基于BIM的工程数字化交付技术研发与实践

中交第一公路勘察设计研究院有限公司2014年12月

郭腾峰上海中心实地调研汇报内容一、BIM技术概述二、BIM设计与交付研发应用实践三、实现的功能与关键技术四、对BIM设计与交付技术发展的几点认识一、BIM技术概述一、BIM技术概述建筑信息模型（BIM）是通过创建并利用数字模型对项目进行设计、建造及运营管理的过程。指通过数字信息仿真模拟工程建筑物所具有的真实信息。几何形状、空间地理位置描述等视觉信息，非几何信息：建设依据、材料信息、构件信息、图纸、采购信息等。BIM通过数字化技术，在计算机中建立一座数字工程实体，一座数字工程实体则提供了一个完整的、具有逻辑映射关系的工程信息库。一、BIM技术概述BIM在国际上工程行业的发展现状设计阶段：进行各专业三维设计，共享三维设计模型数据，避免数据重复录入。能耗分析、绿色建筑分析、日照分析、风环境分析施工阶段：利用三维设计模型数据，进行虚拟建造运营阶段：应急救援方案模拟等3D建模日照分析人流疏散模拟分析一、BIM技术概述BIM在国外：

美国：2009开始，预算

500

万美元以上的施工项目，要求从设计开始应用

BIM

技术。高速公路BIMFreedom

tower（新WTO）一、BIM技术概述BIM在国外：

英国：大型项目逐步使用BIM技术。建筑行业Panama-Canal沟渠项目TheM25Motorway一、BIM技术概述BIM在国外：

北欧国家：自2007年起，国家强制要求建筑设计部分使用BIM。在设计招标将有强制的BIM要求，这些BIM要求将成为项目合同的一部分；需要提交最终BIM模型。一、BIM技术概述BIM在国外：

日本、韩国：有目标2016年实现全部公共设施项目使用BIM

技术。韩国三星城日本某互通一、BIM技术概述BIM在国内的应用：建筑行业铁路行业工业行业一、BIM技术概述工程BIM面临的困难和挑战挑战：准确空间信息、大数据量设计专业多需要与准确的空间地理信息关联具有更为巨大的三维模型（数量）需要构建项目周围较大范围的地面三维模型等。二、BIM设计与交付技术研发应用实践二、BIM设计与交付研发实践

岳潜山区高速公路数字化集成设计成套技术研究与开发

湛徐公路建设项目数字化管理系统开发

杭长客专与杭金衢高速安全影响评估

广东广乐高速公路花山北互通交通组织分析

广东包茂高速数字公路平台构建二、BIM设计与交付研发实践1、岳潜山区高速公路数字化集成设计成套技术研究与开发

2004年启动的省级科研项目；

实现公路平、纵、横与三维模型关联、互动的三维设计技术；

首次建立全线精确三维模型；

首次提出公路三维模型编码规则。三维透视图关联查询数字公路二、BIM设计与交付研发实践1、岳潜山区高速公路数字化集成设计成套技术研究与开发文件管理查询三维仿真环境数字公路二、BIM设计与交付研发实践2、湛徐公路建设项目数字化管理系统与技术研究

09年验收结题的实际科研项目；

首次实现三维模型与地理信息系统的结合；

实现了可视化的检索、查询、实时浏览、多专业的建设管理功能

首次探索数字化施工技术（与GPS结合）。数字公路二、BIM设计与交付研发实践2、湛徐公路建设项目数字化管理系统与技术研究仿真平台和数字公路平台关联技术数字公路二、BIM设计与交付研发实践2、湛徐公路建设项目数字化管理系统与技术研究该项目研究成果不仅为高速公路建设项目进度、质量和费用等三大管理任务提供全新的数字化、可视化管理手段和方式，而且通过关键性技术开发为工程全数字化施工奠定了基础技术支撑。数字公路二、BIM设计与交付研发实践4、杭长客专与杭金衢高速安全评估诸暨火车站、浙赣线位制约，并行距离较近段约有3公里。

