本次BIM項(xiàng)目主體為楊家?guī)X大橋，位于新建鐵路蒙西至華中地區(qū)鐵路煤運(yùn)通道三門(mén)峽至荊門(mén)段，主要跨越在建的三浙高速公路。大橋分為左線和右線，其中左線大橋（DK787+080.19～DK787+362.4）與右線大橋（DK787+080.19～DK787+499.75）并行，在DK787+362.40處與左線大橋合并為四線橋，共用三門(mén)峽臺(tái)和5號(hào)墩。楊家?guī)X左線大橋孔跨布置為：1-20m簡(jiǎn)支T梁（單線+單線）+（60+100+60）m連續(xù)梁（雙線）+1-32m簡(jiǎn)支T梁（單線+單線）+4-32m簡(jiǎn)支T梁（單線+雙線+單線），橋梁中心里程：DK787+290.220，橋全長(zhǎng)：L=419.560m；楊家?guī)X右線大橋孔跨布置為：（60+100+60）m連續(xù)梁（雙線）+1-32m簡(jiǎn)支T梁（單線+單線）+1-20m簡(jiǎn)支T梁（單線+雙線+單線），橋梁中心里程：DK787+224.795，橋全長(zhǎng)L=282.210m。

本次BIM項(xiàng)目旨在提高工程設(shè)計(jì)圖紙質(zhì)量、減少工程洽商和設(shè)計(jì)變更、節(jié)約施工成本，將為本工程搭建及整合各專(zhuān)業(yè)施工深化BIM模型，協(xié)助將竣工BIM模型移交給甲方或甲方指定的部門(mén)，方便模型的維護(hù)管理。本次BIM技術(shù)支持分為建模、管理和平臺(tái)搭建三部分，具體內(nèi)容包括：

1）使用點(diǎn)云技術(shù)生成施工現(xiàn)場(chǎng)三維模型；

2）采用參數(shù)驅(qū)動(dòng)方式建立連續(xù)箱梁及鋼束三維模型；

3）根據(jù)圖紙建立鋼筋以及施工支架及掛籃三維模型；

4）從建立的模型中導(dǎo)出材料工程量以及施工模擬；

5）通過(guò)Projectwise服務(wù)器進(jìn)行協(xié)同工作。

一、施工實(shí)景建模

施工現(xiàn)場(chǎng)的信息復(fù)雜多樣，二維模式下無(wú)法同時(shí)表現(xiàn)地形、地貌、空間相對(duì)關(guān)系等信息，有一定的局限性。Context Capture是Bentley旗下一款強(qiáng)大的實(shí)景建模軟件，可將一組對(duì)靜態(tài)建模主體從不同的角度拍攝的數(shù)碼照片作為輸入數(shù)據(jù)源，通過(guò)快速三維場(chǎng)景運(yùn)算，生成基于真實(shí)影像位紋理的高分辨率實(shí)景真三維模型。本項(xiàng)目中以無(wú)人機(jī)航拍照片為素材，分不同施工階段對(duì)施工區(qū)域內(nèi)場(chǎng)地進(jìn)行實(shí)景建模。圖1 楊家?guī)X大橋現(xiàn)場(chǎng)三維地形

根據(jù)不同的需求，還可以設(shè)置各種額外輔助數(shù)據(jù)：傳感器屬性（焦距，傳感器尺寸，主點(diǎn)，鏡頭失真），照片的位置參數(shù)（如GPS），照片姿態(tài)參數(shù)（例如，INS），控制點(diǎn)，等等。無(wú)需人工干預(yù)，Context Capture 在幾分鐘/或數(shù)小時(shí)的計(jì)算時(shí)間內(nèi)，根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)的大小，能輸出高分辨率的帶有真實(shí)紋理的三角網(wǎng)格模型。所輸出的三維格網(wǎng)模型能夠準(zhǔn)確、精細(xì)地復(fù)原出建模主體的真實(shí)色澤、幾何形態(tài)及細(xì)節(jié)構(gòu)成。

