收藏学习!海榆东线综合管廊BIM应用.docx
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1、收藏学习!海榆东线综合管廊BIM应用BIM技术应用于市政综合项目的探索与实践1、项目背景海棠湾海榆东线市政道路改造工程设计施工总承包(EPC)项目:合同内容包括海棠湾海榆东线市政道路(藤桥西河段至海岸大道路口段,K0+000K9+425.2)范围内道路、桥梁(涵)、交通、给排水、照明、绿化、综合管廊(综合管廊、控制中心楼、消防泵房、电气、消防及监控设施设备等),青田水厂原水输水管改造工程(原水输水管、加压泵站、变配电间、综合楼、电气、给排水、消防及设施设备等)。项目采取设计、采购、施工(EPC)总承包模式,项目总造价12.35亿元,合同工期910天。市政化改造道路长度9.42km,宽42m,主
2、干路,沥青混合料路面;青田水厂原水输水管线于一级加压泵站处,沿规划道路敷设两根DN1400 预应力钢筒混凝土管(PCCP)至海榆东线K0+180后,再沿海榆东线敷设至青田水厂配水井,管道敷设线路长度为19.5Km,设计输送原水规模为27.5万m3/d。在海榆东线本次改造范围内道路左侧深约2m 处建设混合型综合管廊1 条,长约7.7 km,宽5.45m,高5m(净宽4.55m,净高4.0m),钢筋混凝土结构;根据监控中心的位置,综合管廊在K6+024处预留支线管廊与控制中心连接;综合管廊内设置有:给水管(DN400),中水管(DN400),水厂连通管(DN800)、电力(24回l0KV, 12回
3、110KV)、通信(24孔)。管廊配置:1.防火门及通风口,2.投料口,3.管线接出口,4.预埋件,5.排水,6.管道及电缆支吊架,7.标识,8.电气,9.监控与报警,10.消防。项目中标后再次踏勘时发现由于多种因素导致施工环境发生较大变化,原有基础资料不能完全适用;在道路改造范围内,施工前的管线刨验显示地下管线较物探图更为繁多;项目背山临海,地质条件复杂项目采用“四新(新技术、新工艺、新材料、新方法)”辅助项目推进,BIM在设计及施工过程中起到了较好的作用,且在各专业均有所应用,以购买Bentley软件为例,马头岗污水处理厂二期泥区处理工程进行了工程实践(ABD+ OpenPlant + M
4、icroStation),建模及出图取得了良好的效果;山西临汾市快速交通专项规划充分体现了PowerCivil的实用性;ABD在多个综合管廊项目的节点中得到了充分的应用。但是对于较为复杂的市政综合项目,并未推进到施工配合阶段,仍以图纸校审为主,模型的使用寿命相对较短。从工程实际角度出发,构建项目的BIM,如果仅是给专家或业主“展示”的三维模型,模型构建完成后未再作修改或调整,这样的模型是“死”模型,模型构建完成也就完成了自身的使命;我们更多的是要一个“活”模型,既能反映设计状况,又能根据工程实际需要进行模型调整,通过专业之间配合,在模型的生命周期内发挥最大的作用,一直到竣工。随着技术的发展,目
5、前推进BIM,对于大部分工作,计算机硬件已经不再是瓶颈,除了模型的构建,依托模型对工程设计进行分析,可以进一步完成渲染以及动画部分的工作;根据相关资料,越是管线复杂的项目,应用BIM的价值越大。基于“建筑是重要的,图纸是影子”的原则,选择BIM辅助工程推进,并不是说BIM可以主导一切或能解决一切问题,主导因素仍然是设计人;借助BIM,可以更好的传递和表达设计意图,将精力集中到设计阶段和解决工程问题阶段;通过一个项目进行BIM的工程实践,反思设计优化空间,完善工作流程,是设计与施工的双赢。由于本工程属于EPC项目,设计单位牵头主导,考虑到BIM建模与传统CAD在工作效率和方式上存在差异,目前施工
6、图期间直接采用BIM设计及出图尚未取得突破性进展,本课题基于绘制完成的施工图,进行面向施工的建模,也就是“翻模”;随着施工推进,模型会进一步完善及改进,目的在于辅助施工组织与管理。2、课题意义2.1 管线综合市政综合项目尤其改造项目涉及专业广泛,包括道桥水暖涵,雨污讯电燃等,各专业相互独立同时又需要密切配合。施工图的绘制,未采用协同平台的情况下,各专业除了内部校审还需要相互会签以保证图纸及设计的严谨性,各专业将自身设计交付到管线综合人员,管综结果反馈给各设计师,各专业根据管综调整设计并进行“返图”(将其他专业管线反馈到本图纸)。而不论是否采用协同平台,由于二维图纸中常采用标高表述管线之间或管线
