陳 麗 芳

(1.上海市水利工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200062； 2.上海市水務(wù)局防汛減災(zāi)工程技術(shù)中心，上海 200062)

1 研究背景

近年來隨著我國經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，政府及社會對水利工程行業(yè)設(shè)計(jì)及施工要求越來越高，受到的關(guān)注也越來越廣泛。與一般土建工程相比，水利工程具有工程量大、工期長、對國民經(jīng)濟(jì)影響巨大等特點(diǎn)，其設(shè)計(jì)到施工的對接也普遍存在較大困難。

隨著政府推動力度的不斷加強(qiáng)，運(yùn)用BIM技術(shù)解決設(shè)計(jì)與施工分割的問題，是當(dāng)下最為高效的方式之一，但這也導(dǎo)致了項(xiàng)目各參建方在軟件選擇及模型對接上矛盾的不斷升級。諸如BIM建模軟件無法統(tǒng)一、設(shè)計(jì)模型無法被施工應(yīng)用逐漸成為BIM貫穿項(xiàng)目全生命周期的重要障礙。如何打通BIM建模平臺之間的數(shù)據(jù)對接，減少各個(gè)階段重復(fù)建模工作，拓展BIM技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值，助力設(shè)計(jì)施工的一體化是行業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)問題之一。

何關(guān)培等[1-4]從BIM技術(shù)特點(diǎn)出發(fā)，研究其在建筑行業(yè)全生命周期中的應(yīng)用可行性，闡述了BIM在設(shè)計(jì)施工一體化中的技術(shù)方案。卓鵬飛等[5-7]依托泵閘工程論述了基于Bentley平臺的BIM協(xié)同設(shè)計(jì)環(huán)境數(shù)據(jù)集成、模型組裝、碰撞檢測、出圖交付、添加信息等技術(shù)過程。劉懿韜[8]通過列舉和整理近年來國內(nèi)部分水利工程BIM的應(yīng)用模式，總結(jié)了目前水利工程中BIM結(jié)合新技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢和各工程存在的缺點(diǎn)；王寧等[9-12]依托Autodesk平臺開展了BIM技術(shù)在水利工程三維設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究，總結(jié)了三維正向設(shè)計(jì)過程中的主要應(yīng)用點(diǎn)；張建平等[13-16]提出了BIM技術(shù)在工程施工中的主要應(yīng)用方案及模式；王明明等[17-20]提出了基于Autodesk平臺的水利工程施工BIM模型構(gòu)建流程，并依托典型案例開展了施工階段應(yīng)用。

從這些文獻(xiàn)中可以看出，盡管行業(yè)內(nèi)在BIM技術(shù)應(yīng)用上已取得部分成果，但普遍僅基于設(shè)計(jì)、施工階段獨(dú)立進(jìn)行，更缺少不同BIM平臺間的對接應(yīng)用研究。本文擬依托上海市張涇河南延伸整治工程泵閘項(xiàng)目，結(jié)合主流BIM軟件平臺Autodesk和Bentley進(jìn)行從設(shè)計(jì)到施工階段的對接與應(yīng)用研究，旨在尋找兩大主流建模平臺之間的模型和數(shù)據(jù)傳遞解決方案，梳理水利工程設(shè)計(jì)BIM模型傳遞至施工階段應(yīng)用的關(guān)鍵點(diǎn)，為企業(yè)BIM軟件選型、設(shè)計(jì)到施工BIM技術(shù)一體化應(yīng)用提供參考。

2 設(shè)計(jì)、施工建模體系及應(yīng)用

現(xiàn)階段占據(jù)我國BIM建模市場的軟件以Autodesk、Bentley、Graphisoft及Dassault為主，其中更是以Autodesk(以下簡稱A)和Bentley(以下簡稱B)兩大軟件平臺最為主流。

經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，B平臺依靠便捷的PW協(xié)同方式、專業(yè)間的無縫交互受到一批設(shè)計(jì)單位的追捧；A平臺則以廣泛的族庫文件、便利的軟件操作方式及市場上大量的第三方插件得到了一大批施工企業(yè)的青睞。故本次研究采用B平臺軟件進(jìn)行水利工程設(shè)計(jì)，模型傳遞至施工階段采用A平臺對接應(yīng)用(見表1)。

表1 A、B平臺在水利工程行業(yè)的解決方案Tab.1 Solution of A&B platform in water conservancy project

2.1 設(shè)計(jì)建模體系及應(yīng)用

B平臺軟件是一款服務(wù)于土木、工廠、建筑、地理信息等基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)的通用軟件平臺，經(jīng)過多年的發(fā)展，逐步整合形成了以ProjectWise為協(xié)同，以MicroStation為圖形的平臺。利用ABD軟件建立的泵閘三維模型如圖1所示。

