杉板桥路市政改造项目的BIM应用及探索

时间:2020-02-06    来源:BIM中国网     BIM编辑:wanglaoshi

  1、项目简介

  杉板桥路市政改造项目起于成都市杉板桥路二环路口,止于三环成南立交辅道,建设内容包括道路、桥梁、隧道工程、慢行地下人行通道、跨铁路桥梁、综合管线工程和附属工程等,主要为相交道路改造(现状既有二环匝道改造、二环至现状五岔口下穿道路快速化改造、成南高速新增辅道、枫丹路下穿隧道),区域交通优化,区域地下管网改造、总投资13.8亿元。道路总长度约4.3km,主道设计时速60km/h,辅道40km/h。成都市市政工程设计研究院为方案设计、初步设计及施工图设计单位。

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  2、项目面临的困难及挑战

  2.1 外部环境挑战

  1、交通方案设计及评估困难,杉板桥路(中环-三环段)主线已实现快速化,迫切需要解决杉板桥路二环至中环的快速通过能力和区域交通转换问题。杉板桥路两侧均为商业,采用连续高架方案对周边建筑影响较大,采用主线下穿隧道方案受跳蹬河站主体结构的影响严重,难以实施。主线相交道路建设南路受电力隧道影响无法采用下穿方案。

  交通方案设计阶段既要考虑车行交通的快速化需求,又要考虑沿线的转换交通,同时还需要结合规划绿地及公园等慢行空间构建慢行过街系统。区域内车行交通的“快速化”与慢行交通的“宁静化”,过境交通与到达交通的混合为杉板桥快速化改造的交通方案设计与评估提出了严峻挑战。

  2、工程设计及施工过程中的边界条件复杂,杉板桥路改造工程涉及到地铁8号线的跳蹬河站、东郊记忆车站及三段区间,跳蹬车站和东郊记忆车站主体已经实施大部分,该段盾构区间基本实施完毕。为保证车辆高效通行,改善交通拥堵,二环高架需要延伸至杉板桥主干路。延长后的跨线桥桩基与盾构区间及车站水平距离小于1.5米共34根桩基;枫丹路下穿隧道框架段约35m长度与地铁区间距离不到2米,带来设计及施工的挑战;慢行过街通道与盾构区间竖向约5米,地铁相关段在设计阶段须采取加固措施。杉板桥路道路设计时须统筹地铁出入口等附属设施,并考虑地铁的交通接驳。

  3、本项目为改造工程,现状道路下已经敷设有大量的管道,包括污水、雨水、电力、通信、燃气、给水、电力隧道等。本次地下部分新建内容包括两处地铁站、桥梁下部结构。项目实施工程中涉及到管线临时迁改、永久迁改、临时保护等工序,施工组织难度较大。

  4、BIM模型运用不足。以往设计阶段BIM模型构建完成后,在施工阶段能起到指导施工等作用,但在运维管理阶段,设计模型与实景模型的应用在规划报建及管理控制等方面应用较浅。另外设计模型的应用未能向其他专业有效延展,降低了模型的附加值。

  横向上未能充分发掘模型的数据价值,导致设计单位的BIM应用投入与产出差距太大;纵深上设计模型应用周期短,则让部分设计人员及领导对BIM的认知仍停留于“可视化”层次。

  2.2项目内部面临的挑战:

  1、项目涉及专业较多,工期短任务重,需要有较高的协同性避免错漏碰缺。

  2、部分专业设计方案在调整后需要进行可视化以评估合理性。以杉板桥主路方案为例,除了考虑路桥方案的通行能力,还需要审视设计方案与周边环境的契合程度(景观、交通噪音、高架方案对底层道路光线遮挡等),同时路桥的方案之间的比选,需要定性与定量结合比对,定量则需要进行交通仿真数据的支持,传统的仿真数据表现形式仍以“专业角度”居多,若能实现与模型结合的可视化效果会更好。

  4、实景模型在应用时存在加载较慢,对硬件要求较高等问题,进行可视化分析时未能充分发挥其效能。

  3、BIM应用及探索

  3.1预期目标和成果

  设计目标:采用“路段+节点”的方案完成“快速交通”和“到达交通”的双优化效果;同步实施慢行过街设施,构筑安全、便捷、舒适的慢行系统;针对地下管网,同步实施管线扩容,合理利用地下空间,便于后期的运维保养;同步实施景观规划、市政配套设施的改造,提升城市品质。

  BIM应用目标:BIM技术从方案阶段到施工图设计完成,辅助设计优化并对施工起指导作用;利用交通仿真分析优选设计方案;通过BIM+GIS的联用,形成项目的数字化资产,并为数字城市和后期的基础设施联网构建底层模型。

  项目预期成果:区域道路改造项目的实施,通过运用BIM技术优选设计方案并控制造价,保证设计合理及美观大方,有效地提高道路通行能力,改善城市景观,同时降低对周边商铺经营和居民生活的影响,解决拥堵问题;交通管控向智能交通方向发展;形成项目的数字化资产。