圖2 楊家?guī)X大橋三角網(wǎng)及點(diǎn)云地形

獲取的三維模型，可以切換成點(diǎn)云數(shù)據(jù)、三角網(wǎng)格數(shù)據(jù)，進(jìn)入到Bentley Descartes軟件進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理，也可以直接導(dǎo)入到Bentley土木專(zhuān)業(yè)軟件Powercivil、建筑BIM專(zhuān)業(yè)軟件AECOsim做實(shí)體建模、出圖等工作。可以實(shí)現(xiàn)對(duì)模型的分析，虛擬建造，模擬移動(dòng)路徑等等諸多應(yīng)用功能。

圖3 實(shí)景模型精度與圖紙對(duì)比

通過(guò)實(shí)景建模解決方案，獲取實(shí)景模型，基于該模型的數(shù)據(jù)，可以做三維編輯、修改，測(cè)量體積、面積、長(zhǎng)度（本次精度為厘米級(jí)）。在測(cè)繪階段獲取準(zhǔn)確信息，在設(shè)計(jì)階段及時(shí)將概念實(shí)際化，在施工階段獲取施工現(xiàn)場(chǎng)最新的信息。借助三維實(shí)景模型還可以對(duì)施工場(chǎng)地進(jìn)行布置規(guī)劃，優(yōu)化材料儲(chǔ)存和運(yùn)輸路徑。

圖4 在實(shí)景模型中進(jìn)行場(chǎng)地布置

二、地形及路線模型

PowerCivil 是一款面向道路、鐵路、橋隧、場(chǎng)地、雨水道等基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)的專(zhuān)業(yè)軟件，也是土木行業(yè)的BIM平臺(tái)（內(nèi)嵌MicroStation, 可集成其他專(zhuān)業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的模型），可為土木工程和交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目的整個(gè)生命周期提供支持。智能數(shù)字地形建模（DTM）將道路中心線、路面邊緣或溝渠等要素合并到表面模型中。這些要素還可以是分布不均勻的點(diǎn)或斷裂線（表示在線性段中彼此連接的要素）的隨機(jī)要素，如山脊、路面邊緣以及路緣中的要素。也可以是表示建筑、湖泊等對(duì)象的內(nèi)部空隙或孔洞。此外，三維模型中還可以研究其他地形要素，其中包括公共設(shè)施（地上和地下設(shè)施）、建筑物、地基或采集的任何地形數(shù)據(jù)。

圖5 PowerCivil界面

本次項(xiàng)目中運(yùn)用PowerCivil導(dǎo)入Context Capture生成的三維地形文件，在此基礎(chǔ)繪制完整坐標(biāo)幾何和高級(jí)路線設(shè)計(jì)，以及精確的平面線和縱斷面。高程縱斷面同時(shí)也會(huì)顯示表面信息，以及顯示平面線關(guān)聯(lián)的縱斷面。此外，還可以根據(jù)設(shè)定的廊道或者標(biāo)高，計(jì)算填方和挖方工程量，因?yàn)楸卷?xiàng)目為橋梁工程，此項(xiàng)功能使用較少，下圖為功能示意。

圖6 根據(jù)設(shè)置的標(biāo)高計(jì)算填挖土石方量

通過(guò)智能通道建模工具，來(lái)實(shí)現(xiàn)三維道路的上下文智能設(shè)計(jì)。建模功能和參數(shù)化設(shè)計(jì)工具以平面圖、橫斷面圖、縱斷面圖和超高視圖方式動(dòng)態(tài)查看設(shè)計(jì)并且獲得即時(shí)反饋。通過(guò)直接對(duì)參數(shù)化圖形組件進(jìn)行操控或在上下文相關(guān)對(duì)話框中精確輸入相應(yīng)數(shù)值，實(shí)現(xiàn)對(duì)橫截面進(jìn)行修改。

