雨水、電力、通信、燃?xì)?、給水、電力隧道等。本次地下部分新建內(nèi)容包括兩處地鐵站、橋梁下部結(jié)構(gòu)。項(xiàng)目實(shí)施工程中涉及到管線臨時(shí)遷改、永久遷改、臨時(shí)保護(hù)等工序，施工組織難度較大。

 

　　4、BIM模型運(yùn)用不足。以往設(shè)計(jì)階段BIM模型構(gòu)建完成后，在施工階段能起到指導(dǎo)施工等作用，但在運(yùn)維管理階段，設(shè)計(jì)模型與實(shí)景模型的應(yīng)用在規(guī)劃報(bào)建及管理控制等方面應(yīng)用較淺。另外設(shè)計(jì)模型的應(yīng)用未能向其他專業(yè)有效延展，降低了模型的附加值。

 

　　橫向上未能充分發(fā)掘模型的數(shù)據(jù)價(jià)值，導(dǎo)致設(shè)計(jì)單位的BIM應(yīng)用投入與產(chǎn)出差距太大；縱深上設(shè)計(jì)模型應(yīng)用周期短，則讓部分設(shè)計(jì)人員及領(lǐng)導(dǎo)對(duì)BIM的認(rèn)知仍停留于“可視化”層次。

 

 

　　1、項(xiàng)目涉及專業(yè)較多，工期短任務(wù)重，需要有較高的協(xié)同性避免錯(cuò)漏碰缺。

 

　　2、部分專業(yè)設(shè)計(jì)方案在調(diào)整后需要進(jìn)行可視化以評(píng)估合理性。以杉板橋主路方案為例，除了考慮路橋方案的通行能力，還需要審視設(shè)計(jì)方案與周邊環(huán)境的契合程度（景觀、交通噪音、高架方案對(duì)底層道路光線遮擋等），同時(shí)路橋的方案之間的比選，需要定性與定量結(jié)合比對(duì)，定量則需要進(jìn)行交通仿真數(shù)據(jù)的支持，傳統(tǒng)的仿真數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式仍以“專業(yè)角度”居多，若能實(shí)現(xiàn)與模型結(jié)合的可視化效果會(huì)更好。

 

　　4、實(shí)景模型在應(yīng)用時(shí)存在加載較慢，對(duì)硬件要求較高等問(wèn)題，進(jìn)行可視化分析時(shí)未能充分發(fā)揮其效能。

 

 

 

　　設(shè)計(jì)目標(biāo)：采用“路段+節(jié)點(diǎn)”的方案完成“快速交通”和“到達(dá)交通”的雙優(yōu)化效果；同步實(shí)施慢行過(guò)街設(shè)施，構(gòu)筑安全、便捷、舒適的慢行系統(tǒng)；針對(duì)地下管網(wǎng)，同步實(shí)施管線擴(kuò)容，合理利用地下空間，便于后期的運(yùn)維保養(yǎng)；同步實(shí)施景觀規(guī)劃、市政配套設(shè)施的改造，提升城市品質(zhì)。

 

　　BIM應(yīng)用目標(biāo)：BIM技術(shù)從方案階段到施工圖設(shè)計(jì)完成，輔助設(shè)計(jì)優(yōu)化并對(duì)施工起指導(dǎo)作用；利用交通仿真分析優(yōu)選設(shè)計(jì)方案；通過(guò)BIM+GIS的聯(lián)用，形成項(xiàng)目的數(shù)字化資產(chǎn)，并為數(shù)字城市和后期的基礎(chǔ)設(shè)施聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建底層模型。

 

　　項(xiàng)目預(yù)期成果：區(qū)域道路改造項(xiàng)目的實(shí)施，通過(guò)運(yùn)用BIM技術(shù)優(yōu)選設(shè)計(jì)方案并控制造價(jià)，保證設(shè)計(jì)合理及美觀大方，有效地提高道路通行能力，改善城市景觀，同時(shí)降低對(duì)周邊商鋪經(jīng)營(yíng)和居民生活的影響，解決擁堵問(wèn)題；交通管控向智能交通方向發(fā)展；形成項(xiàng)目的數(shù)字化資產(chǎn)。