  成都市政府管理部门已开始将实景模型、管线勘探数据及项目模型纳入数字化平台予以管理,在后期运维保养阶段更便捷的进行管控,成为数字城市的一部分。

  3.2 BIM应用情况

  在项目的推进过程中,BIM的应用主要体现在如下几方面:完成部分专业模型的构建、参与设计方案的比选和优化、基于碰撞检测进行设计优化、可视化应用(交通仿真可视化、“实景模型+设计模型”可视化)

  3.2.1 BIM应用方式

  应结合工程实际需求,确定建模专业;其次确定建模深度(LOD),进一步缩小建模范围,有目的性的进行专业和图纸的筛选,保证成果输出的基础上有效地控制工作量;结合前述内容进行建模软件的选择,最后完成模型的总装和可视化。

  首先需要明确的是:不是所有的专业都需要进行建模。在设计的某一阶段,也不需要将每一个细部构建的非常精细,在限定的时间内完成模型构建,辅助项目的顺利推进的首要目的。

  针对不同类型的项目,应进行软件选用分析,具体策略方式可为“高效实用、数据互通、方便修改”。

  可能会有这样的一个阶段,设计人员希望用Plant系列来画管道,用Building系列做建筑,用Civil软件来做路桥和场地,但是我们也会面临这样的问题,用的软件越多,误操作的可能性也会提高,比如用MS改动了OPM/OBD的管道;再次就是软件使用成本提升,可能某一专业内容并不多,但要修改该模型就必须回到该软件内部调整。针对前述状况,建议对项目梳理后选择软件,用适量软件覆盖更大的项目范围。

  在建模阶段,都需要进行模型树的构建,也就是项目的文件结构,这是老生常谈但仍有必要再次提及,文件结构的组织和模型的命名规则会一定程度上决定工作效率。Bentley部分软件更新之快,导致部分高版本软件能利用低版本的文件并进行升级,但是低版本只能参考或者只读高版本,在杉板桥项目中我们采用了软件+版本+专业的命名方式,例如“ORD6+道路+杉板桥主路”,当然,如果软件使用版本统一,可以采用更简洁的方式。

  Benltey软件选用:

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

  地铁站点:OBD(OpenBuildings Designer)

  可视化:LumenRT、SYNCHRO

  其他软件选用:交通仿真设计软件VISSIM,市政鸿业(管立得)

  在软件选用方面,兼容并包的策略是有效的,能高效解决问题的软件,就是好软件。

  3.2.2 软件实操

  对于软件的操作流程此处不做赘述,对于管线碰撞和利用碰撞检测进行设计优化也已经有很多成熟案例,不再详细阐述。软件优劣不能仅听他人评论,多拿实际项目练习用熟软件,才可能利用原生软件做完项目(如果没有二次开发能力)。相对来说,Bentley软件更胜在综合实力,系统性的解决方案,当然ORD也是一款非常优秀的参数化软件,勤学多练总是好的。

  虽然不再讲述流程性内容,但就细节性的一些操作,做一下探讨仍可能有意义。前面提到在建模阶段,要进行梳理,确定建模内容,这里很关键的一步就是分清主次,哪些是决定性的,哪些是辅助性的。辅助性内容可能不多,但是影响最终的可视化展示,比如护栏、标线、灯杆、行道树。这些涉及到3D线型、共享单元和压印操作,运用得当能大幅度提高效率。善意提示:种树和放置路灯可以不用去LumenRT。

  对于SUE板块,应适当控制Feature definition中模型的精度,地下管网更多的是关注井顶底高程以及管径,而非井盖等精美与否,精细程度会大幅影响模型的大小进而影响使用速度。

  4杉板桥路改造项目的探索

  4.1交通仿真可视化

  在杉板桥项目内进行了交通仿真可视化的探索,Bentley大部分软件一直有将VISSIM数据导入LumenRT的功能,交通仿真数据可以通过VISSIM生成,而ORC则可以将路线数据导入到VISSIM内。

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  常规操作流程即:ORC构建方案—→ORC路线导入VISSIM—→VISSIM进行交通仿真分析并导出数据—→仿真数据同总装模型进入LumenRT。

  交通仿真可以为设计方案比选提供数据支撑,定量评估通行能力;可视化则提供了另外一种视角:车流结合实景模型和设计模型,更好的展示交通设计与路桥方案,可以用于分析设计或仿真方案是否存在考虑欠周全的地方,进一步修正仿真模型或优化设计方案。

  基于杉板桥项目的探索与尝试,成都市市政工程设计研究院BIM中心在成都市北三环道路交通可视化、成都市火车北站区域交通优化项目中将持续推进“交通仿真可视化+设计模型+实景模型”应用。ORC除了可应用于方案设计阶段做比选外,对于大面积的现状区域,复原路网模型方面有较大优势。