圖7 編輯路廊模板

三、三維橋梁模型

橋梁大師是國(guó)內(nèi)基于CAD平臺(tái)自主開(kāi)發(fā)的二維橋梁制圖軟件，2009年被Bentley收入旗下，與BIM平臺(tái)整合，將橋梁大師功能延伸了到了三維領(lǐng)域，也增強(qiáng)了Bentley平臺(tái)橋梁部分的建模能力。橋梁大師采用二維參數(shù)驅(qū)動(dòng)的方式建立橋梁各個(gè)建模標(biāo)準(zhǔn)圖，通過(guò)設(shè)置橋梁的路線信息、中心樁號(hào)、跨徑等信息套用標(biāo)準(zhǔn)圖生成橋梁模型，同時(shí)可以設(shè)計(jì)構(gòu)造、鋼束、下部結(jié)構(gòu)生成對(duì)應(yīng)的詳圖。橋梁大師中生成的設(shè)計(jì)模型可以輸出到Power Bridge Master中，實(shí)現(xiàn)在Microstation中三維橋梁的創(chuàng)建，將橋梁設(shè)計(jì)信息同步轉(zhuǎn)換到DGN模型中，用于數(shù)字化移交設(shè)計(jì)項(xiàng)目。本項(xiàng)目首先在橋梁大師中輸入楊家?guī)X大橋左線與右線的設(shè)計(jì)信息，生成二維橋梁模型。

圖8 橋梁大師界面

PBR可從橋梁大師導(dǎo)入二維橋梁模型，包括箱梁、下部結(jié)構(gòu)、鋼束、齒板、錐坡、橋面鋪裝、護(hù)欄、伸縮縫，并自動(dòng)生成三維模型。在方案設(shè)計(jì)階段，可直接基于模板建立預(yù)制梁橋（空心板、T梁、小箱梁），不用從橋梁大師導(dǎo)入。目前下部結(jié)構(gòu)支持柱式臺(tái)、柱式墩、花瓶墩、Y形墩等多種墩臺(tái)類(lèi)型，并支持用戶自定義下部結(jié)構(gòu)模板。

圖9 楊家?guī)X大橋左線連續(xù)梁模型

憑借Bentley平臺(tái)的文件統(tǒng)一性，可以將三維橋梁模型與實(shí)景模型整合，用來(lái)查看橋梁和既有結(jié)構(gòu)之間的空間相對(duì)位置關(guān)系，提前發(fā)現(xiàn)隱患。

圖10 橋梁BIM模型與實(shí)景模型結(jié)合

四、鋼筋與施工設(shè)施建模

Prostructure基于Bentley強(qiáng)大的三維平臺(tái)Microsation，不僅能夠處理鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中各種各樣異形結(jié)構(gòu)的建模與布筋，同時(shí)，基于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，又能夠確保深化的信息模型在全生命周期不同階段的信息交換。

由于橋梁大師中定義的普通鋼筋暫時(shí)還不支持導(dǎo)入PBR中，因此本項(xiàng)目中采用Prostructure創(chuàng)建箱梁普通鋼筋，同時(shí)Prosteel中具有豐富的型鋼界面庫(kù)和靈活的建模方式，可用來(lái)建立施工設(shè)施模型，如掛籃、0號(hào)塊托架、滿堂支架等。

圖11 鋼筋及施工設(shè)施模型

常規(guī)構(gòu)件可以通過(guò)自動(dòng)拾取構(gòu)件的截面參數(shù)和形狀，并且可以通過(guò)不同的形狀自動(dòng)選擇鋼筋的初步布置方式。

圖12 腹板及翼緣鋼筋

異形構(gòu)件主要是解決主筋和箍筋，不管布置主筋還是箍筋，對(duì)于異形體都可以批量的布置，不需要一根一根的去布置；鋼筋的方向，可根據(jù)構(gòu)件提取的導(dǎo)向線來(lái)控制。并且可以通過(guò)不同的鋼筋顯示模式控制鋼筋：支持線框模式、渲染模式以及剖面顯示。

圖13 箱梁截面鋼筋與鋼束

五、工程量統(tǒng)計(jì)與施工模擬

在創(chuàng)建BIM模型的過(guò)程中，對(duì)各個(gè)專(zhuān)業(yè)的相應(yīng)構(gòu)件輸入需要的工程屬性，這些屬性在需要的時(shí)候能夠被計(jì)算機(jī)自動(dòng)抽取，分門(mén)別類(lèi)地進(jìn)行相應(yīng)統(tǒng)計(jì)和報(bào)表歸類(lèi)。

