杉板橋路市政改造項目的BIM應用及探索

時間:2020-02-06    來源:BIM中國網     BIM編輯:wanglaoshi

  1、項目簡介

  杉板橋路市政改造項目起于成都市杉板橋路二環路口,止于三環成南立交輔道,建設內容包括道路、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(現狀既有二環匝道改造、二環至現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),區域交通優化,區域地下管網改造、總投資13.8億元。道路總長度約4.3km,主道設計時速60km/h,輔道40km/h。成都市市政工程設計研究院為方案設計、初步設計及施工圖設計單位。

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  2、項目面臨的困難及挑戰

  2.1 外部環境挑戰

  1、交通方案設計及評估困難,杉板橋路(中環-三環段)主線已實現快速化,迫切需要解決杉板橋路二環至中環的快速通過能力和區域交通轉換問題。杉板橋路兩側均為商業,采用連續高架方案對周邊建筑影響較大,采用主線下穿隧道方案受跳蹬河站主體結構的影響嚴重,難以實施。主線相交道路建設南路受電力隧道影響無法采用下穿方案。

  交通方案設計階段既要考慮車行交通的快速化需求,又要考慮沿線的轉換交通,同時還需要結合規劃綠地及公園等慢行空間構建慢行過街系統。區域內車行交通的“快速化”與慢行交通的“寧靜化”,過境交通與到達交通的混合為杉板橋快速化改造的交通方案設計與評估提出了嚴峻挑戰。

  2、工程設計及施工過程中的邊界條件復雜,杉板橋路改造工程涉及到地鐵8號線的跳蹬河站、東郊記憶車站及三段區間,跳蹬車站和東郊記憶車站主體已經實施大部分,該段盾構區間基本實施完畢。為保證車輛高效通行,改善交通擁堵,二環高架需要延伸至杉板橋主干路。延長后的跨線橋樁基與盾構區間及車站水平距離小于1.5米共34根樁基;楓丹路下穿隧道框架段約35m長度與地鐵區間距離不到2米,帶來設計及施工的挑戰;慢行過街通道與盾構區間豎向約5米,地鐵相關段在設計階段須采取加固措施。杉板橋路道路設計時須統籌地鐵出入口等附屬設施,并考慮地鐵的交通接駁。

  3、本項目為改造工程,現狀道路下已經敷設有大量的管道,包括污水、雨水、電力、通信、燃氣、給水、電力隧道等。本次地下部分新建內容包括兩處地鐵站、橋梁下部結構。項目實施工程中涉及到管線臨時遷改、永久遷改、臨時保護等工序,施工組織難度較大。

  4、BIM模型運用不足。以往設計階段BIM模型構建完成后,在施工階段能起到指導施工等作用,但在運維管理階段,設計模型與實景模型的應用在規劃報建及管理控制等方面應用較淺。另外設計模型的應用未能向其他專業有效延展,降低了模型的附加值。

  橫向上未能充分發掘模型的數據價值,導致設計單位的BIM應用投入與產出差距太大;縱深上設計模型應用周期短,則讓部分設計人員及領導對BIM的認知仍停留于“可視化”層次。

  2.2項目內部面臨的挑戰:

  1、項目涉及專業較多,工期短任務重,需要有較高的協同性避免錯漏碰缺。

  2、部分專業設計方案在調整后需要進行可視化以評估合理性。以杉板橋主路方案為例,除了考慮路橋方案的通行能力,還需要審視設計方案與周邊環境的契合程度(景觀、交通噪音、高架方案對底層道路光線遮擋等),同時路橋的方案之間的比選,需要定性與定量結合比對,定量則需要進行交通仿真數據的支持,傳統的仿真數據表現形式仍以“專業角度”居多,若能實現與模型結合的可視化效果會更好。

  4、實景模型在應用時存在加載較慢,對硬件要求較高等問題,進行可視化分析時未能充分發揮其效能。

  3、BIM應用及探索

  3.1預期目標和成果

  設計目標:采用“路段+節點”的方案完成“快速交通”和“到達交通”的雙優化效果;同步實施慢行過街設施,構筑安全、便捷、舒適的慢行系統;針對地下管網,同步實施管線擴容,合理利用地下空間,便于后期的運維保養;同步實施景觀規劃、市政配套設施的改造,提升城市品質。

  BIM應用目標:BIM技術從方案階段到施工圖設計完成,輔助設計優化并對施工起指導作用;利用交通仿真分析優選設計方案;通過BIM+GIS的聯用,形成項目的數字化資產,并為數字城市和后期的基礎設施聯網構建底層模型。

  項目預期成果:區域道路改造項目的實施,通過運用BIM技術優選設計方案并控制造價,保證設計合理及美觀大方,有效地提高道路通行能力,改善城市景觀,同時降低對周邊商鋪經營和居民生活的影響,解決擁堵問題;交通管控向智能交通方向發展;形成項目的數字化資產。