 

　　成都市政府管理部門(mén)已開(kāi)始將實(shí)景模型、管線勘探數(shù)據(jù)及項(xiàng)目模型納入數(shù)字化平臺(tái)予以管理，在后期運(yùn)維保養(yǎng)階段更便捷的進(jìn)行管控，成為數(shù)字城市的一部分。

 

 

　　在項(xiàng)目的推進(jìn)過(guò)程中，BIM的應(yīng)用主要體現(xiàn)在如下幾方面：完成部分專業(yè)模型的構(gòu)建、參與設(shè)計(jì)方案的比選和優(yōu)化、基于碰撞檢測(cè)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化、可視化應(yīng)用（交通仿真可視化、“實(shí)景模型+設(shè)計(jì)模型”可視化）

 

　　3.2.1BIM應(yīng)用方式

 

　　應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際需求，確定建模專業(yè)；其次確定建模深度（LOD），進(jìn)一步縮小建模范圍，有目的性的進(jìn)行專業(yè)和圖紙的篩選，保證成果輸出的基礎(chǔ)上有效地控制工作量；結(jié)合前述內(nèi)容進(jìn)行建模軟件的選擇，最后完成模型的總裝和可視化。

 

　　首先需要明確的是：不是所有的專業(yè)都需要進(jìn)行建模。在設(shè)計(jì)的某一階段，也不需要將每一個(gè)細(xì)部構(gòu)建的非常精細(xì)，在限定的時(shí)間內(nèi)完成模型構(gòu)建，輔助項(xiàng)目的順利推進(jìn)的首要目的。

 

　　針對(duì)不同類型的項(xiàng)目，應(yīng)進(jìn)行軟件選用分析，具體策略方式可為“高效實(shí)用、數(shù)據(jù)互通、方便修改”。

 

　　可能會(huì)有這樣的一個(gè)階段，設(shè)計(jì)人員希望用Plant系列來(lái)畫(huà)管道，用Building系列做建筑，用Civil軟件來(lái)做路橋和場(chǎng)地，但是我們也會(huì)面臨這樣的問(wèn)題，用的軟件越多，誤操作的可能性也會(huì)提高，比如用MS改動(dòng)了OPM/OBD的管道；再次就是軟件使用成本提升，可能某一專業(yè)內(nèi)容并不多，但要修改該模型就必須回到該軟件內(nèi)部調(diào)整。針對(duì)前述狀況，建議對(duì)項(xiàng)目梳理后選擇軟件，用適量軟件覆蓋更大的項(xiàng)目范圍。

 

　　在建模階段，都需要進(jìn)行模型樹(shù)的構(gòu)建，也就是項(xiàng)目的文件結(jié)構(gòu)，這是老生常談但仍有必要再次提及，文件結(jié)構(gòu)的組織和模型的命名規(guī)則會(huì)一定程度上決定工作效率。Bentley部分軟件更新之快，導(dǎo)致部分高版本軟件能利用低版本的文件并進(jìn)行升級(jí)，但是低版本只能參考或者只讀高版本，在杉板橋項(xiàng)目中我們采用了軟件+版本+專業(yè)的命名方式，例如“ORD6+道路+杉板橋主路”，當(dāng)然，如果軟件使用版本統(tǒng)一，可以采用更簡(jiǎn)潔的方式。

 

 

　　市政道路:ORC（OpenRoadsConceptStation）、ORD（OpenRoadsDesigner）、OBM（OpenBridgeModeler）

 

　　地鐵站點(diǎn)：OBD（OpenBuildingsDesigner）

 

　　可視化：LumenRT、SYNCHRO

 