杭金衢高速K229+900至K233+590段

杭长高铁DK69+160至DK72+830段安全评价二、BIM设计与交付研发实践4、杭长客专与杭金衢高速安全评估三维建模与仿真分析高铁视角老铁路视角安全评价二、BIM设计与交付研发实践4、杭长客专与杭金衢高速安全评估三维建模与仿真分析安全评价安全评价安全评价二、BIM设计与交付研发实践5、广乐高速花山北互通1）三座互通组成的枢纽工程；2）共有19条可选的路线走向；3）标志牌合理性如何检验？项目地理位置示意图方案分析三维仿真模型二、BIM设计与交付研发实践5、广乐高速花山北互通全三维建模方案分析二、BIM设计与交付研发实践5、广乐高速花山北互通三维仿真分析、标志牌合理性分析方案分析方案分析二、BIM设计与交付研发实践5、广乐高速花山北互通可视化分析、检验大型复杂互通式立交标志标牌方案合理性。方案分析二、BIM设计与交付研发实践6、包茂数字公路平台数字公路二、BIM设计与交付研发实践6、包茂数字公路平台三级清单功能数字公路二、BIM设计与交付研发实践6、包茂数字公路平台

项目全长120km，支持建设期阶段的施工组织计划、检索、进度与质量管理等功能。三、实现的功能与关键技术三、实现的功能与关键技术1、基于GIS和设计资料构建数字公路平台系统依托工程各设计资料成果（区域路网、电子地形图、建设前期文档、施工图设计资料等）；基于GIS环境，采用ArcEngine二次开发技术；三、实现的功能与关键技术技术突破：结道路数据文件……合建设和运营管理需要，构建公路工程数据库编码规则标准，破解现有建设、养护、路面、桥梁管理系统在基础数据资源方面的难题，为公路后期运营、养护管理提供基础数据资源。CAD设计文件施工文件与图纸按照合同段分册DLG数字地形图项目分类分层提取、格式转换投影坐标变换工程实体分类数据转换程序投影坐标变换地形图无缝拼接属性编辑创建文件目录增加文件编码增加桩号索引格式转换DLG裁剪（AOI）ADO数据库接口地图合并Arc

SDE空间数据库引擎湛徐空间数据库三、实现的功能与关键技术2、基于CAD技术，开发利用设计成果快速精确建模技术（路、桥、涵、交通工程等）技术突破：研发基于设计基础数据的公路三维实体建模技术，实现利用公路基础设计资料，实现公路地面、路基、桥涵、互通式立交以及附属构造物等快速精确建模。三、实现的功能与关键技术3、精确三维模型建立及大场景实施浏览三、实现的功能与关键技术技术突破：研发快速构网和索引显示技术，独立开发图像和模型分层优化、场景提取等技术，研发公路全三维虚拟仿真平台技术，突破海量三维模型和大范围影像等处理应用瓶颈，实现虚拟道路场景实时调度和浏览。不同视距下的模型显示（LOD）大纹理数据准确叠加三、实现的功能与关键技术从设计成果自动转化数字公路平台建立拱桥模型界面建立涵洞模型初始路基信息模型（雷城互通）三、实现的功能与关键技术4、实现道路三维模型、空间地理位置、图档数据信息的三者之间的映射关联；并研发可视化的项目管理功能（信息浏览与检索、计划进度、工程量统计检核等）三、实现的功能与关键技术1）统计与查询方便管理者从结构物直接查询到需要的文件、数据信息等。对象查询（从“图”查“数”）通道专项查询（从“数”查“图”）三、实现的功能与关键技术1）统计与查询分类汇总（桥梁、通道、天桥、涵洞）专项查询对话框（桥梁）查询结果窗口查询结果输出到Execl三、实现的功能与关键技术2）数量计算质量校核与GPS技术紧密结合，实现了工程量的快速计算和设计点的坐标校核方便管理者从结构物直接查询到需要的文件、数据信息等。体积计算界面及原理示意三、实现的功能与关键技术2）数量计算质量校核现场测量（GPS

RTK）点校核界面及校核成果三、实现的功能与关键技术2）数量计算质量校核纵断面显示施工进度三、实现的功能与关键技术3）施工组织推演（路基）三、实现的功能与关键技术3）施工组织推演（隧道）三、实现的功能与关键技术3）施工组织推演（桥梁）桥梁施工进度动态模拟技术突破：提出道路信息模型RIM概念，研发构建数字公路基础信息平台系统，实现模型与图纸信息、施工进度信息、设计要素信息等实时关联。三、实现的功能与关键技术4）安全分析与评价三、实现的功能与关键技术4）安全分析与评价技术突破：利用虚拟建造技术，构建空间视距测算模型，实现新建、改建道路视距指标的检验与校核。空间视距求解示意图空间视距线框图空间视距渲染图空间视距对比分析图三、实现的功能与关键技术）工程量清单（三级次）自动统计三、实现的功能与关键技术）工程量清单（三级次）自动统计三、实现的功能与关键技术）变更文件快速录入管理三、实现的功能与关键技术）地质三维重构三、实现的功能与关键技术改建扩建规划研究勘察设计维修养护主要应用阶段运营管理建设施工四、对BIM设计与交付技术发展的几点认识1、BIM对工程设计阶段到底意味着什么？三维设计

