劉 洋，馬 賽，姚富智

（1. 中鐵九局集團(tuán)有限公司，遼寧 沈陽 110051；2. 中鐵九局集團(tuán)有限公司 路橋分公司，遼寧 沈陽 110032；3. 中鐵九局集團(tuán)第二工程有限公司，吉林 吉林 132000）

0 引言

臨時(shí)工程的規(guī)劃與設(shè)計(jì)是工程項(xiàng)目管理的基礎(chǔ)。在二維設(shè)計(jì)條件下，要實(shí)現(xiàn)對(duì)場(chǎng)地不同布置方案的設(shè)計(jì)，需要進(jìn)行大量的作圖工作，耗時(shí)費(fèi)力，導(dǎo)致技術(shù)人員不愿進(jìn)行多方案比選。因此，臨時(shí)工程規(guī)劃往往出現(xiàn)未進(jìn)行全面比選，規(guī)劃不合理，臨時(shí)占地及空間利用率較低；臨時(shí)工程的實(shí)施與方案相脫節(jié)；二維規(guī)劃與設(shè)計(jì)無法實(shí)現(xiàn)信息的全面表達(dá)與傳遞等主要問題[1]。應(yīng)用BIM技術(shù)快速建模和組裝數(shù)據(jù)下的信息可視化特點(diǎn)，達(dá)到一次建模、多次使用，能快速進(jìn)行不同階段的臨時(shí)工程方案設(shè)計(jì)，節(jié)省大量時(shí)間、精力，為進(jìn)行施工全過程管理提供幫助。

1 軟件系統(tǒng)選用及技術(shù)路線

在臨時(shí)工程規(guī)劃與設(shè)計(jì)中應(yīng)用BIM技術(shù)，軟件的選擇至關(guān)重要。目前，常見的建模軟件有Autodesk REVIT、Dassault CATIA、TEKLA、Bentley MicroStation；協(xié)同管理平臺(tái)有Dassault 3DEXPERIENCE、Bentley Projectwise等?？紤]BIM技術(shù)在國內(nèi)的成熟度及適用性，最終選定Bentley公司的MicroStation、ABD作為主要建模軟件。Bentley各軟件生成的文件格式均為DGN，在規(guī)劃和設(shè)計(jì)模型的傳遞過程中，文件信息不會(huì)丟失，且軟件性能較為領(lǐng)先，操作簡便，適合后期推廣應(yīng)用。

以成昆鐵路混凝土拌和站及項(xiàng)目駐地、大張高鐵陽高制梁場(chǎng)、蘇家屯CRTSⅢ型先張軌道板場(chǎng)、懷來鋪軌基地為依托，以臨時(shí)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范為依據(jù)，將臨建、工裝、機(jī)械設(shè)備實(shí)現(xiàn)構(gòu)件化。創(chuàng)建種子文件，保證建模人員相同的工作環(huán)境，在模型文件中建立不同模型形成模型庫，利用共享單元及參考方式，從模型庫中調(diào)取構(gòu)件按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行定位及擺放，完成模型組裝，最終完成臨時(shí)工程可視化設(shè)計(jì)、沉浸式漫游及視頻輸出，同時(shí)還采用實(shí)景建模、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量，項(xiàng)目研究技術(shù)路線見圖1。

圖1 項(xiàng)目研究技術(shù)路線

2 臨時(shí)工程規(guī)劃主要標(biāo)準(zhǔn)

2.1 規(guī)劃技術(shù)要求

大型臨時(shí)工程建設(shè)應(yīng)以節(jié)約用地、節(jié)省投資、環(huán)保節(jié)能、永臨結(jié)合、合理實(shí)用為原則，滿足建設(shè)項(xiàng)目總工期的要求[2]，并與施工組織設(shè)計(jì)統(tǒng)籌考慮，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選后合理確定配置方案、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)模。建立臨時(shí)工程通用、專用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)清單，如現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)設(shè)施的消防防火應(yīng)符合《建設(shè)工程施工現(xiàn)場(chǎng)消防安全技術(shù)規(guī)范》等（見圖2、圖3）。

圖2 臨時(shí)工程設(shè)計(jì)符合防火等規(guī)范要求

圖3 臨時(shí)工程設(shè)計(jì)技術(shù)條件符合施工規(guī)范要求

2.2 BIM設(shè)計(jì)的視覺識(shí)別系統(tǒng)建立

辦公區(qū)、生活區(qū)和施工作業(yè)區(qū)分區(qū)設(shè)置，采取相應(yīng)的隔離措施。生活區(qū)、辦公區(qū)采用庭院式布局，成組設(shè)置，設(shè)置室外活動(dòng)區(qū)域，在正對(duì)大門入口處設(shè)置旗臺(tái)。模型結(jié)構(gòu)材質(zhì)符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際要求，現(xiàn)場(chǎng)所有大型設(shè)備機(jī)身印制中國中鐵司徽及企業(yè)名稱，依據(jù)《企業(yè)文化手冊(cè)》建立BIM模型的視覺識(shí)別系統(tǒng)（見圖4）。

