摘要

隨著BIM （Building Information Molding）技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，三維模型、施工模擬、綠色設(shè)計(jì)、協(xié)同工作等等，一些新興概念越來(lái)越多的走入我們的生活，也越來(lái)越多的應(yīng)用到我們的生活實(shí)踐中。同時(shí)BIM技術(shù)在大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的應(yīng)用也越來(lái)越多，其優(yōu)越性也隨著結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度和繁瑣程度的增加被體現(xiàn)得淋漓盡致。本文將依托Bentley公司的相關(guān)軟件基于協(xié)同工作平臺(tái)PW對(duì)我國(guó)九大科技基礎(chǔ)設(shè)施之一的FAST項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工、 生態(tài)分析和運(yùn)維的全生命周期過(guò)程管理。為其他應(yīng)用Bentley相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)人員提供簡(jiǎn)單的參考，進(jìn)而推進(jìn)BIM在中國(guó)的發(fā)展。

引言

光和廣播電視信號(hào)都是以光速傳播的電磁波，區(qū)別只在波長(zhǎng)。千百年來(lái)人類只是通過(guò)可見光波段觀測(cè)宇宙，而實(shí)際上天體的輻射覆蓋整個(gè)電磁波段。與通訊用微波天線相似，射電天文望遠(yuǎn)鏡通常由三個(gè)主要部分構(gòu)成：匯聚電磁波的反射面、收集信號(hào)的接收機(jī)以及指向裝置。

為實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展，中國(guó)天文界提出建造世界最大的單口徑射電望遠(yuǎn)鏡--500米口徑球面射電天文望遠(yuǎn)鏡。它具有3項(xiàng)自主創(chuàng)新：利用貴州天然的喀斯特洼坑作為臺(tái)址；洼坑內(nèi)鋪設(shè)數(shù)千塊單元組成500米球冠狀主動(dòng)反射面；采用輕型索拖動(dòng)機(jī)構(gòu)和并聯(lián)機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)望遠(yuǎn)鏡接收機(jī)的高精度定位。全新的設(shè)計(jì)思路，加之得天獨(dú)厚的臺(tái)址優(yōu)勢(shì)，F(xiàn)AST突破了望遠(yuǎn)鏡的百米工程極限，開創(chuàng)了建造巨型射電望遠(yuǎn)鏡的新模式。

由于FAST項(xiàng)目工程量巨大，因此包括以下難點(diǎn)：

1）本工程覆蓋面極大。FAST的天線口徑長(zhǎng)達(dá)500米，約為30個(gè)標(biāo)準(zhǔn)足球場(chǎng)大；FAST索網(wǎng)結(jié)構(gòu)由6670根主索和2225根下拉索構(gòu)成，僅索盤就重達(dá)216噸；反射面由4600個(gè)安裝在索網(wǎng)上的反射面單元構(gòu)成。建成后將是國(guó)際上最大的單口徑望遠(yuǎn)鏡。與號(hào)稱“地面最大的機(jī)器”德國(guó)波恩100米望遠(yuǎn)鏡相比，其靈敏度提高約10倍。與排在阿波羅登月之前、被評(píng)為人類20世紀(jì)十大工程之首的美國(guó)Arecibo 300米望遠(yuǎn)鏡相比，F(xiàn)AST靈敏度高2.25倍。本項(xiàng)目由1994年7月FAST工程概念提出到2011年3月正式開工，再到預(yù)計(jì)2016年9月竣工，歷時(shí)達(dá)23年。

2）設(shè)計(jì)工作量大，設(shè)計(jì)難度高。FAST按照平面劃分為5個(gè)相同的區(qū)域，每個(gè)區(qū)域各含445個(gè)不同的主索連接節(jié)點(diǎn)，僅節(jié)點(diǎn)深化設(shè)計(jì)共445種。

3）加工精度要求高。445種節(jié)點(diǎn)，每種節(jié)點(diǎn)板的數(shù)十多個(gè)尺寸需達(dá)到1mm的精度。

4）施工難度大，安裝精度要求高。對(duì)于定長(zhǎng)索必須確定誤差為±10mm。采用高精度全站儀反復(fù)測(cè)量拉索邊界構(gòu)件，必須將誤差控制在1mm。