7、与构筑物之间相互关系,不能体现管道壁厚,无法直接准确度量相互之间净距,导致管综成为进度控制因素,而设计变更时管线综合显得更为重要。管综工程师存在任务重、责任大、风险高的特点。一旦管综人员不再跟进该项目,接手人员需要较长时间熟悉项目,处理项目上的问题则需要更长的时间。亟需能准确表达、直观表现、能与设计互动的工作流程,同时,要体现“设计的生命周期”。2.2 专业配合另一方面,以本项目为例,桥涵专业的雨水箱涵属于构筑物,工艺的综合管廊也属于构筑物,考虑到覆土厚度和避让原则,常有管廊在箱涵下方的情况出现,属于单独设计并相互配合,但属于“弱结合”,管廊的埋深增加会导致基坑加深、土方量增大,支护体系及降排
8、水措施调整、管廊坡度变化等,进一步加大投资;实际上可以加大专业之间的配合深度,进行设计优化,实现“强结合”,把该节点管廊与箱涵作为整体进行设计,再考虑沉降缝与防水措施,可以避免前述问题,管廊高程可以提高1m以上,对于管廊后期的运营维护都有很大的好处。实现“强结合”,除了设计师的配合,还需要实现可视化,一方面将直观表现成果,有助于进一步分析设计的优缺点,另外快速表达设计意图,加快校审进度。2.3 设计变更有别于水厂及泵站项目,市政项目管线权属单位多,新建与切改影响范围广,施工面呈条带状,自然环境及地形地貌变化较快,该因素导致物探图及地形图具有较强的时效性。由于基础资料和外界环境的变化导致的设计变
9、更较多,雨污水管道作为重力流管线在高程调整时较为复杂,管线综合的工作量较大,针对复杂节点,二维图纸较难表述。市政工程施工常有分段分专业施工的特点,施工过程中经常出现未探明的管线及构筑物,如何快速有效的解决问题显得尤为重要,一方面现场配合人员未必是该专业的工程师,另一方面如何向总部准确的描述该状况或提出的解决方案被认可也不容易实现。项目推进过程中,发现如下问题:管线方面,受各种因素影响,管线权属单位不一定完全掌握地下管线情况;物探仪器针对深度超过3m的管线难以准确判断深度与位置;部分管线及构筑物施工完成后并未在城建部分存档,上述因素均可能导致变更。另外变更源自设计本身,设计时考虑了建成后路面与原
10、始地形的高差,某处设置挡墙,而忽略附近居民车辆驶入建成道路的方式;雨水接入现状箱涵就近引入河道,但原箱涵设计之初主要排除道路外地面水,未考虑路面水,同时箱涵流量加大后,周边泄水渠负荷不够,可能导致雨水溢流淹没附近居民的房屋基础;原始地形图高程点采集数量不够,未能完全体现地形地貌和建构筑物的关系,某处房屋高出地面2m,管道挖深较大,支护体系施工及拆除风险较大。规避上述问题,除了加密高程点数量,设计人员还可以在现场踏勘时尽可能保证多的影像记录,当设计人不再跟进项目或者现场条件发生较大变化,可能需要新设计人前往现场再次踏勘,外阜项目会因此产生较高的费用。如果采用倾斜摄影技术,通过航拍构建实景模型,设
11、计人及校审人员可以通过网盘或云在短时间内了解现场情况,提出安全可靠的解决方案,对于EPC项目,既提高了处理效率,又能节省大额差旅费用,降低成本。2.4 施工组织与管理市政工程项目隐蔽工程多,反复开挖容易导致压实度质量波动,回填不均;在施工前如果图纸梳理程度不够,施工先后顺序颠倒,易造成浅管先埋下,深管再挖开;专业分包队伍多,存在交叉施工,一旦出现错漏碰缺,易导致窝工费及工期延宕,提升项目成本;施工计划内的工程量需要计量,包括管道长度、混凝土方量、土方开挖及倒运数量,该工作需要耗费较多的人力;针对上述情况,一方面采用无人机进行实景建模,进行工程概览;航拍图片可以处理成点云,进一步构建地模,借助C