直接设计三维模型。像机械制造一样，直接做三维模型设计，然后对模型进行剖切，得到剖面图纸。但是受制于专业差异，有的难以完全实现的。因为：

土木工程部分结构和实体，是无法使用数学模型来描述的，无法用有限元等方法来精确描述的。原因是土木工程专业特点，就是把复杂的数学问题简单化。工程中有部分内容是被简化的。

设计过程的三维化。通过计算机快速运算和处理的能力，在设计过程中能够实现浏览到工程的实体模型，对着实体模型进行设计和修改。1、BIM对工程设计阶段到底要实现什么？基于BIM模型对工程进行分析与评价。直接提交基于BIM的数字化成果（或系统）。

数字化交付=

===BIM交付

当下谈数字化，已不能只是电子化的图纸和文档及管理了；

必然应该是和工程设计阶段BIM模型开始；

必然应该从专业的三维设计软件入手。2、BIM发展现状1）BIM在国际性典型工程到底应用如何？以“上海中心”BIM的实地调研为例：

建设单位与一家软件厂商有战略合作；

施工企业做了部分性的三维建模、模拟工序、指导施工的一些尝试；

于是，”上海中心”被作为国内首个示范性工程案例再作为宣传。2、BIM发展现状1）BIM在国际性典型工程到底应用如何？对上海中心BIM实践的个人认识：

从设计向建设提供BIM模型并未实现。

部分性建模，已经是海量的（不包括材料等信息）；

多专业、部分性，却用到了十多种软件（因此多个软件均宣称成果应用）

；

冲突或碰撞检查（个别工点性质），但总体滞后于施工进度；

指导施工未能整体实现，仅体现在几个工点上（外幕墙、机电安装）；

BIM技术与绿色工程，目前缺分析评价标准，无法实现。2、BIM发展现状2）软件厂商能提供什么（以道路交通为例）？各厂商：

能提供给设计单位支持三维设计的CAD平台环境；

部分性提供一些专业模块；专业软件（如纬地软件）：

能提供从路线、桥、隧、涵、挡土墙、地质、交通工程与安全设施等的全三维设计和BIM建模的产品和功能；

能提供公路和交通工程软件的仿真分析系统。2、BIM发展现状3）国内BIM技术发展处于什么样的阶段？如果：

对于规划和设计阶段，BIM技术的体现“三维设计、仿真分析、工程BIM模型”等。

显然BIM不可能全过程实现的，部分性的实现都算做BIM。那么：

公路行业：十余年前开始已逐步实现了路线和多个专业的三维设计，基于三维模型进行交通安全、施工过程等的仿真分析，以三维方式向业主方展示项目建设方案………我们已经BIM十多年了。

部分性的实现，都应该属于BIM。2、BIM发展现状4）相关工程行业BIM技术发展状况？

工业与民用建筑行业：由于行业特点（点状工程、模型相对规则、构件化程度高、项目数量多），能满足部分专业BIM设计、分析软件有一些，出台了相关BIM技术标准体系。

铁路、水电、港口等行业：经调查，现在正在做的，一方面是三维设计、以及专业CAD软件；另一方面工程三维建模技术等。个人认为，自甩掉图板以来，CAD技术发展滞后（补课）。2、BIM发展现状5）建设和运维对BIM的需求很强烈吗？（一）建设和运维期的需求：尽管BIM宣传都认为：BIM核心价值和重点在工程建设期和运维阶段，并不在于规划和设计阶段，那么到底对BIM技术有什么样的需求呢？

铁道总公司对铁路建设项目提出了以BIM要求成果的要求。

部分涉外的港口等项目业主要求提交BIM成果，倒逼相关设计单位推进BIM技术发展。

上海中心业主方要求提交BIM模型。但是，事实上建设和运维期并无明确对BIM需求。2、BIM发展现状5）建设和运维对BIM的需求很强烈吗？（二）建设和运维期无明确需求的原因：

建设和运维阶段，对BIM技术的应用仍基本探索和起步。

缺少支持的人力资源、软硬件环境等条件。如：带有GPS和数控设备的推土机、挖掘机……

缺少建设和运维期对应的软件和技术。如：BIM在运维期的应用，显然是离不开地理信息系统的，为什么所有宣传均不提及GIS呢？……3、对BIM和设计交付的几点认识1）BIM不是一套成熟的软件技术，而是一个理念和技术方向，是工程行业技术发展的大方向和趋势