　　其他軟件選用:交通仿真設(shè)計(jì)軟件VISSIM，市政鴻業(yè)（管立得）

 

　　在軟件選用方面，兼容并包的策略是有效的，能高效解決問(wèn)題的軟件，就是好軟件。

 

　　3.2.2軟件實(shí)操

 

　　對(duì)于軟件的操作流程此處不做贅述，對(duì)于管線碰撞和利用碰撞檢測(cè)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化也已經(jīng)有很多成熟案例，不再詳細(xì)闡述。軟件優(yōu)劣不能僅聽(tīng)他人評(píng)論，多拿實(shí)際項(xiàng)目練習(xí)用熟軟件，才可能利用原生軟件做完項(xiàng)目（如果沒(méi)有二次開(kāi)發(fā)能力）。相對(duì)來(lái)說(shuō)，Bentley軟件更勝在綜合實(shí)力，系統(tǒng)性的解決方案，當(dāng)然ORD也是一款非常優(yōu)秀的參數(shù)化軟件，勤學(xué)多練總是好的。

 

　　雖然不再講述流程性內(nèi)容，但就細(xì)節(jié)性的一些操作，做一下探討仍可能有意義。前面提到在建模階段，要進(jìn)行梳理，確定建模內(nèi)容，這里很關(guān)鍵的一步就是分清主次，哪些是決定性的，哪些是輔助性的。輔助性內(nèi)容可能不多，但是影響最終的可視化展示，比如護(hù)欄、標(biāo)線、燈桿、行道樹(shù)。這些涉及到3D線型、共享單元和壓印操作，運(yùn)用得當(dāng)能大幅度提高效率。善意提示：種樹(shù)和放置路燈可以不用去LumenRT。

 

　　對(duì)于SUE板塊，應(yīng)適當(dāng)控制Featuredefinition中模型的精度，地下管網(wǎng)更多的是關(guān)注井頂?shù)赘叱桃约肮軓剑蔷w等精美與否，精細(xì)程度會(huì)大幅影響模型的大小進(jìn)而影響使用速度。

 

 

 

　　在杉板橋項(xiàng)目?jī)?nèi)進(jìn)行了交通仿真可視化的探索，Bentley大部分軟件一直有將VISSIM數(shù)據(jù)導(dǎo)入LumenRT的功能，交通仿真數(shù)據(jù)可以通過(guò)VISSIM生成，而ORC則可以將路線數(shù)據(jù)導(dǎo)入到VISSIM內(nèi)。

 

　　常規(guī)操作流程即：ORC構(gòu)建方案—→ORC路線導(dǎo)入VISSIM—→VISSIM進(jìn)行交通仿真分析并導(dǎo)出數(shù)據(jù)—→仿真數(shù)據(jù)同總裝模型進(jìn)入LumenRT。

 

　　交通仿真可以為設(shè)計(jì)方案比選提供數(shù)據(jù)支撐，定量評(píng)估通行能力；可視化則提供了另外一種視角：車(chē)流結(jié)合實(shí)景模型和設(shè)計(jì)模型，更好的展示交通設(shè)計(jì)與路橋方案，可以用于分析設(shè)計(jì)或仿真方案是否存在考慮欠周全的地方，進(jìn)一步修正仿真模型或優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

 

　　基于杉板橋項(xiàng)目的探索與嘗試，成都市市政工程設(shè)計(jì)研究院BIM中心在成都市北三環(huán)道路交通可視化、成都市火車(chē)北站區(qū)域交通優(yōu)化項(xiàng)目中將持續(xù)推進(jìn)“交通仿真可視化+設(shè)計(jì)模型+實(shí)景模型”應(yīng)用。ORC除了可應(yīng)用于方案設(shè)計(jì)階段做比選外，對(duì)于大面積的現(xiàn)狀區(qū)域，復(fù)原路網(wǎng)模型方面有較大優(yōu)勢(shì)。

 

 