12、IVIL板块进行工程土方分析;对各构筑物进行分拆(例如:底板+侧壁+顶板)并构建模型,进行工程量统计;将各专业模型拼装后形成总装BIM,轻松梳理各处相互关系,预见性的进行施工组织设计;借助总装BIM进行碰撞检测,降低错漏碰缺的几率。小结结合上述分析,针对市政综合项目,尤其EPC项目,在工期紧、任务重、配专业多的背景下,既想保证工程设计安全可靠,又要多快好省的进行施工,保证收益的最大化(控制成本的同时进行精益管理),BIM可以作为工程建设辅助手段进行全方位的优化。从软件使用角度分析,可以采用Bentley软件,在拥有通用平台的基础上,一方面各专业有相应的配套建模软件,另一方面将各专业模型进行整合
13、应用具有实际工程意义。依托海棠湾海榆东线市政道路(藤桥西河至海岸大道路口段)改造工程施工设计总承包(EPC)项目,探索分析Bentley软件一站式解决市政综合项目的可能性与应用程度,为院内类似项目提供一定的参考。3、目标本次建模针对道路工程、原水工程、综合管廊工程、廊内管线出线(电力、通讯、中水、给水、廊内集水池)、桥涵工程、雨水工程、污水工程。针对综合管廊的节点进行建模(廊内管线、预留预埋、消防、支吊架、支墩、廊内排水),建模范围K1+774K9+424.4。3.1 模型构建方面1、构建“准”模型,准确、实用;2、针对影响施工组织与管理的重要专业进行模型的构建3.2 模型实际应用方面1、借助
14、建模的结果更好的进行施工组织与管理,充分了解隐蔽工程先后施工次序,避免工序反复造成损失;2、结合模型进行设计的优化,避开二维设计盲区,针对复杂节点进行充分分析,解决工程实际问题3、优化设计流程,形成BIM与设计的互动,延续模型的生命周期4、解决错漏碰缺(管线与管线、管线与结构、结构与结构)3.3 BIM在项目各阶段的应用价值与切入时间分析结合本次建模,探讨各设计阶段BIM应用的可能性,应用的方式与切入的时间节点,BIM构建模型的深度。3.4 市政综合项目BIM建模的标准化结合该工程,摸索各专业的建模流程,分析专业之间配合方式,将BIM建模流程标准化,提高建模效率与实用性。4、软件平台选择、基础
15、资料本次建模着重综合管廊、原水管道,市政给排水管道与道路工程的相互关系(K1+774K9+425.2),便于施工组织并在施工之前解决错漏碰缺问题,施工过程中针对复杂节点进一步优化设计,避免窝工与索赔。本次建模软件全部采用Bentley公司软件,目的在于减少不同软件间的格式转换,尽量“一站式”解决建模问题,其中MicroStation为通用技术平台。4.1 建模软件航拍及点云处理:Acute 3D,Point Tools;道路建模:Power Civil China综合管廊节点建模:主体结构:MicroStation桥架、给排水、出线管道阀门:OpenPlant管廊平纵:Power Civil
16、China市政给排水、原水管道建模:Power Civil 下SUE板块水锤模拟及分析:HAMMER v8i节点渲染:LumenRT关键帧及路径动画:MicroStationBentley软件更新较快,对于软件版本的选择,英文版的更稳定,不一定全部采用最新版,可以根据自身熟悉程度甄别性选择。4.2 参考书籍及资料1) MicroStation工程设计应用教程(表现篇)2) MicroStation工程设计应用教程(制图篇)3) AECOsim Building Designer协同设计管理指南4) AECOsim Building Designer使用指南指南?设计篇5) Bentley BI
17、M解决方案应用流程5、建模进度计划与模型标准(1)模型准备阶段(2016年11月18日2016年11月30日)建模人员分析梳理施工图纸,保留必备资料,剔除冗余部分,多与设计人员沟通;熟悉建模软件,研习软件教程,规范建模流程,避免重复工作;如果条件具备,设计人对自身设计图纸建模更佳。专业内考虑模型文件等级,图层控制、材质赋予及贴图;专业间设定文件保存版本,文件参考深度控制,尽量风格一致,便于管理与使用。(2)确定建模流程阶段(2016年12月1日2017年1月31日)建模基于“由易到难,由点及面,由浅及深,由粗及细”的原则各专业建模切入点从标准段或较易处理节点开始,构建小范围的模型,摸索实现不同
