BIM技术在深圳滨海大道交通综合改造工程中的应用

2018年，我司与上海市隧道工程轨道交通设计研究院达成合作，承接深圳滨海大道（总部基地段）交通综合改造工程，负责其中的设计全过程咨询部分。目前该项目施工图设计已经接近尾声，赢得了上海市隧道工程轨道交通设计研究院的一致好评。

2020年，我们与中铁四局达成合作，再次承接滨海大道项目，负责施工标项目BIM咨询合作，目前正如火如荼的开展施工阶段的BIM应用。



一、项目介绍

本项目位于深圳市超级总部基地南侧，西接沙河西路立交改造工程，东至广深高速公路，全长约5.95Km。其中总部基地段（沙河东路-深湾五路）为下沉改造段，主线隧道暗埋段长度1.56Km，两侧分别设置268m及235m敞开段；下沉隧道上部改造为上盖绿地休闲空间。


项目总体线位布置图

二、项目重难点

本项目在实施过程中，主要存在以下重难点：

（1）项目地理位置紧邻海湾，现状道路为填海改造形成，工程地质条件复杂，场地条件受限，宽大基坑施工风险高，市政管网错综复杂，施工组织设计难度大，施工周期紧迫等；

（2）项目涉及专业众多，各专业间设计协调难度大，综合管线碰撞问题突出；



（3）项目毗邻深圳湾超级总部基地、红树林保护区及深圳湾公园，对下沉隧道上盖公园景观设计要求高。这些外部因素给项目精细化设计、施工管理带来严峻挑战。



（4）由于缺少相关规范，地下港湾式公交停靠站通风及消防设计困难。

针对以上项目实施问题，项目采用BIM技术解决方案，搭建道路、隧道、地质、市政管线等模型，借助BIM可视化效果表现手段，对全线进行BIM三维设计，革新传统设计表达手法，使设计、施工方案与工程实际完美结合。

三、BIM实施目标

1.BIM应用实施目标

1）优化设计方案

由于本工程北侧为超级总部基地，南侧有公园、红树林湿地，工程设计重难点多，开展各专业BIM模型创建，借助BIM可视化效果展示，辅助设计优化隧道和道路改造工程方案；



2）杜绝“错漏碰缺”

本工程范围内，市政管线总里程超过300公里，其中下沉隧道段有接近70公里管线，隧道侧还存在两处较大断面排洪渠，管线工程极其复杂，开展机电管线碰撞检查和管线综合，有助于杜绝管线“错漏碰缺”；

3）提高设计质量

BIM能够给各专业设计人员提供协同工作环境，及时发现设计问题，有助于实现精细化设计，提高设计图纸质量；

4）为施工BIM提供数据参考

设计阶段BIM模型创建完成后，可有效传递至施工阶段，为后续施工各项BIM应用提供基础模型数据参考。


公交港湾

2.BIM应用实施范围

项目全过程BIM模型创建内容，包括但不限于道路工程、隧道工程、智慧交通工程、景观工程、前期工程、倾斜实景等，如下图所示。



四、项目亮点

项目引入Bentley技术解决方案，开展全过程BIM协同设计、基于BIM+GIS的多源数据融合、勘察地质与地下管线自动建模、设计方案可视化呈现及交通疏解仿真等技术的探索与实践。目前已获得6项国内知名BIM大赛奖项。




基于BIM+GIS多源数据融合技术应用


三维地质模型可视化呈现


全景效果轻量化引擎应用


超图GIS平台应用


基于BIM+GIS的智慧建设管理平台展示

五、设计阶段BIM应用

在本项目策划中，制定从方案设计、初步设计、施工图设计的全过程BIM设计应用点，包括多专业协同三维设计、工程设计方案漫游、工程量复核等，旨在通过BIM技术应用，优化设计方案，提高设计质量。

1.多专业协同三维设计

在协同工作环境中，依据项目BIM应用实施策划要求，搭建项目各专业BIM设计模型，如下图所示，包括工程全线改造道路工程、隧道工程主体及其附属的土建、机电、装饰、地质、地下管线等，以及工程周边市政管线、地面交通系统等BIM模型创建。


装饰模型

2.设计方案可视化效果表现

在设计方案中，根据隧道不同设计方案要求，创建相应的隧道BIM模型，以三维可视化的形式展现方案的设计理念、思路和细节表现，辅助设计方、业主、政府相关部门协调沟通，便于进行设计方案比选和快速决策。通过可视化直观方式，看出不同设计方案条件下的穗莞深城际站与港湾式停靠站以及周边环境之间的相对空间位置关系，如下图所示，有助于设计人员改进设计方案，辅助业主进行方案决策。




穗莞深城际站设计方案可视化效果表现

3.工程设计方案漫游

以规划的滨海大道改造道路、隧道BIM模型为基础，结合无人机航拍的周边环境模型、市政管线模型及地下建构筑物模型，直观展示工程整体设计方案成果，进行仿真漫游，虚拟展示工程建成实景并判断周边环境的影响，尤其是线路与现状路网及相关工程的关系，隧道匝道口位置、港湾式停靠站与周边环境的关系等，在方案阶段妥善处理与周边建构筑物的关系，避免错漏碰缺，辅助设计方案优化，如下图所示。