  4.2实景模型单体化

  随着倾斜摄影技术的成熟和无人机成本的降低,越来越多的项目开始应用实景模型,但随之也伴随着质疑声:市政路桥一般属于线性工程,高精度的实景模型对电脑硬件提出较高的要求。展示阶段的卡顿或缓冲现象降低了观感,再次就是展示阶段有时仅需要部分场景而不需要加载全部,最关键的在于实景模型所发挥的作用,投入与产出的不平衡。

  常规的使用方式是将3SM模型加载到Bentley软件内,通过剪切或者遮罩控制显示区域,同设计模型一起导入LumenRT中,完成可视化。

  在相当长的一段时间内,由于MicroStation CE版本加载实景模型时,仅支持凸多边形遮罩,而不能使用任意多边形的遮罩,结果手动绘制大量的凸多边形,随着技术的进步,MSCE update12以及ORD7版本开始,实景模型终于支持任意多边形的遮罩,大幅度提高了工作效率。

  然而,当时做杉板桥改造项目的时候,MSCE12还没有面世,如何有效使用实景模型呢?无人机航拍以后,借助二次开发的软件将实景单体化,可以划区域的导出实景,基于MicroStation平台良好的兼容性,利用fbx或者obj格式,通过参考的方式快速加载,在参考文件上进行遮罩或者剪切效率要高得多,同时进入LumenRT以后,清晰度不输3SM,效果良好。

  4.3实景模型在SYNCHRO 的应用

  Bentley于2018年收购了SYNCHRO 4D,dgn格式的文件可以顺利导入SYNCHRO内进行施工进度管理。业主在其他项目中提出了实景模型必须应用到施工管理平台内的要求,在杉板桥改造项目中,对该软件的应用也做了浅显的应用。用MicroStation可以将3SM文件导出为fbx文件,从而在SYNCHRO 内进行加载应用。经测试,源文件导出精度0.5m时,文件体量缩小为10%,0.3m精度时文件体量缩小为1/3,0.1m时文件精度与源文件差别不大,但0.1m精度文件导入SYNCHRO未成功,可能与测试机器性能有关。实际项目中,精度的区别主要体现在绿化植被上,对于路桥和建筑的影响较小,因而需要综合考虑加载速度和资源消耗来控制实景模型的导出精度。

  虽然4.2和4.3中的实景应用严格来说与3SM的实景模型已经有了较大的区别,但本着实用的角度,有部分的参考意义。

  4.4 “GIS+BIM”构建数字城市

  GIS侧重于地理空间环境信息的宏观表达,BIM能将细节表现得尽善尽美,二者存在互补关系,GIS平台作为大场景加载平台,在资产管理和运维方面有优势。将BIM信息加载到GIS平台内,可以形成数字化资产,更好的参与管控。

  将实景加载进入GIS平台作为参照底图,设计模型导入后同样实现可视化。在此基础上加载规划红线,对于政府部门管理人员可以更高效的推进规划报建等工作。

  从业主角度推进BIM应用,效果会更好,模型随着施工进度持续更新,最终提交的模型就是竣工模型,也是项目的数字化资产,手动或批量挂接信息后加载到GIS平台,相较于查询CAD图纸或蓝图,在维修保养过程中工作效率更高,应用也更有价值。

  5、结论及建议

  5.1交通仿真分析的应用

  交通仿真分析可视化,一定程度上完成了BIM模型应用横向拓展,将更多的专业结合起来,通过技术手段更合理的解决交通拥堵问题,通过定性和定量结合的方式推进设计进程。

  5.2 实景模型的应用前景

  随着城市的基建成熟,改造项目趋于增加,涉及利益方增多,可视化的要求提高,实景模型会越来越多的被应用在项目上,实景模型的应用除了方案评估比选,也会以“实景+仿真+设计模型”的形式可视化,而对于街景、公园城市的建设,实景模型会进一步发挥作用。设计方案的落实,会结合真实场景考虑更多的因素,以人为本的设计原则也能进一步巩固。

  5.3LumenRT应用展望

  在某个节点,同样作为渲染软件,Lumion的效果开始超越LumenRT,色彩的饱和度,风霜雨雾等效果也更赞;而从LumenRT的技术路线来看,后续版本的更新也不会专注于“视觉效果冲击”,而是更多地偏重于“模拟展示”,LumenRT更多的是强调真实,比如实时光线和真实场景,支持交通仿真数据,在2019年的SIG中提到了LumenRT后续的更新会加入 LEGION、SYNCHRO的模拟过程,对于材质开始支持PBR。从发展趋势上更多的从渲染走向模拟集成平台。

  5.4 BIM应用建议

  对于现阶段不具有二次开发能力的单位,临渊羡鱼不如退而结网,运用好手中的原生工具也是推进BIM应用的关键举措。应以项目为依托推进BIM应用落地,无论在设计阶段还是施工阶段,BIM有有很多沟坎的同时也有很多未发掘出的价值,横向拓展模型的应用范围,让更多的专业获益,增加设计人员参与DBIM应用的积极性,纵深上需要延续模型的寿命周期,持续的应用才可能产生持久的价值。

  成都市市政工程设计研究院 王彦祥

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