圖14 BridgeMaster Modeler工程量統(tǒng)計(jì)

通過(guò)Prostructure創(chuàng)建的普通鋼筋模型也可以通過(guò)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)功能獲得鋼筋材料總量，并可以選擇鋼筋表模板導(dǎo)出報(bào)表。

圖15 鋼筋工程量統(tǒng)計(jì)

Bentley Navigator是用于審閱和施工模擬的軟件，能夠直接（原始數(shù)據(jù)格式）或間接（XML 等開(kāi)放數(shù)據(jù)格式）數(shù)據(jù)導(dǎo)入項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃數(shù)據(jù)，支持Microsoft Project，可將施工計(jì)劃與構(gòu)件模型關(guān)聯(lián)進(jìn)行模擬并為其制作動(dòng)畫(huà)，分析進(jìn)度計(jì)劃的合理性。

圖16 Navigator中導(dǎo)入時(shí)間進(jìn)度

通過(guò)BIM技術(shù)生成的三維模型包含完整的幾何信息和材質(zhì)信息，還可以導(dǎo)入到專(zhuān)業(yè)的動(dòng)畫(huà)制作軟件諸如MAYA、3DS MAX中進(jìn)行更豐富的渲染和動(dòng)畫(huà)制作。

圖17 通過(guò)BIM模型制作施工動(dòng)畫(huà)

借助ProjectWise Navigator V8i，項(xiàng)目還可以通過(guò)吊裝模擬事先模擬大型設(shè)備吊裝方案，在3D虛擬環(huán)境下檢查項(xiàng)目設(shè)計(jì)和施工能力。用戶還可對(duì)施工計(jì)劃進(jìn)行模擬并為其制作動(dòng)畫(huà)，并通過(guò)動(dòng)態(tài)碰撞分析模塊檢測(cè)物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中可能潛在的碰撞。

圖18 碰撞檢測(cè)界面

六、協(xié)同工作平臺(tái)

通過(guò)Projectwise平臺(tái)，搭建項(xiàng)目目錄，并且對(duì)于分處于異地辦公的項(xiàng)目人員使用各自不同的設(shè)置。項(xiàng)目人員可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)配置設(shè)置創(chuàng)建并訪問(wèn)項(xiàng)目文檔，同時(shí)通過(guò)Projectwise命名向?qū)О搭A(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)生成文件。保證用戶中在一個(gè)在線工作區(qū)辦公，因而可提供一致的標(biāo)題欄、屬性和元數(shù)據(jù)供應(yīng)商和客戶提取。本項(xiàng)目在現(xiàn)場(chǎng)部署了Projectwise分布服務(wù)器，可以緩存訪問(wèn)過(guò)的文件，提高下次訪問(wèn)速度。

圖19 Projectwise云平臺(tái)工作目錄

Projectwise可作為協(xié)作團(tuán)隊(duì)所有項(xiàng)目信息共享的可靠來(lái)源，在云環(huán)境中，不會(huì)存在誰(shuí)控制主文件、誰(shuí)更新它和誰(shuí)有最新版本的問(wèn)題。項(xiàng)目人員可擁有基于角色的訪問(wèn)權(quán)限，同時(shí)審查人員可以輕松地下載或?qū)ξ臋n進(jìn)行批注，因而加快了管理環(huán)境中的工作流處理速度。

基于Projectwise服務(wù)器的搭建，本次項(xiàng)目中主要實(shí)現(xiàn)了以下技術(shù)點(diǎn)的運(yùn)用：1）文件版本控制；2）多用戶協(xié)調(diào)操作文檔；3）誤刪找回；4）連接設(shè)計(jì)與施工；5）多角色人員權(quán)限管理；6）提資、審圖、發(fā)布。

結(jié)語(yǔ)

BIM技術(shù)的可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性等特點(diǎn)，也可以與施工管理有機(jī)的結(jié)合，解決了許多施工中的難點(diǎn)問(wèn)題，提高工作效率，為建設(shè)方創(chuàng)造了更多的價(jià)值。