BIM在基础建设领域中的应用

【摘 要】随着中国城镇化的发展，从战略、经济和可持续性角度对基础建设进行合理的开发和维修，需要采用创新型设计软件。借鉴建筑领域BIM概念的使用，从国际基础建设领域吸取设计经验，力求对现有设计表现形式进行突破。通过Civil3D的使用，探索BIM的应用优势及方向。

【关键词】基础建设、BIM、应用、Civil3D 一、相关概念 1.基础设施

基础设施是指为社会生产和居民生活提供公共服务的物质工程设施，是用于保证国家或地区社会经济活动正常进行的公共服务系统。它是社会赖以生存发展的一般物质条件，是国民经济各项事业发展的基础。

在现代社会中，经济越发展，对基础设施的要求越高；完善的基础设施对加速社会经济活动，促进其空间分布形态演变起着巨大的推动作用。建立完善的基础设施往往需较长时间和巨额投资。对新建、扩建项目，特别是远离城市的重大项目和基地建设，更需优先发展基础设施，以便项目建成后尽快发挥效益。

因此，“基础设施”不仅包括公路、铁路、机场、通讯、水电煤气等公共设施，即俗称的基础建设（physical infrastructure），而且包括教育、科技、医疗卫生、体育、文化等社会事业即“社会性基础设施”（social infrastructure）。

作为从事市政行业设计的一员，我们关心的是基础建设领域的设计内容。 2.BIM

BIM（建筑信息模型（Building Information Modeling））：是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型的建立，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。

BIM不是简单地将数字信息进行集成，它还是一种数字信息的应用，可以用于设计、建造、管理等领域，支持建筑工程的集成管理环境，通过参数模型整合各种项目的相关信息，在项目策划、运行和维护的全生命周期过程中进行共享和传递，使工程技术人员对各种建筑信息作出正确理解和高效应对，为设计团队以及包括建筑运营单位在内的各方建设主体提供协同工作的基础，在提高生产效率、节约成本和缩短工期方面发挥重要作用，可以使建筑工程在其整个进程中显著提高效率、大量减少风险。

基础建设具有同建筑工程共通的工程特性，其设计表现形式及方法方案完全可以借鉴建筑工程的BIM概念。

二、基础建设领域中BIM的应用 1.前景

基于BIM的三维和四维模型进行设计、可视化和施工模拟可以使整个设计团队查看和分析早期设计备选方案，以及施工规划和模拟，有助于利益相关方更好地了解设计，评估设计对周边地区的影响，并利用虚拟方式发现和解决问题，避免错漏碰等一系列问题。可以更清楚地向社会公众说明设计方案，解释说明施工对周边环境的影响，帮助加快审批过程，减少公众对项目的顾虑。其应用前景归纳如下：

虚拟项目模型——设计可视化软件——完善现有设计信息，添加周围的城市特征和景观细节，可创建逼真的可视化和动画效果。

虚拟项目模型——其它软件——结合三维虚拟模型和施工进度表的四维模型——将成本信息与四维模型连接起来，用以创建五维模型，进行成本估算。

在基础建设领域，无论是运输、水、能源，还是土地和城市开发工程，为从战略、经济和可持续性角度对基础设施进行合理的开发和维修，BIM的使用需求持续呈现出迅猛增长趋势。BIM 产品可以大幅削减项目成本，为公众交付更好的解决方案。基于模型的工作流程，可以使设计和管理团队提高效率，为其带来竞争优势。 2.应用案例

随着BIM概念的逐步接受到积极使用，国内外涌现了一大批勇于使用新技术的设计团队。根据近年来“创新杯”BIM大赛的基础设施部分中评选的奖项及结果来看，各大设计院已经着手应用发展BIM技术。

上海市政设计研究总院有限公司—BIM在地下空间的应用：以松江林荫新路地下车库工程为背景展开。获奖作品有三大亮点。一是在交通分析上，通过三维方式模拟车辆在地下车库中的停车转弯、行车路线选择等动作，验证不同柱距的适用性及车库布置变化时的合理转弯半径。二是在造价控制上，通过模型直接读取工程量，可在方案变更时及时进行造价概算并反馈优化信息，即使规模、停车位都增加，仍可节省工程造价。三是在数据共享方面，以总院服务器为平台，各参设单位成功实现在BIM平台下的协同设计，与同期类似规模地下空间工程相比，设计人力投入减少30%，例会次数减少50%，设计周期缩短30%，真正做到了既减少人力投入，又提高设计效率。

上海市城市建设设计研究总院—BIM在陈翔路隧道工程中的应用：地道周边环境复杂，存在轨道交通等敏感构筑物，合理的设计方案以及可靠的施工工序就显得尤为重要。陈翔路地道着重于BIM技术在该地道全生命周期内的应用，完成了三维建模、工程量统计与出图、施工模拟等重要环节的工作，并为实现BIM技术的全生命周期循环，实现了从BIM建模到BIM结构设计的有效转换。

另外，上海轨道交通12号线曲阜路站项目、徐家汇交通枢纽工程、铁路隧道BIM三维设计应用、BIM在45万吨油码头设计中的应用、BIM助力水电工程设计——梨园水电站厂房三维设计等一批具有代表性的基础设施BIM项目，为拓展应用BIM技术提供了宝贵的指导经验。 三、BIM应用方案