圖1 基于ABD軟件的泵閘三維模型建立Fig.1 3D model of pump gate based on AECOsim Building Designer

依據(jù)施工圖設(shè)計(jì)階段模型深度要求，開展工程地質(zhì)、水工結(jié)構(gòu)、基坑圍護(hù)、電氣、水機(jī)、金屬結(jié)構(gòu)等全專業(yè)的結(jié)構(gòu)、設(shè)備三維建模，基于ProjectWise協(xié)同進(jìn)行碰撞檢查、工程量統(tǒng)計(jì)、二維出圖等基礎(chǔ)應(yīng)用。

2.2 施工建模體系及應(yīng)用

Autodesk軟件有限公司是全球最大的二維和三維設(shè)計(jì)、工程與娛樂軟件公司，早在20世紀(jì)便以 CAD軟件占據(jù)了我國二維制圖行業(yè)大部分市場，其推出的以Revit為主的BIM軟件套包更是目前國內(nèi)建筑市場的主要軟件之一。

本次采用A平臺Revit軟件進(jìn)行施工場地規(guī)劃，對施工各階段的場地地形、既有建筑設(shè)施、周邊環(huán)境、施工區(qū)域、臨時(shí)道路、臨時(shí)設(shè)施、加工區(qū)域、材料堆場、臨水臨電、施工機(jī)械、安全文明施工設(shè)施等進(jìn)行規(guī)劃布置和分析優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)場地布置科學(xué)合理，如圖2所示。

圖2 基于Revit的施工場地布置模型Fig.2 Model of construction site layout based on Revit

3 B→A平臺模型數(shù)據(jù)對接

將B平臺設(shè)計(jì)模型導(dǎo)出為中間格式，載入Autodesk Revit及Navisworks進(jìn)行測試。測試結(jié)果表明，以IFC格式為轉(zhuǎn)換格式(見圖3～4)，在Revit中保留了原有三維模型構(gòu)件，丟失了材質(zhì)及新增屬性信息，在Navisworks中保留了三維模型、構(gòu)件材質(zhì)及名稱，丟失了新增屬性信息；以DWG為轉(zhuǎn)換格式，則只能作為整體構(gòu)件鏈接存在，無法選中單個(gè)構(gòu)件。

圖3 ABD→IFC→Revit傳遞路徑Fig.3 Transfer path of ABD→IFC→Revit

圖4 ABD→IFC→Navisworks傳遞路徑Fig.4 Transfer path of ABD→IFC→Navisworks

實(shí)際施工應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)IFC作為轉(zhuǎn)換格式，缺少與原設(shè)計(jì)模型的動態(tài)聯(lián)動性，無法實(shí)時(shí)反映設(shè)計(jì)模型的變更情況。經(jīng)研究測試，在Navisworks中直接打開B平臺.dgn格式模型(見圖5)，傳遞信息與IFC一致，還能實(shí)時(shí)與B平臺聯(lián)動，能更加合理地應(yīng)對水利項(xiàng)目建設(shè)過程中的模型的變更。

圖5 ABD→Navisworks傳遞路徑Fig.5 Transfer path of ABD→Navisworks

將設(shè)計(jì)BIM模型與施工準(zhǔn)備階段BIM模型統(tǒng)一導(dǎo)入Navisworks軟件中(見圖6)，對坐標(biāo)點(diǎn)位置進(jìn)行核對、移動后，即可開展施工階段應(yīng)用。

圖6 A+B→Navisworks平臺模型組裝Fig.6 Model assembly of A+B to Navisworks

4 設(shè)計(jì)至施工BIM模型應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)路線

在我國水利行業(yè)，設(shè)計(jì)與施工的分割屬于普遍現(xiàn)象，設(shè)計(jì)無法提前考慮施工方案的合理性及可行性，施工單位不理解設(shè)計(jì)的意圖、誤讀施工圖紙也已成為行業(yè)通病。BIM技術(shù)欲助力設(shè)計(jì)、施工的一體化，基礎(chǔ)便是將設(shè)計(jì)BIM模型順利移交至施工階段。通過研究對BIM模型傳遞關(guān)鍵技術(shù)路線總結(jié)如下。

4.1 設(shè)計(jì)模型劃分技術(shù)路線

依托項(xiàng)目施工組織設(shè)計(jì)及項(xiàng)目WBS劃分原則，由施工單位對設(shè)計(jì)模型實(shí)體構(gòu)件進(jìn)行拆分，建立對應(yīng)的模型構(gòu)件分類表，分類表中通過功能關(guān)系、材料關(guān)系、單元大小、類屬關(guān)系等邏輯關(guān)系確定各構(gòu)件和上級構(gòu)件、關(guān)聯(lián)構(gòu)件、組裝模型的遞進(jìn)及層級關(guān)系。