2.3 建模標(biāo)準(zhǔn)與精度

參照現(xiàn)行的《中國市政設(shè)計(jì)行業(yè)BIM實(shí)施指南2015版》，根據(jù)研究深度需要，將BIM模型深度等級(jí)定義為L3級(jí)，以提升顯示效果和真實(shí)反映構(gòu)件細(xì)節(jié)（見圖5）。即構(gòu)件主要組成部分在幾何上表述準(zhǔn)確，能夠反映物體的實(shí)際外形，保證在施工模擬和碰撞檢查中不會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤判斷。

圖4 辦公區(qū)臨時(shí)工程設(shè)計(jì)視覺識(shí)別系統(tǒng)

圖5 L3級(jí)精度實(shí)例

3 構(gòu)件庫創(chuàng)建及組裝

3.1 環(huán)境種子文件創(chuàng)建

種子文件的創(chuàng)建對(duì)模型組裝起著至關(guān)重要的作用，是開展研究與應(yīng)用的核心工作，其創(chuàng)建質(zhì)量的好壞直接影響模型創(chuàng)建效果，創(chuàng)建種子文件的主要目的是保證模型文件使用標(biāo)準(zhǔn)的一致性。種子文件建立完畢后，點(diǎn)擊保存設(shè)置并退出工作環(huán)境，保存至規(guī)定路徑，此后所有參與建?；蛞?guī)劃的人員均可在不同地點(diǎn)在同一個(gè)環(huán)境下進(jìn)行協(xié)同工作，保證了模型標(biāo)準(zhǔn)的一致性。

3.2 構(gòu)件庫建立

根據(jù)臨時(shí)工程建設(shè)主要內(nèi)容及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，進(jìn)行構(gòu)件的劃分與創(chuàng)建，模型建立完成后，通過更改圖層等方式，對(duì)模型賦予材質(zhì)及其他屬性（見圖6）。開發(fā)的構(gòu)件類型與規(guī)?；靖采w現(xiàn)階段臨時(shí)工程的主要設(shè)施與類別。最后將所有開發(fā)的構(gòu)件納入企業(yè)構(gòu)件庫，形成企業(yè)構(gòu)件庫結(jié)構(gòu)樹，便于后期臨建工程規(guī)劃設(shè)計(jì)應(yīng)用。

3.3 模型組裝

創(chuàng)建總裝模型，在種子文件中參考原有的DWG初步平面規(guī)劃圖進(jìn)行構(gòu)件組裝。為了緩解文件大小、運(yùn)行狀態(tài)及提高可重復(fù)性，構(gòu)件均以共享單元的形式放置，拼裝成最終的總裝模型（見圖7）。總裝模型創(chuàng)建完成后，采用工具中的“參考”命令，保證總裝文件能夠記錄參考文件位置，防止參考文件丟失。

圖6 構(gòu)件創(chuàng)建基本信息

4 基于Bentley的臨時(shí)工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)實(shí)施與應(yīng)用

采用Bentley系統(tǒng)作為BIM技術(shù)在臨時(shí)工程規(guī)劃與設(shè)計(jì)的實(shí)施手段，能充分表達(dá)設(shè)計(jì)意圖，展現(xiàn)布置細(xì)節(jié)，便于后期規(guī)劃的比選與方案調(diào)整，全面提升規(guī)劃設(shè)計(jì)水平，較大程度彌補(bǔ)了二維設(shè)計(jì)的不足。

4.1 科學(xué)開展臨時(shí)工程的規(guī)劃與設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的臨時(shí)工程設(shè)計(jì)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際結(jié)合的不夠緊密，方案設(shè)計(jì)難以全部付諸實(shí)踐或準(zhǔn)確表達(dá)，方案設(shè)計(jì)審查及后期由于缺乏直觀展示，難免會(huì)出現(xiàn)返工浪費(fèi)、空間利用率低等問題，增大項(xiàng)目臨時(shí)工程建設(shè)成本，在應(yīng)用BIM技術(shù)之后能夠有效地避免上述問題[3]。通過使用BIM模型，以可視化的方式協(xié)助各方審核臨建規(guī)劃，保證全部方案內(nèi)容落實(shí)到位，更好地體現(xiàn)企業(yè)的品牌價(jià)值。