5）協(xié)同工作數(shù)據(jù)量大，專業(yè)間和上下游間數(shù)據(jù)交換難，項(xiàng)目監(jiān)測(cè)點(diǎn)極多，監(jiān)測(cè)構(gòu)件極其復(fù)雜。該項(xiàng)目業(yè)主方：中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)，設(shè)計(jì)方：北京市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，施工方：北京市建筑工程研究院有限公司，構(gòu)件制造方：中航工業(yè)貴州云馬飛機(jī)制造廠。項(xiàng)目涉及方可以說(shuō)是天南地北，因而數(shù)據(jù)快速、準(zhǔn)確的交換變的非常重要。在監(jiān)測(cè)與管理階段，要求對(duì)整個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行，拉索施工監(jiān)造，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，精度算量，方案制定，施工深化設(shè)計(jì)，施工進(jìn)度控制，施工成本控制，施工安全控制，健康監(jiān)測(cè)，以及全壽命周期進(jìn)行相應(yīng)的控制與管理。

1、項(xiàng)目流程規(guī)則

圖1 BIM項(xiàng)目流程規(guī)則

基于項(xiàng)目的以上諸多難點(diǎn)，并結(jié)合BIM相關(guān)運(yùn)行流程以及Bentley軟件 的相關(guān)特點(diǎn)，本文針對(duì)FAST項(xiàng)目制定流程規(guī)則。如圖1、整個(gè)BIM-FAST項(xiàng)目由項(xiàng)目總負(fù)責(zé)人統(tǒng)籌和協(xié)調(diào)。項(xiàng)目總負(fù)責(zé)人下屬五個(gè)部門分別為：設(shè)計(jì)部門、施工部門、生態(tài)部門、運(yùn)維部門和PW部門。每個(gè)部門由一個(gè)部門負(fù)責(zé)人統(tǒng)籌工作。最終以保證BIM模型的精確、順利完成，進(jìn)而提高工作效率，縮短工期，達(dá)到節(jié)約成本的目的。

2、PW系統(tǒng)

PW系統(tǒng)由與各部門對(duì)接的PW子系統(tǒng)和PW云服務(wù)系統(tǒng)組成，該系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)各部門內(nèi)和各部門間信息及數(shù)據(jù)的交流和傳遞。它是整個(gè)FAST-BIM項(xiàng)目運(yùn)作的平臺(tái)，該系統(tǒng)能否正常運(yùn)作直接影響FAST的工程進(jìn)度和工程可靠性。因此針對(duì)該問(wèn)題本文專門配備PW部門，該部門主要工作是結(jié)合其他部門上報(bào)的權(quán)限特點(diǎn)，并結(jié)合PW軟件特點(diǎn)制定PW管理權(quán)限規(guī)則和維護(hù)PW系統(tǒng)的正常運(yùn)作。PW部門為負(fù)責(zé)人制，由負(fù)責(zé)人向其他四個(gè)部門派駐PW子系統(tǒng)維護(hù)人員。如圖2。

圖2 PW系統(tǒng)權(quán)限設(shè)置

PW管理平臺(tái)，通過(guò)數(shù)據(jù)接口從不同軟件中對(duì)FAST項(xiàng)目的關(guān)鍵信息予以收集、更新、管理和應(yīng)用。使得BIM信息能夠在各專業(yè)之間和上下游之間傳遞順暢。

通過(guò)PW將設(shè)計(jì)階段的BIM模型交付給下游制造單位，直接用于二維深化制造圖的生成和構(gòu)件的數(shù)控加工。

通過(guò)PW將設(shè)計(jì)階段的BIM模型交付給下游施工單位，為施工階段的管理和成本控制提供的堅(jiān)實(shí)可靠的基礎(chǔ)。BIM模型延續(xù)到施工階段，信息不斷完善，充分發(fā)揮了BIM的價(jià)值。

利用PW平臺(tái)協(xié)同設(shè)計(jì)。PW為我們提供了一個(gè)多專業(yè)、多終端同時(shí)協(xié)同工作的環(huán)境，在設(shè)計(jì)過(guò)程中即時(shí)了解相關(guān)專業(yè)、方案的設(shè)計(jì)意圖，使設(shè)計(jì)方可以以靈活、主動(dòng)的方式去完成設(shè)計(jì)過(guò)程，從而極大的提高了工作效率。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)前后歷時(shí)3年，近200名設(shè)計(jì)人員參與，完成了饋源系統(tǒng)、格構(gòu)圈梁系統(tǒng)、索系統(tǒng)和反射面系統(tǒng)的三維設(shè)計(jì)工作，完成的主要成果有：饋源塔，饋源艙，格構(gòu)柱，圈梁，索網(wǎng)，索盤、反射面方案的三維固化模型、二維切圖、三維設(shè)計(jì)圖冊(cè)、三維匯報(bào)視頻等。PW的設(shè)計(jì)產(chǎn)品流程管理，幫助規(guī)范設(shè)計(jì)流程。