18、专业之间模型拼装,该阶段模型要求各专业模型“像”,对模型的精细程度及材质和显示方式等要求不高,起到“四梁八柱”的骨架作用。试拼装成功后,各专业模型深化构建,仍以小范围为主,模型构建的LOD加深,构配件尺寸及材质细化,重复前述拼装工作,对拼装后的模型进行“分合”分析,结合需求的表现形式,控制模型各专业的显示样式;根据展示内容控制参考文件的嵌套深度,反向控制文件等级;根据操作模型的速度及效率提出模型“轻量化”措施,使模型占容小(文件大小尽可能小),信息量大(保证模型足够信息量),实现灵活操作。该阶段较为重要,需要反复进行尝试,确定合适的工作方式和建模流程,为后续工作打好基础。(3)模型构建及组合阶
19、段(2017年2月1日2017年3月31日)选择合适的模型拼装框架,如图5.15.3所示,展示的是不同的拼装方式。结合自身建模经验,不推荐A方式,该方式在后续模型控制及渲染导入阶段存在较大的问题。拼装方式B与C可以根据自身需求选择,各有利弊。分析A与BC,明显的区别在于模型细分。结合第二阶段的试验结果,将各专业的建模范围扩大。节点比标准段耗费的精力要多,选择代表性节点建模,模型构建拼装完成后,与设计人员对接,一方面完善模型,另一方面设计人可以通过汇总各专业信息的模型研究设计是否有优化空间,建模与设计形成良性互动。结合第二阶段的建模流程,根据选定的模型框架,各专业完成本专业的模型。模型构建过程中
20、,与设计人员同步推进,随时发现问题随时解决。对各专业模型进行总装,根据电脑处理能力选择合适的拼装范围或文件参考深度。同时需要考虑台式机处理能力与笔记本运行速度的差异,防止“台式机上跑得快,笔记本上转不动”的现象。Figure 5.1 模型拼装方式AFigure 5.2 模型拼装方式BFigure 5.3 模型拼装方式C(4)碰撞检测及设计调整阶段(2017年4月1日2017年4月30日)该阶段为BIM与设计的互动阶段,也是本课题的重要内容。模型按区块分专业拼装完成后,分析碰撞检测的相关专业,为提高运行速度,控制参考文件的深度,卸载无关部分。碰撞检测内容:管道与管道,管道与管廊结构、管廊与给排水
21、附属设施(检查井、阀门井、箱涵等)、管廊节点与道路结构层等,根据碰撞检测结果调整工程设计。对于设计的调整,可以分为两种类型,一种是BIM中直接调整,最后反馈到蓝图;另一种是在CAD中调整后,将数据导入BIM模型,重新进行碰撞检测。如果建模人员为设计师,建议采用第一种方式,给排水专业可以充分发挥SUE的优势,更为直观和便捷,同时高效实用。结合点云,分析道路放坡或者修建挡土墙后与周边的环境的关系,结合实际需求调整设计,充分发挥实景建模的作用。(5)渲染与动画制作阶段(2017年5月1日2017年5月10日)前述各阶段完成后,进行施工动画的制作及模型的渲染。渲染内容包括综合管廊各类型节点(内部、外部
22、、剖面、局部大样)、管廊与地下管网(给排水管网、管廊出线)、地下设施与道路(管廊、给排水管网与道路关系)。动画部分设定包括8部分:1) 包括航拍与点云相互转化,2) 综合管廊标准段建造,3) 管廊标志性节点内部漫游,4) 综合管廊与原水相对关系5) 综合管廊及出线与地下管网相对关系6) 管廊及出线、地下管网与周边环境相对关系7) 拟建道路与环境关系8) 各节点渲染图展示6、建模流程经整理,模型构建逻辑如图6.1所示,分析专业之间依托关系有助于分清建模工作的主次轻重,梳理模型的独立与关联性可以更好的进行工作任务的分配。Figure 6.1 模型搭建逻辑以下操作中,DGN文件中参考CAD文件时,C
23、AD文件均采用1:1比例,采用绝对坐标。6.1现状地膜的创建现状地模的构建需要地形图,选择软件可以采用Geopak Site,也可以采用PC。种子文件选择2D,将地形图以文件参考的方式加载。通过控制参考文件图层的方式进行有效信息的提取,视图内保留DGX、GCD、首曲线和计曲线等带有高程信息的图层。将上述图层拷贝到主文件,采用如下操作:选中元素,任务栏31,随意选取基准点,点击enter锁定坐标轴,下方坐标系内输入距离0,完成复制。地模创建:任务栏地形模型按图形过滤器创建地形模型,弹出对话框,打开“地形过滤器管理器”,按相应提示进行操作,对地模命名并选择特征定义,完成地模的创建,进一步导出地模为
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