總結(jié)設(shè)計(jì)模型拆分方式分為3種：第一種運(yùn)用B平臺分割實(shí)體方式直接進(jìn)行切割劃分；第二種運(yùn)用A平臺Revit中分割零件的方法進(jìn)行切割劃分，再導(dǎo)出為.dgn格式或直接轉(zhuǎn)至其他平臺中直接應(yīng)用；第三種采用第三方平臺(如后期運(yùn)用Fuzor軟件進(jìn)行應(yīng)用，可用Fuzor)進(jìn)行拆分。本次研究采用第一種方式進(jìn)行拆分。

4.2 構(gòu)件模型編碼技術(shù)路線

依托國家頒布的《信息分類和編碼的基本原則和方法》與《建筑信息模型分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)》等標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合項(xiàng)目地方水利工程標(biāo)準(zhǔn)，將WBS劃分后的構(gòu)件依次進(jìn)行空間及構(gòu)件組合編碼，達(dá)到調(diào)用編碼即調(diào)用相應(yīng)模型的目標(biāo)。

以進(jìn)水流道模型為例，設(shè)計(jì)模型按照整體構(gòu)件建立，現(xiàn)場實(shí)際施工則是按照WBS及進(jìn)度計(jì)劃分段分層進(jìn)行澆筑，施工應(yīng)用需要對流道設(shè)計(jì)模型進(jìn)行切分，賦予編碼號14-91.06.06.00(見圖7)，若構(gòu)件再次切分，則相應(yīng)修改最后兩位00。由于本次研究中B平臺傳至A平臺構(gòu)件新增屬性存在丟失，故此類傳遞方式編碼在后期第三方應(yīng)用管理平臺中添加。

圖7 Bentley設(shè)計(jì)模型劃分及編碼示意Fig.7 Division and coding of design model with Bentley

4.3 施工碰撞后的模型變更技術(shù)路線

張涇河南延伸整治工程泵閘項(xiàng)目中，基坑開挖最大深度11.1 m、總基坑面積達(dá)30 000 m2，橫向泵閘間基坑高差約4.95 m，建設(shè)環(huán)境苛刻。運(yùn)用整合模型在A平臺中進(jìn)行施工開挖及泵閘澆筑方案模擬，發(fā)現(xiàn)泵站流道第二層澆筑時(shí)與7-9軸支撐發(fā)生碰撞。故須變更設(shè)計(jì)BIM模型，修改施工拆除方案后重新模擬。

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，基于B平臺進(jìn)行設(shè)計(jì)變更后(見圖8)在Autodesk Navisworks軟件中加載更新，利用原有的組合、進(jìn)度數(shù)據(jù)和操作進(jìn)行二次模擬，屬于施工碰撞檢查后修改工作量最小的方案。

圖8 模型變更技術(shù)路線示意Fig.8 Technical route of model change

5 結(jié) 語

在我國水利工程建設(shè)過程中，設(shè)計(jì)與施工的分割為項(xiàng)目管理主要矛盾之一，被視為縮短建設(shè)周期、降低造價(jià)的主要障礙。欲借助BIM技術(shù)解決行業(yè)通病，助力設(shè)計(jì)施工一體化，設(shè)計(jì)BIM模型順利移交至施工階段應(yīng)用是關(guān)鍵。本文依托張涇河南延伸整治工程泵閘項(xiàng)目，對A、B平臺在水利工程行業(yè)的對接應(yīng)用進(jìn)行了研究，驗(yàn)證了運(yùn)用B平臺建立設(shè)計(jì)模型，延伸至A平臺中進(jìn)行施工應(yīng)用是可行的。研究結(jié)果表明，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)模型可直接在Navisworks軟件中與施工A平臺模型進(jìn)行整合，完成施工模擬后可采用直接修改原模型、一鍵更新至整合文件的方式進(jìn)行二次模擬，也可轉(zhuǎn)至第三方軟件中進(jìn)行施工應(yīng)用。

該項(xiàng)目是水利泵閘工程在A、B平臺全專業(yè)全平臺首次試用，初步形成了一套基于B平臺設(shè)計(jì)到A平臺施工應(yīng)用的最“省錢”的技術(shù)路線，節(jié)約了參建方盲目的二次開發(fā)或軟件購買費(fèi)用，可為類似項(xiàng)目設(shè)計(jì)至施工的BIM技術(shù)應(yīng)用提供參考。