　　隨著傾斜攝影技術(shù)的成熟和無(wú)人機(jī)成本的降低，越來(lái)越多的項(xiàng)目開(kāi)始應(yīng)用實(shí)景模型，但隨之也伴隨著質(zhì)疑聲：市政路橋一般屬于線性工程，高精度的實(shí)景模型對(duì)電腦硬件提出較高的要求。展示階段的卡頓或緩沖現(xiàn)象降低了觀感，再次就是展示階段有時(shí)僅需要部分場(chǎng)景而不需要加載全部，最關(guān)鍵的在于實(shí)景模型所發(fā)揮的作用，投入與產(chǎn)出的不平衡。

 

　　常規(guī)的使用方式是將3SM模型加載到Bentley軟件內(nèi)，通過(guò)剪切或者遮罩控制顯示區(qū)域，同設(shè)計(jì)模型一起導(dǎo)入LumenRT中，完成可視化。

 

　　在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，由于MicroStationCE版本加載實(shí)景模型時(shí)，僅支持凸多邊形遮罩，而不能使用任意多邊形的遮罩，結(jié)果手動(dòng)繪制大量的凸多邊形，隨著技術(shù)的進(jìn)步，MSCEupdate12以及ORD7版本開(kāi)始，實(shí)景模型終于支持任意多邊形的遮罩，大幅度提高了工作效率。

 

　　然而，當(dāng)時(shí)做杉板橋改造項(xiàng)目的時(shí)候，MSCE12還沒(méi)有面世，如何有效使用實(shí)景模型呢？無(wú)人機(jī)航拍以后，借助二次開(kāi)發(fā)的軟件將實(shí)景單體化，可以劃區(qū)域的導(dǎo)出實(shí)景，基于MicroStation平臺(tái)良好的兼容性，利用fbx或者obj格式，通過(guò)參考的方式快速加載，在參考文件上進(jìn)行遮罩或者剪切效率要高得多，同時(shí)進(jìn)入LumenRT以后，清晰度不輸3SM，效果良好。

 

 

　　Bentley于2018年收購(gòu)了SYNCHRO4D，dgn格式的文件可以順利導(dǎo)入SYNCHRO內(nèi)進(jìn)行施工進(jìn)度管理。業(yè)主在其他項(xiàng)目中提出了實(shí)景模型必須應(yīng)用到施工管理平臺(tái)內(nèi)的要求，在杉板橋改造項(xiàng)目中，對(duì)該軟件的應(yīng)用也做了淺顯的應(yīng)用。用MicroStation可以將3SM文件導(dǎo)出為fbx文件，從而在SYNCHRO內(nèi)進(jìn)行加載應(yīng)用。經(jīng)測(cè)試，源文件導(dǎo)出精度0.5m時(shí)，文件體量縮小為10%，0.3m精度時(shí)文件體量縮小為1/3，0.1m時(shí)文件精度與源文件差別不大，但0.1m精度文件導(dǎo)入SYNCHRO未成功，可能與測(cè)試機(jī)器性能有關(guān)。實(shí)際項(xiàng)目中，精度的區(qū)別主要體現(xiàn)在綠化植被上，對(duì)于路橋和建筑的影響較小，因而需要綜合考慮加載速度和資源消耗來(lái)控制實(shí)景模型的導(dǎo)出精度。

 

　　雖然4.2和4.3中的實(shí)景應(yīng)用嚴(yán)格來(lái)說(shuō)與3SM的實(shí)景模型已經(jīng)有了較大的區(qū)別，但本著實(shí)用的角度，有部分的參考意義。

 

 

　　GIS側(cè)重于地理空間環(huán)境信息的宏觀表達(dá)，BIM能將細(xì)節(jié)表現(xiàn)得盡善盡美，二者存在互補(bǔ)關(guān)系，GIS平臺(tái)作為大場(chǎng)景加載平臺(tái)，在資產(chǎn)管理和運(yùn)維方面有優(yōu)勢(shì)。將BIM信息加載到GIS平臺(tái)內(nèi)，可以形成數(shù)字化資產(chǎn)，更好的參與管控。