  成都市政府管理部門已開始將實景模型、管線勘探數據及項目模型納入數字化平臺予以管理,在后期運維保養階段更便捷的進行管控,成為數字城市的一部分。

  3.2 BIM應用情況

  在項目的推進過程中,BIM的應用主要體現在如下幾方面:完成部分專業模型的構建、參與設計方案的比選和優化、基于碰撞檢測進行設計優化、可視化應用(交通仿真可視化、“實景模型+設計模型”可視化)

  3.2.1 BIM應用方式

  應結合工程實際需求,確定建模專業;其次確定建模深度(LOD),進一步縮小建模范圍,有目的性的進行專業和圖紙的篩選,保證成果輸出的基礎上有效地控制工作量;結合前述內容進行建模軟件的選擇,最后完成模型的總裝和可視化。

  首先需要明確的是:不是所有的專業都需要進行建模。在設計的某一階段,也不需要將每一個細部構建的非常精細,在限定的時間內完成模型構建,輔助項目的順利推進的首要目的。

  針對不同類型的項目,應進行軟件選用分析,具體策略方式可為“高效實用、數據互通、方便修改”。

  可能會有這樣的一個階段,設計人員希望用Plant系列來畫管道,用Building系列做建筑,用Civil軟件來做路橋和場地,但是我們也會面臨這樣的問題,用的軟件越多,誤操作的可能性也會提高,比如用MS改動了OPM/OBD的管道;再次就是軟件使用成本提升,可能某一專業內容并不多,但要修改該模型就必須回到該軟件內部調整。針對前述狀況,建議對項目梳理后選擇軟件,用適量軟件覆蓋更大的項目范圍。

  在建模階段,都需要進行模型樹的構建,也就是項目的文件結構,這是老生常談但仍有必要再次提及,文件結構的組織和模型的命名規則會一定程度上決定工作效率。Bentley部分軟件更新之快,導致部分高版本軟件能利用低版本的文件并進行升級,但是低版本只能參考或者只讀高版本,在杉板橋項目中我們采用了軟件+版本+專業的命名方式,例如“ORD6+道路+杉板橋主路”,當然,如果軟件使用版本統一,可以采用更簡潔的方式。

  Benltey軟件選用:

  市政道路:ORC(OpenRoads ConceptStation)、ORD(OpenRoads Designer)、OBM(OpenBridge Modeler)

  地鐵站點:OBD(OpenBuildings Designer)

  可視化:LumenRT、SYNCHRO

  其他軟件選用:交通仿真設計軟件VISSIM,市政鴻業(管立得)

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

  3.2.2 軟件實操

  對于軟件的操作流程此處不做贅述,對于管線碰撞和利用碰撞檢測進行設計優化也已經有很多成熟案例,不再詳細闡述。軟件優劣不能僅聽他人評論,多拿實際項目練習用熟軟件,才可能利用原生軟件做完項目(如果沒有二次開發能力)。相對來說,Bentley軟件更勝在綜合實力,系統性的解決方案,當然ORD也是一款非常優秀的參數化軟件,勤學多練總是好的。

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

  對于SUE板塊,應適當控制Feature definition中模型的精度,地下管網更多的是關注井頂底高程以及管徑,而非井蓋等精美與否,精細程度會大幅影響模型的大小進而影響使用速度。

  4杉板橋路改造項目的探索

  4.1交通仿真可視化

  在杉板橋項目內進行了交通仿真可視化的探索,Bentley大部分軟件一直有將VISSIM數據導入LumenRT的功能,交通仿真數據可以通過VISSIM生成,而ORC則可以將路線數據導入到VISSIM內。

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  常規操作流程即:ORC構建方案—→ORC路線導入VISSIM—→VISSIM進行交通仿真分析并導出數據—→仿真數據同總裝模型進入LumenRT。

  交通仿真可以為設計方案比選提供數據支撐,定量評估通行能力;可視化則提供了另外一種視角:車流結合實景模型和設計模型,更好的展示交通設計與路橋方案,可以用于分析設計或仿真方案是否存在考慮欠周全的地方,進一步修正仿真模型或優化設計方案。

  基于杉板橋項目的探索與嘗試,成都市市政工程設計研究院BIM中心在成都市北三環道路交通可視化、成都市火車北站區域交通優化項目中將持續推進“交通仿真可視化+設計模型+實景模型”應用。ORC除了可應用于方案設計階段做比選外,對于大面積的現狀區域,復原路網模型方面有較大優勢。

  4.2實景模型單體化

  隨著傾斜攝影技術的成熟和無人機成本的降低,越來越多的項目開始應用實景模型,但隨之也伴隨著質疑聲:市政路橋一般屬于線性工程,高精度的實景模型對電腦硬件提出較高的要求。展示階段的卡頓或緩沖現象降低了觀感,再次就是展示階段有時僅需要部分場景而不需要加載全部,最關鍵的在于實景模型所發揮的作用,投入與產出的不平衡。