3、PW-設(shè)計(jì)階段

對(duì)于設(shè)計(jì)階段主要由設(shè)計(jì)部門完成，該部門主要工作是完成設(shè)計(jì)及深化設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)部門為負(fù)責(zé)人制，由負(fù)責(zé)人分配項(xiàng)目設(shè)計(jì)任務(wù)，完成時(shí)間等。針對(duì)該項(xiàng)目特點(diǎn)，本文將設(shè)計(jì)部門分為：圈梁專業(yè)、索專業(yè)、反射面專業(yè)和饋源系統(tǒng)專業(yè)。這樣，部門內(nèi)不同專業(yè)間可在平臺(tái)子系統(tǒng)上按照工作權(quán)限進(jìn)行數(shù)據(jù)完整交流，大大提高了設(shè)計(jì)及深化設(shè)計(jì)的工作效率，同時(shí)為下游提供信息模型及相關(guān)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。

通過(guò)與PW平臺(tái)的結(jié)合使原本需要5年的科研設(shè)計(jì)，在使用了ABD三維設(shè)計(jì)模塊后，設(shè)計(jì)時(shí)間縮短為3年，并將設(shè)計(jì)錯(cuò)誤率減少了90%，同時(shí)設(shè)計(jì)深度增加了50%。

3.1 設(shè)計(jì)

通過(guò)AECOsim Building Designer（ABD）主要完成FAST模型的精確設(shè)計(jì)及搭建任務(wù)，對(duì)施工精度的控制提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。如圖3。

圖3 ABD-FAST設(shè)計(jì)模型

在搭建過(guò)程中：

1）通過(guò)ABD的精確繪圖功能完成了FAST的高精度建模要求；

2）通過(guò)ABD的圖層功能完成了對(duì)FAST的分層分專業(yè)建模；

3）通過(guò)ABD的參照功能完成了對(duì)FAST的不同專業(yè)模型的拼接；

4）通過(guò)ABD的整體模型進(jìn)行材料統(tǒng)計(jì)和圖紙輸出；

5）通過(guò)對(duì)ABD和ProjectWise的聯(lián)合使用創(chuàng)建了BIM數(shù)據(jù)庫(kù)。

3.2 深化設(shè)計(jì)

通過(guò)Prosteel主要完成FAST復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的深化設(shè)計(jì)及制造指導(dǎo)任務(wù)。如圖4。

a Prosteel索盤深化設(shè)計(jì) b 深化后的索盤渲染圖

圖4 復(fù)雜節(jié)點(diǎn)深化設(shè)計(jì)

Prosteel和BIM參數(shù)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了索網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化及深化設(shè)計(jì)，節(jié)約成本400余萬(wàn)，獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

通過(guò)Prosteel可以快速、精確的為制造方創(chuàng)建索網(wǎng)、索盤節(jié)點(diǎn)三維模型圖和二維制造圖，以完成其的精細(xì)加工。

4、PW-施工階段

對(duì)于施工階段主要由施工部門完成，該部門主要工作是完成施工方案的制定和最終方案的確定，同時(shí)渲染相關(guān)施工4-D視頻以指導(dǎo)實(shí)際施工（包括復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的安裝過(guò)程視頻）。施工部門為負(fù)責(zé)人制，由負(fù)責(zé)人分配項(xiàng)目施工任務(wù)，完成時(shí)間等。針對(duì)該項(xiàng)目特點(diǎn)，本文將施工部門分為：圈梁專業(yè)、索專業(yè)、反射面專業(yè)和饋源系統(tǒng)專業(yè)。由不同專業(yè)根據(jù)實(shí)際工程復(fù)雜程度制定施工方案，然后在PW子系統(tǒng)上進(jìn)行FAST施工方案整合并結(jié)合每個(gè)施工方案出施工動(dòng)畫，討論比選以確定最終的施工方案和施工視頻。這樣，便可大大提高了施工方案制定和實(shí)際施工的工作效率。如圖5。