 

　　將實(shí)景加載進(jìn)入GIS平臺(tái)作為參照底圖，設(shè)計(jì)模型導(dǎo)入后同樣實(shí)現(xiàn)可視化。在此基礎(chǔ)上加載規(guī)劃紅線，對(duì)于政府部門(mén)管理人員可以更高效的推進(jìn)規(guī)劃報(bào)建等工作。

 

　　從業(yè)主角度推進(jìn)BIM應(yīng)用，效果會(huì)更好，模型隨著施工進(jìn)度持續(xù)更新，最終提交的模型就是竣工模型，也是項(xiàng)目的數(shù)字化資產(chǎn)，手動(dòng)或批量掛接信息后加載到GIS平臺(tái)，相較于查詢CAD圖紙或藍(lán)圖，在維修保養(yǎng)過(guò)程中工作效率更高，應(yīng)用也更有價(jià)值。

 

 

 

　　交通仿真分析可視化，一定程度上完成了BIM模型應(yīng)用橫向拓展，將更多的專業(yè)結(jié)合起來(lái)，通過(guò)技術(shù)手段更合理的解決交通擁堵問(wèn)題，通過(guò)定性和定量結(jié)合的方式推進(jìn)設(shè)計(jì)進(jìn)程。

 

 

　　隨著城市的基建成熟，改造項(xiàng)目趨于增加，涉及利益方增多，可視化的要求提高，實(shí)景模型會(huì)越來(lái)越多的被應(yīng)用在項(xiàng)目上，實(shí)景模型的應(yīng)用除了方案評(píng)估比選，也會(huì)以“實(shí)景+仿真+設(shè)計(jì)模型”的形式可視化，而對(duì)于街景、公園城市的建設(shè)，實(shí)景模型會(huì)進(jìn)一步發(fā)揮作用。設(shè)計(jì)方案的落實(shí)，會(huì)結(jié)合真實(shí)場(chǎng)景考慮更多的因素，以人為本的設(shè)計(jì)原則也能進(jìn)一步鞏固。

 

 

　　在某個(gè)節(jié)點(diǎn)，同樣作為渲染軟件，Lumion的效果開(kāi)始超越LumenRT，色彩的飽和度，風(fēng)霜雨霧等效果也更贊；而從LumenRT的技術(shù)路線來(lái)看，后續(xù)版本的更新也不會(huì)專注于“視覺(jué)效果沖擊”，而是更多地偏重于“模擬展示”，LumenRT更多的是強(qiáng)調(diào)真實(shí)，比如實(shí)時(shí)光線和真實(shí)場(chǎng)景，支持交通仿真數(shù)據(jù)，在2019年的SIG中提到了LumenRT后續(xù)的更新會(huì)加入LEGION、SYNCHRO的模擬過(guò)程，對(duì)于材質(zhì)開(kāi)始支持PBR。從發(fā)展趨勢(shì)上更多的從渲染走向模擬集成平臺(tái)。

 

 

　　對(duì)于現(xiàn)階段不具有二次開(kāi)發(fā)能力的單位，臨淵羨魚(yú)不如退而結(jié)網(wǎng)，運(yùn)用好手中的原生工具也是推進(jìn)BIM應(yīng)用的關(guān)鍵舉措。應(yīng)以項(xiàng)目為依托推進(jìn)BIM應(yīng)用落地，無(wú)論在設(shè)計(jì)階段還是施工階段，BIM有有很多溝坎的同時(shí)也有很多未發(fā)掘出的價(jià)值，橫向拓展模型的應(yīng)用范圍，讓更多的專業(yè)獲益，增加設(shè)計(jì)人員參與DBIM應(yīng)用的積極性，縱深上需要延續(xù)模型的壽命周期，持續(xù)的應(yīng)用才可能產(chǎn)生持久的價(jià)值。