  常規的使用方式是將3SM模型加載到Bentley軟件內,通過剪切或者遮罩控制顯示區域,同設計模型一起導入LumenRT中,完成可視化。

  在相當長的一段時間內,由于MicroStation CE版本加載實景模型時,僅支持凸多邊形遮罩,而不能使用任意多邊形的遮罩,結果手動繪制大量的凸多邊形,隨著技術的進步,MSCE update12以及ORD7版本開始,實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,當時做杉板橋改造項目的時候,MSCE12還沒有面世,如何有效使用實景模型呢?無人機航拍以后,借助二次開發的軟件將實景單體化,可以劃區域的導出實景,基于MicroStation平臺良好的兼容性,利用fbx或者obj格式,通過參考的方式快速加載,在參考文件上進行遮罩或者剪切效率要高得多,同時進入LumenRT以后,清晰度不輸3SM,效果良好。

  4.3實景模型在SYNCHRO 的應用

  Bentley于2018年收購了SYNCHRO 4D,dgn格式的文件可以順利導入SYNCHRO內進行施工進度管理。業主在其他項目中提出了實景模型必須應用到施工管理平臺內的要求,在杉板橋改造項目中,對該軟件的應用也做了淺顯的應用。用MicroStation可以將3SM文件導出為fbx文件,從而在SYNCHRO 內進行加載應用。經測試,源文件導出精度0.5m時,文件體量縮小為10%,0.3m精度時文件體量縮小為1/3,0.1m時文件精度與源文件差別不大,但0.1m精度文件導入SYNCHRO未成功,可能與測試機器性能有關。實際項目中,精度的區別主要體現在綠化植被上,對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控制實景模型的導出精度。

  雖然4.2和4.3中的實景應用嚴格來說與3SM的實景模型已經有了較大的區別,但本著實用的角度,有部分的參考意義。

  4.4 “GIS+BIM”構建數字城市

  GIS側重于地理空間環境信息的宏觀表達,BIM能將細節表現得盡善盡美,二者存在互補關系,GIS平臺作為大場景加載平臺,在資產管理和運維方面有優勢。將BIM信息加載到GIS平臺內,可以形成數字化資產,更好的參與管控。

  將實景加載進入GIS平臺作為參照底圖,設計模型導入后同樣實現可視化。在此基礎上加載規劃紅線,對于政府部門管理人員可以更高效的推進規劃報建等工作。

  從業主角度推進BIM應用,效果會更好,模型隨著施工進度持續更新,最終提交的模型就是竣工模型,也是項目的數字化資產,手動或批量掛接信息后加載到GIS平臺,相較于查詢CAD圖紙或藍圖,在維修保養過程中工作效率更高,應用也更有價值。

  5、結論及建議

  5.1交通仿真分析的應用

  交通仿真分析可視化,一定程度上完成了BIM模型應用橫向拓展,將更多的專業結合起來,通過技術手段更合理的解決交通擁堵問題,通過定性和定量結合的方式推進設計進程。

  5.2 實景模型的應用前景

  隨著城市的基建成熟,改造項目趨于增加,涉及利益方增多,可視化的要求提高,實景模型會越來越多的被應用在項目上,實景模型的應用除了方案評估比選,也會以“實景+仿真+設計模型”的形式可視化,而對于街景、公園城市的建設,實景模型會進一步發揮作用。設計方案的落實,會結合真實場景考慮更多的因素,以人為本的設計原則也能進一步鞏固。

  5.3LumenRT應用展望

  在某個節點,同樣作為渲染軟件,Lumion的效果開始超越LumenRT,色彩的飽和度,風霜雨霧等效果也更贊;而從LumenRT的技術路線來看,后續版本的更新也不會專注于“視覺效果沖擊”,而是更多地偏重于“模擬展示”,LumenRT更多的是強調真實,比如實時光線和真實場景,支持交通仿真數據,在2019年的SIG中提到了LumenRT后續的更新會加入 LEGION、SYNCHRO的模擬過程,對于材質開始支持PBR。從發展趨勢上更多的從渲染走向模擬集成平臺。

  5.4 BIM應用建議

  對于現階段不具有二次開發能力的單位,臨淵羨魚不如退而結網,運用好手中的原生工具也是推進BIM應用的關鍵舉措。應以項目為依托推進BIM應用落地,無論在設計階段還是施工階段,BIM有有很多溝坎的同時也有很多未發掘出的價值,橫向拓展模型的應用范圍,讓更多的專業獲益,增加設計人員參與DBIM應用的積極性,縱深上需要延續模型的壽命周期,持續的應用才可能產生持久的價值。

  成都市市政工程設計研究院 王彥祥

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