4.2 實(shí)現(xiàn)臨時(shí)工程設(shè)備、設(shè)施間的碰撞檢查

在大型機(jī)械設(shè)備進(jìn)場(chǎng)之后，必須規(guī)范其作業(yè)位置以及作業(yè)半徑，保證不會(huì)與其他設(shè)備設(shè)施發(fā)生碰撞。借助BIM技術(shù)對(duì)不同機(jī)械設(shè)備之間的空間關(guān)系進(jìn)行模擬，找出在作業(yè)過程中可能會(huì)出現(xiàn)碰撞的位置，在施工的過程中加以防護(hù)；檢查場(chǎng)內(nèi)道路與施工道路盡量不交叉或者少交叉，以此保證施工現(xiàn)場(chǎng)的安全生產(chǎn)；臨時(shí)水電避免與施工現(xiàn)場(chǎng)的固定式機(jī)械設(shè)備的布置發(fā)生沖突，應(yīng)用BIM軟件進(jìn)行漫游和瀏覽，篩選分析危險(xiǎn)源并預(yù)先采取措施。

4.3 ContextCapture實(shí)景建模，臨時(shí)工程規(guī)劃深度融合

航拍影像數(shù)據(jù)通過Bentley的ContextCapture處理后，為所需環(huán)境生成具有高分辨率的實(shí)景三維模型，此實(shí)景三維模型擁有逼真的細(xì)節(jié)、清晰的邊緣、精確的幾何特性和地理位置坐標(biāo)。在完成初步空三解算基礎(chǔ)上提交新的生產(chǎn)項(xiàng)目，就可以使用ContextCapture產(chǎn)生各種不同格式的成果，其中包括OBJ、SCS、FBX等多種類型。將實(shí)景模型導(dǎo)入Descartes進(jìn)行編輯后，用MicroStation CE打開箱梁場(chǎng)等臨時(shí)工程設(shè)計(jì)模型，將生成的實(shí)景模型參考其中、合成編輯，使設(shè)計(jì)者在三維實(shí)景中完成臨時(shí)工程模擬規(guī)劃，對(duì)征地拆遷位置、土方量及占地面積、地上物等進(jìn)行調(diào)查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)規(guī)劃設(shè)計(jì)差錯(cuò)，避免后期實(shí)施出現(xiàn)糾紛或侵入限界等問題（見圖8、圖9）。

4.4 提供沉浸式檢查手段，提升臨時(shí)工程設(shè)計(jì)水平

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以虛擬原型取代物理原型，具有多感知性、沉浸感、交互性、構(gòu)想性等特點(diǎn)，不僅可再現(xiàn)真實(shí)存在的環(huán)境，也可以隨意構(gòu)想客觀不存在的甚至是不可能發(fā)生的環(huán)境。目前，有較大一部分臨時(shí)工程存在局部返工或設(shè)計(jì)不合理問題，通過開展虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究可從根本上解決類似情況的發(fā)生。將生成的臨時(shí)工程總裝模型導(dǎo)出到LumenRT中，手動(dòng)添加周邊環(huán)境或利用航拍生成的實(shí)景模型，構(gòu)建更貼近真實(shí)的虛擬場(chǎng)景，連接HTC Vive等硬件設(shè)備進(jìn)行沉浸式漫游（見圖10）。在虛擬場(chǎng)景中對(duì)臨時(shí)工程的細(xì)部設(shè)計(jì)、規(guī)劃布局等進(jìn)行檢查，方便對(duì)設(shè)計(jì)不合理的部位進(jìn)行修改或比較，從而得到滿意、直觀的設(shè)計(jì)結(jié)果，該技術(shù)的應(yīng)用也有利于設(shè)計(jì)單位與業(yè)主、施工單位進(jìn)行設(shè)計(jì)交底及安全體驗(yàn)培訓(xùn)等。

圖8 實(shí)景建模應(yīng)用于臨時(shí)工程規(guī)劃

圖9 實(shí)景模型與設(shè)計(jì)模型精度對(duì)比

圖10 在LumenRT中對(duì)箱梁場(chǎng)進(jìn)行沉浸式漫游檢查設(shè)計(jì)

5 結(jié)束語

開展的基于Bentley的臨時(shí)工程規(guī)劃與設(shè)計(jì)研究，結(jié)合大型臨時(shí)工程及過渡工程建設(shè)規(guī)范，借助無人機(jī)航拍、實(shí)景建模、虛擬現(xiàn)實(shí)等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)臨時(shí)工程進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)的模擬分析、虛擬漫游、碰撞檢查、快速出圖等。開發(fā)了Bentley系列臨時(shí)工程專業(yè)的分類構(gòu)件庫，方便臨時(shí)工程模型快速構(gòu)建，明確了相關(guān)的技術(shù)路線及方法，詳細(xì)闡述了建模及組裝流程，較其他的如廣聯(lián)達(dá)或魯班場(chǎng)布等具有模型信息豐富、效果質(zhì)量高、可采用技術(shù)手段多等特點(diǎn)，為其他專業(yè)的工程BIM技術(shù)應(yīng)用提供了借鑒，具有較大的參考應(yīng)用價(jià)值。