工程设计方案漫游效果

4.碰撞检查与三维管线综合

在项目前期阶段，模拟并优化管线搬迁和交通组织方案，利用模拟视频清晰表达管线改迁方案、交通组织随进度计划变化的状况，如下图所示，反映各施工阶段存在的重点难点，检查并优化方案，辅助 重大节点工程筹划。


管线碰撞检查

5.工程量复核

根据设计清单工程量统计要求，采用BIM技术手段对工程土建、机电等工程量辅助统计，如下图所示，核对设计统计量与BIM工程量，复核差异较大的项，提高工程算量的准确性。

6.道路现状与改造方案对比

以倾斜数据与BIM模型为基础，通过BIM可视化展示方式，开展道路现状与改造方案对比，如下图所示，分析改造道路与周边环境相互关系，辅助设计方案决策。根据车辆流速、道路设计时速等参数信息，动态模拟道路交通拥堵状况，优化道路线网设计。

7.景观艺术方案动态呈现

基于前期方案建立的周边地表、市政管线等模型，并根据景观设计方案资料创建景观绿化方案模型，整合各专业设计方案BIM模型，以三维可视化仿真形式展现隧道、道路关键节点景观方案的设计理念、思路和细节表现，辅助设计单位、建设单位、政府等相关部门进行景观绿化方案协调沟通，优化和稳定景观绿化设计方案，如下图所示。





8. 隧道装修效果仿真

基于隧道BIM模型可快速完成多个装修方案模型，如下图所示，对方案进行可视化展示，体验隧道建成后真实环境，有助于方案的优化和快速落地。



9.特殊天气环境模拟

动态模拟隧道、道路在四季变化、晴雨天、白昼交替等特殊天气状况下的效果，辅助优化隧道景观设计方案，如下图所示。


春季隧道出入口景观


夏季隧道出入口景观


秋季隧道出入口景观

10、 BIM+VR沉浸式体验

基于设计模型，可生成多种VR场景，在本项目中，可对项目的周边环境进行VR体验，对隧道内部管线布置、隧道装修方案进行VR体验比选，如下图所示，给项目业主、设计等其他相关方带来沉浸式的体验，为设计方案的表达、设计方案的比选以及方案决策提供了新方法。



六、施工阶段BIM应用

1.施工场地规划布置优化

合理进行场地布置，科学利用施工空间，直观、实时显示场地布置计划和实际状况，以便减少项目用地成本。应用BIM技术开展场地布置模型创建，如下图所示，能更好的融合领导出具的规划意见、技术部计算的空间需要、安全部提出的设施要求，再进行各种细节的深化设计。贯彻了“一模多用”的原则，各个专业的场地布置都在同一个模型上建立，可相互计算空间预留，确保场地布置的合理性、可执行性。



2.720°全景展示

建基于BIM模型，制作的项目全景浏览链接，可以通过分享链接在PC端直接打开、浏览项目模型，如下图所示。

3.施工进度模拟

通过Navigator，按照已编制的施工计划，使模型依据时间节点进行呈现，可实现施工过程可视化模拟，如下图所示。目前建筑施工中进度计划表达的传统方法大多采用横道图和网络图计划，2D表达并不直观，尤其是当存在交叉作业面时，某些问题在前期未被发现，而在施工阶段显露出来，就会使施工陷入被动，借助BIM，对项目施工的关键节点进行方案模拟，重点关注总平布置、交通组织，流水穿插等，更直观、更精确地发现并提前解决施工过程中可能遇到的问题，为不同施工方案提供了可视化的沟通、分析、决策平台。



4.复杂施工节点深化及可视化交底

针对复杂施工节点，对传统二维施工图的理解全靠技术员发挥空间想象力，对于经验丰富的工程师，尚且需要花费较多的精力去吃透图纸。对缺乏工程经验的技术人员而言，拿到设计图纸进行施工时，势必存在读图用时较长且难免有读错图的情况发生，从而使得技术交底出现偏差，出现返工现象。运用BIM技术，将二维图纸转换成3D模型，不但方便技术员读图，也使技术交底变得简单。提高技术员读图的效率和准确度，实现可视化技术交底，减少返工，如下图所示。

复杂施工节点深化及可视化交底流程：

·创建复杂节点构件；

·制作复杂节点工序流程模拟动画；

·完成节点深化及交底；

·按照建模深度来制作模拟动画；



5.施工工艺模拟分析及技术交底

完成关键施工工艺、专项施工工序的展示，指导现场施工。施工方案、技术存在的很多问题往往都是在施工过程中发现，而后再加以改进，在此过程中会造成材料的浪费、工期拖延等造成成本增加的问题，利用BIM技术，可以提前在软件中预演整个施工工序，如下图所示，在模拟中发现问题，解决问题，并且改进技术，在最大程度上可以保证施工的顺利进行。