圖5 施工模擬

通過(guò)Navigator主要完成FAST的復(fù)雜工藝施工模擬，場(chǎng)地布置，碰撞檢測(cè)和成本控制。

1）Navigator的動(dòng)態(tài)施工模擬在施工方案討論與比選方面提供了強(qiáng)有力地保證，清晰直觀地展示了復(fù)雜施工工藝的詳細(xì)流程；

2）Navigator的場(chǎng)地布置功能，在項(xiàng)目臺(tái)址貴州喀斯特地區(qū)顯得尤為重要，它為工程場(chǎng)地的合理布局和順利進(jìn)行提供了可靠的依據(jù)；

3）Navigator碰撞檢查，快速幫助設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)找到500多個(gè)設(shè)計(jì)異常點(diǎn)，通過(guò)Navigator軟件對(duì)這些碰撞點(diǎn)進(jìn)行了批注和處理；

4）Navigator精細(xì)的成本控制，大大節(jié)省了項(xiàng)目不必要的開支。

5、PW-生態(tài)分析

對(duì)于生態(tài)分析主要由生態(tài)部門完成，該部門主要工作是完成綠色施工和生態(tài)保護(hù)方案的制定和比選。生態(tài)部門為負(fù)責(zé)人制，由負(fù)責(zé)人分配生態(tài)分析任務(wù)，完成時(shí)間等。針對(duì)項(xiàng)目特點(diǎn)，本文將生態(tài)部門分為：綠色施工和生態(tài)保護(hù)。綠色施工主要是結(jié)合FAST施工特點(diǎn)盡量做到對(duì)環(huán)境的保護(hù)和減少對(duì)環(huán)境的污染，生態(tài)保護(hù)主要是針對(duì)FAST建設(shè)完成后對(duì)與自然和諧相處的分析和FAST周邊的綠化問(wèn)題。如圖6。

圖6 FAST周邊綠化

FAST臺(tái)址選定在貴州省黔南布依族苗族自治州平塘縣克度鎮(zhèn)金科村的大窩凼洼地，直徑大約800米。大窩凼洼地的山梁最高為東南側(cè)山頭，標(biāo)高1201m，洼地的最低點(diǎn)標(biāo)高841m，最大相對(duì)高差達(dá)360m。非常符合FAST的地形要求，本項(xiàng)目充分利用大窩凼洼地，既保證了對(duì)環(huán)境的零破壞，又節(jié)約了500余萬(wàn)的地形開挖成本。如圖7。

a FAST地形點(diǎn)云 b FAST地形模擬

圖7 FAST臺(tái)址

該過(guò)程主要通過(guò)MicroStation完成模型和地形的精確鏈接，以形成FAST總模型，再結(jié)合Navigitor對(duì)施工過(guò)程中環(huán)境進(jìn)行最大可能的優(yōu)化。當(dāng)整體模型施工完畢，結(jié)合FAST模型特點(diǎn)在其周圍合理種植植被并由MicroStation分析。同時(shí)渲染出相應(yīng)的照片級(jí)圖片和漫游動(dòng)畫。

6、PW-運(yùn)維階段

運(yùn)維階段主要由運(yùn)維部門完成，該部門主要工作是完成FAST運(yùn)行和維護(hù)。運(yùn)維部門為負(fù)責(zé)人制，由負(fù)責(zé)人分配項(xiàng)目運(yùn)行任務(wù)，制定維護(hù)周期等。針對(duì)FAST的運(yùn)維階段，本文結(jié)合PW軟件特點(diǎn)基于第三方軟件開發(fā)了基于BIM的運(yùn)維管理平臺(tái)，并成功與PW完成對(duì)接。如圖8。

圖8 FAST運(yùn)維管理平臺(tái)

圖9 FAST健康監(jiān)測(cè)