基础建设领域中BIM应用方案的基础就是相关领域3D软件建模的使用，我们的应用方案参照一些设计公司操作实践，以传统2D设计与3D设计同步进行，从过程中对比两种方式的差异，从而逐步实现3D设计，提升设计效率和设计质量。

1.选择软件：建模软件是支撑整个系统的核心，是一款适合行业特点、利于其它专业或单位衔接的软件，是BIM的基础。其它次生软件的使用，需依据设计需求加以选择。目前，国内的软件之间的衔接比较困难，不能很好地完成建筑生命全周期的运作；国外的软件基本采用软件套件来使用，其适应国内的建设领域也需要较长的时间。但是从国外软件中吸取经验，从而指导国内BIM软件体系的建设以及设计院BIM团队的创立具有重要意义，因此我们优先选择autodesk或bentley公司的3D产品进行应用，例如civil 3D。

2.基础训练，同步操作：选择软件以后，我们就需要对设计部门的BIM团队进行培训学习。经过课堂式的训练课程以后，依据工程等级、复杂程度、涵盖内容、耗费时间及费用加以评估，选择适合同步操作的项目进行同步操作的设计，使设计团队从实践中更好地使用学习相关软件。

3.项目策划：BIM团队根据类似工程的设计经验，对方案进行规划、协调及推动。考虑国内使用习惯与国外的区别，安排软件供应商，了解设计方案需求，掌握方案的特性及主要使用功能需求，通过不定期工作会议，将设计人员遇到的难点进行修正、改进，重点关注与方案特性有关及立即需要使用的功能和方法,以期使软件达到实际应用于操作及生产需求的水准，达到协同作业的效果。

4.设计成果：最终设计文件利用到的成果,首先是要能达到同步团队2D成果的表达内容，能完整表达工程需求，并方便修正。其次考虑利用其衍生产品，对产品进行一个更深入、全面地展示。

5.设计要求：设计使用相关软件之前，必须设定相关的样式标签，以便后续设计与绘图作业，遇有变更时图面仍可保持一致性。有关设计规范的导入、专用设计样板标签的应用，可以使相关软件的设计使用流程简单化，降低软件的使用门槛，使工程师更容易上手，加上普及新的设计方法，可以提供更优质的工程服务。 四、BIM应用实践

笔者对基础建设中的重点领域道路工程进行了BIM应用实践，并重点选用civil3D软件进行三维设计的研用。从设计角度考虑，其出图成果可满足道路工程设计要求。

BIM理论下的三维设计除具有一般设计软件的功能外，增加了其独特的理念及优势，以civil3D为例，我们分别进行阐述： 1.参数化、模块化设计

Civil3D中对设计效率影响较大的是参数化和模块化设计。

Civil3D中的图元都是以构件的形式出现，这些构件之间的不同，是通过参数的调整反映出来的，参数保存了图元作为数字化建筑构件的所有信息。参数化修改引擎提供的参数更改技术使用户对建筑设计或文档部分作的任何改动都可以自动的在其它相关联的部分反映出来，使每一个构件都通过一个变更传播引擎互相关联。构件的移动、删除和尺寸的改动所引起的参数变化会引起相关构件的参数产生关联的变化，任一视图下所发生的变更都能参数化的、双向的传播到所有视图，以保证所有图纸的一致性，毋须逐一对所有视图进行修改。比如

Civil3D中的平纵横联动设计，通过修改其中一项数据，其余相关内容将同时进行调整，从而提高了工作效率和工作质量。

Civil3D中的模块化设计，将产品的某些要素组合在一起，构成一个具有特定功能的子系统，将这个子系统作为通用性的模块与其他产品要素进行多种组合，构成新的系统，产生多种不同功能或相同功能、不同性能的系列产品。其中Civil3D中的装配设计是最典型的代表。 2.进行虚拟现实的设计，对设计内容进行分析

通过模型的建立，对设计内容进行数据化分析，提供设计的理论支撑。Civil3D对其生成的曲面及道路模型都可以进行模拟分析，判断地势以及排水流向等，也可以对雨污水管道流量过程进行分析等。

3.对设计内容进行三维的检查，减少错误、遗漏及碰撞

通过直观的三维模型，初期就可发现设计内容的错漏碰，从而进行调整。 4.提供多方使用的三维模型

设计的三维模型，可为设计、业主、施工单位等提供直观概念，从而指导各方针对工程项目进行讨论。

5.提供软件上下游的衔接

从拓展性考虑，软件可与相关规划、施工模拟结合，进一步提供虚拟现实功能，为设计、业主、施工单位等提供直观概念，从而指导各方针对工程项目进行讨论。

从以上几个方面考虑，虽然该软件初期具有上手慢的特点，但从长期来看，无论从提高设计质量还是提高设计效率来讲都具有较大优势。 五、结语

BIM的应用已成为新的工程设计发展方向，通过已完成的某些工作实例以及国外的发展来看，在基础建设领域是可行的。

如何更快更好地在相关领域中应用BIM技术，已成为国内许多设计院面临的问题。目前，国内已有部分设计院开展了相关方面的工作，相关的技术标准也在制定中，无论从设计院还是设计人员来说都应该适应形势的发展，与时代同步，努力提高业务水平及生产效率。我们有理由相信BIM会在相关领域特别是基础建设领域得到更好的发展。 参考文献:

[1]台湾世曦工程顾问股份有限公司.3D视觉化工程设计方法导入应用Civil 3D于土木工程之同步实作 [J].中华技术 2010.10.