6.倾斜摄影校对

利用航拍、倾斜摄影技术，记录地面场地（包括接收及未接收的所有地面场地）的状态，记录现场数据，进度汇报，校核设计与现场的偏差，及时调整BIM模型，实现准确交付，如下图所示。





7.一体化项目管控平台

1）协同管理平台主要功能包括：

资料管理、BIM5D管理、进度及计划管理、安全质量管理、劳务管理、工经管理、工经台账、设计协同等主要功能，各指挥部需要结合项目当前情况选择上线模块。

2）BIM应用总体流程：

基于模型和构件编码结合施工Project计划构成4D模型进行进度、计划、质量、安全管理，结合合同工程清单形成5D模型，进行工经管理，形成5D管理的流程。

3）功能介绍：

① 项目管理

通过地图模式，可以查看到项目下各工区的分布位置，以及轨道类项目的建设路径，如下图所示。


施工看板模块

② 项目看板

·项目数据看板，主要分为工区产值进度排名、形象进度、进度预警等，如下图所示。

·工区产值进度排名：可选择年份，根据工区顺序或完成率排名显示各工区完成；

·形象进度：汇总显示整个项目的形象进度完成情况；

·进度预警：通过工期预警、产值预警对项目的完成进度进行预警；

·工区绩效考核排名：联合经理部定期对各工区进行考核，并记录数据；

·安全监测：对接安全监测平台，汇总显示各工区的安全监测预警信息；

·产值进度比例：汇总各工点上报产值。


数据看板模块

③ 项目监控

对接大华施工监控平台，可实时查看监控录像，如下图所示。


监控录像模块

④ 计划管理

总控计划、施工计划：通过任务的状态监督工期完成情况，如下图所示。总控计划要求将开始施工到竣工的所有任务均排列出来，施工计划要求将每一个任务精确到检验批，根据施工现场情况，定期更新。


计划管理模块

⑤ 移动APP

以工点数据汇总统计项目级展示项目进行整体全面数据，给决策做支撑，如下图所示。


移动APP

工点级质量巡查、安全巡检、进度核查、材料填报数据采集，如下图所示。


质量巡查

⑥ 进度管控信息化平台展示

进度计划编制 BIM 应用需满足项目具体需求和符合现场资源配置，还应根据项目每个阶段的技术难点、合同具体需求编制不同的进度计划。进度控制 BIM 应用过程中，需对实际进度的原始数据进行收集、整理、统计和分析，并将实际进度信息附加或关联到进度管理模型。

在项目模型复核后，将dgn文件转化为南方公司斯维尔平台所需要的rvt格式模型，使用此格式上传至平台，使模型文件能完整无损的在斯维尔平台上展示，以信息化平台做支撑开展，如下图所示，实时展示进度完成情况，从而达到进度动态管理的重要作用。


信息化平台展示

七、项目总结

1.项目应用效益

·给水管线与喷淋管线碰撞25处；

·给排水管线与风管碰撞58处；

·市政雨水管线与市政电力管线碰撞32处；

·雨水管线与燃气管线碰撞62处；

·雨水管线与隧道顶板碰撞53处；

·污水管线与隧道顶板碰撞37处；

·污水管线与电力、水、燃气管线碰撞250处；

·全线累计解决管线碰撞问题517处，有效减少设计图纸错漏碰缺，合理优化设计方案。

2.项目经济效益

优化设计

在设计阶段及时优化设计图纸，避免后期设计变更带来的成本增加，减少沟通时间约10%，减少图纸审核、变更约20%，降低成本数百万元。

辅助施工

通过三维可视化BIM动态模拟和BIM可视化设计交底，减少线下设计交底会约10余次，配合施工20余次，节约工期约20天。

多方协同设计

打通了设计、施工过程中数据协同共享流程，有效减少项目各参与方沟通时间，提高协同设计效率。

信息平台应用

·BIM+GIS智慧建设管理平台

·联合体项目一体化管控平台

·超图GIS平台

数据资产积累

交付BIM设计模型、效果图、仿真漫游等各类数据资产



3.项目管理价值

“业主主导+EPC”管理模式

“业主主导+EPC”的组织管理模式，可以充分发挥设计单位在BIM应用策划、标准制定、过程管理、成果审核方面的专业优势，同时也减少项目公司的管理压力，提高效率，降低成本。

“总体策划+统一标准”顶层设计

项目BIM工作实施前，制定BIM总体策划，确定BIM应用目标、应用范围、应用阶段、应用点，并制定统一的应用标准、导则和制度，确保各参与方交付成果的一致性和互用性。

“模型设计+数据分析”BIM决策

在设计阶段创建BIM模型，业主可以直接通过BIM模型的查看、分析数据，对设计、施工不同流程实时把控，做出相应的决策。

“交付审核+虚拟验证”无缝衔接

业主、监理、EPC与BIM设计单位共同对道路、隧道、景观等全专业BIM三维设计模型进行成果交付审核，确保BIM设计成果能够准确、无缝传递到施工阶段，为施工期提供数据保障。