通過(guò)將開發(fā)的基于BIM的運(yùn)維管理平臺(tái)與PW的對(duì)接，成功的實(shí)現(xiàn)了對(duì)FAST的健康監(jiān)測(cè)。如圖9。健康監(jiān)測(cè)的內(nèi)容是：在結(jié)構(gòu)的使用壽命內(nèi)，利用無(wú)損傷的監(jiān)測(cè)方式獲得結(jié)構(gòu)內(nèi)部信息，達(dá)到檢測(cè)結(jié)構(gòu)損傷或者退化的目的。主要用于對(duì)FAST工程的長(zhǎng)期、結(jié)構(gòu)全壽命監(jiān)測(cè)，可以提供結(jié)構(gòu)在復(fù)雜荷載（臺(tái)風(fēng)、暴雪、地震）作用下，結(jié)構(gòu)的安全度，保證結(jié)構(gòu)的安全，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的使用壽命。有了健康監(jiān)測(cè)，使FAST的安全運(yùn)營(yíng)性提高了90%。同時(shí)，PW中的權(quán)限管理使業(yè)主方、設(shè)計(jì)方、施工方及制造方中的各個(gè)專業(yè)之間及上下游之間各司其職，各負(fù)其責(zé)。這又使FAST建造的安全性提高了90%。

結(jié)論

本文主要基于PW并結(jié)合Bentley相關(guān)軟件和其他第三方軟件完成了對(duì)FAST的全生命周期BIM模擬，為實(shí)際工程節(jié)約資金大約2000余萬(wàn)，縮短工期大約3年。在應(yīng)用軟件的過(guò)程中，切身體會(huì)到Bentley軟件在三位精確制圖中的強(qiáng)大之處，尤其是PW協(xié)同工作平臺(tái)，為工程的順利進(jìn)行提供了不可磨滅的功勞。

在對(duì)PW的應(yīng)用中，本文總結(jié)其應(yīng)用特點(diǎn)為：

1）管理環(huán)境中的組織靈活性。高效創(chuàng)建、管理正在進(jìn)行的工作--相關(guān)人員通過(guò)基礎(chǔ)設(shè)施工具和工作流方案，快速可靠地加快工作進(jìn)程。

2）企業(yè)價(jià)值最大化。通過(guò)影響深遠(yuǎn)的交付成果，以更為連貫、及時(shí)、有預(yù)見性的方式幫助項(xiàng)目相關(guān)人員和整個(gè)企業(yè)系統(tǒng)掌握信息。

3）及時(shí)可行的參與。通過(guò)意見同步，在所有相關(guān)設(shè)計(jì)師的工作環(huán)境中采取“封閉式”回饋的處理方式，加快有效地解決問(wèn)題。

通過(guò)對(duì)本文關(guān)于FAST項(xiàng)目的敘述，希望能為相關(guān)工程技術(shù)人員提供有益的參考和借鑒，從而更好地為工程項(xiàng)目服務(wù)，產(chǎn)生更大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，從而更好的推動(dòng)BIM在中國(guó)的發(fā)展。

Bentley projectwise 協(xié)同管理平臺(tái) 介紹

通過(guò)Bentley projectwise協(xié)同工作平臺(tái),能夠把貴穿項(xiàng)目全生命周期中所有的信息進(jìn)行集中.有效的管理。整合BIM全生命周期中各專業(yè)軟件產(chǎn)生的圖形與數(shù)據(jù) ,實(shí)現(xiàn)BIM整個(gè)生命周期的協(xié)同工作。

1.ProjectWise可有效滿足設(shè)計(jì)單位的信息化項(xiàng)目管理、 圖文檔數(shù)據(jù)管理以及生產(chǎn)辦公0A的實(shí)際需求

從單位項(xiàng)目立項(xiàng)開始至設(shè)計(jì)過(guò)程,直至項(xiàng)目收尾過(guò)程中所有的合同文件、圖紙文件、參考文件、會(huì)議文件以及項(xiàng)目過(guò)程中所需的流程管理、進(jìn)度控制、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等工作部可以通過(guò)該平臺(tái)高效實(shí)現(xiàn)。

2.多訪問(wèn)方式：支持WINDOWS/網(wǎng)頁(yè)版、移動(dòng)端

用戶可以通過(guò)客戶端、網(wǎng)頁(yè)端、移動(dòng)端(手機(jī)、 IPAD) 訪l可ProjectWise服務(wù)器。 ProjectWise與Windows對(duì)比: 無(wú)論是主菜単、工具欄 ,都顯得更加詳細(xì)和靈活, ProjectWise總體結(jié)中勾上是非常相似的;但是ProjectWise可以實(shí)現(xiàn)的功能更多,更強(qiáng)大。

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