陳 威 秦 雯 陳 森 葉 梅 黃銘豐

(上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究總院，上海 200011)

1 引言

從BIM 誕生，發(fā)展至今［1-4］，BIM 已成為市政、建筑行業(yè)的一個(gè)新興的主流高端技術(shù)。從淺層次看，多數(shù)設(shè)計(jì)院對(duì)BIM 的研究都集中在室內(nèi)的軟件作業(yè)上，距離實(shí)際的應(yīng)用還很遠(yuǎn)。我院開(kāi)展的BIM實(shí)踐依托工程總承包項(xiàng)目，從方案、勘察、建模、造價(jià)、施工圖一直貫穿到施工技術(shù)、質(zhì)量、安全管理，在BIM 建模的基礎(chǔ)上，強(qiáng)調(diào)基于BIM 模型的每一種消費(fèi)，著眼挖掘工程建設(shè)全生命周期中每一個(gè)可以與BIM 應(yīng)用結(jié)合的可能性。

BIM 消費(fèi)是基于模型的應(yīng)用［5-7］。主要包括綠色分析、碰撞檢查、基于BIM 結(jié)構(gòu)出圖、工程量統(tǒng)計(jì)、工程算量和計(jì)價(jià)、施工進(jìn)度模擬、基于BIM 項(xiàng)目管理系統(tǒng)、基于BIM 的施工交底以及BIM 技術(shù)的硬件應(yīng)用。本文主要基于陳翔路地道工程，研究基于BIM 的自動(dòng)化測(cè)量。

2 陳翔路地道工程概述

陳翔路為城市次干路I 級(jí)，雙向4 車道，自西向東依次穿過(guò)規(guī)五路、古猗園路、軌道11 號(hào)線、滬嘉高速、瑞林路、通湖路，全長(zhǎng)約500m。整體效果見(jiàn)圖1［8］。包括道路、橋梁、建筑、園林、排水、交通設(shè)施等常見(jiàn)的專業(yè)內(nèi)容。

圖1 整體效果圖

在陳翔路實(shí)踐中，結(jié)合基于BIM 的先進(jìn)硬件設(shè)備，我院相繼開(kāi)展了三維掃描、三維打印以及機(jī)器人全站儀的應(yīng)用嘗試。本文主要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)器人全站儀實(shí)踐，講解基于BIM 的自動(dòng)化測(cè)量。通過(guò)直接將BIM 數(shù)據(jù)信息儲(chǔ)存到當(dāng)前的高端測(cè)量機(jī)器人中，對(duì)市政設(shè)施、交通設(shè)施、水利設(shè)施、能源設(shè)施、其它工業(yè)設(shè)施及特殊建構(gòu)筑物等的進(jìn)行景觀測(cè)繪、放樣定位、形態(tài)檢測(cè)、變形監(jiān)測(cè)［9］，使用電子藍(lán)圖，提高了工作效率。

3 基于BIM 的自動(dòng)化測(cè)量

一般工程在施工高峰時(shí)，測(cè)量放線任務(wù)異常艱辛，由于工作面交叉，工作量大，受到儀器、環(huán)境、人為因素影響，精度出現(xiàn)偏差情況較多，進(jìn)而影響后繼施工。如果造成放樣錯(cuò)誤，將引起工程返工或者設(shè)計(jì)變更，將增加成本和延緩工程進(jìn)度。隨著技術(shù)的發(fā)展和人們審美觀的提升，在一些構(gòu)造復(fù)雜的項(xiàng)目上，通常有多種曲面及非常規(guī)角度墻面，復(fù)雜的構(gòu)造或管線挑戰(zhàn)著技術(shù)和測(cè)量人員的解讀能力。當(dāng)前，BIM 技術(shù)正迅猛發(fā)展，在工程中具體應(yīng)用范圍日益廣泛。機(jī)器人全站儀結(jié)合了BIM 技術(shù)，將BIM 模型帶入現(xiàn)場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)電子藍(lán)圖作業(yè)，迎合了BIM 的潮流。

圖2 LayoutPoint 添加點(diǎn)

本次工程實(shí)踐采用陳翔路圍護(hù)結(jié)構(gòu)攪拌樁作為放樣點(diǎn)。

圖3 BIM 模型與機(jī)器人全站儀通信

3.1 建立圍護(hù)結(jié)構(gòu)3D 模型

建立圍護(hù)結(jié)構(gòu)3D 模型，并將模型導(dǎo)成dxf 格式文件(該dxf 文件主要是作為現(xiàn)場(chǎng)放樣時(shí)的背景文件)。

3.2 模型與硬件通信

在模型軟件中，采用LayoutPoint 插件，將需要放樣的點(diǎn)添加到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中。如圖4:

圖4 放樣報(bào)告

打開(kāi)軟件中的布置管理器，將已添加的放樣點(diǎn)，通過(guò)輸出接口輸出到機(jī)器人全站儀手簿中，在輸出前將模型的尺寸單位改為測(cè)量坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的單位。如圖5:

3.3 現(xiàn)場(chǎng)放樣應(yīng)用

現(xiàn)場(chǎng)放樣采用機(jī)器人全站儀進(jìn)行放樣，放樣完成后，機(jī)器人全站儀會(huì)自動(dòng)生成放樣報(bào)告，如圖6 所示。放樣完成后，分別用機(jī)器人以及傳統(tǒng)全站儀對(duì)放樣結(jié)果進(jìn)行檢核。在原始設(shè)計(jì)坐標(biāo)基礎(chǔ)上，共生成了3 組新的坐標(biāo)。

3.4 后處理及成果

第一步:坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，BIM 模型，采用的是模型坐標(biāo)系，導(dǎo)出的數(shù)據(jù)屬于模型坐標(biāo)系，而傳統(tǒng)全站儀在放樣檢核時(shí)采用現(xiàn)場(chǎng)工程坐標(biāo)系，所以在對(duì)機(jī)器人以及傳統(tǒng)全站儀對(duì)比時(shí)，需要先將模型坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為工程坐標(biāo)。轉(zhuǎn)換后的坐標(biāo)如表1 所示:

表1 放樣坐標(biāo)、機(jī)器人及普通全站儀與設(shè)計(jì)坐標(biāo)對(duì)比

續(xù)表

第二步:分別用放樣坐標(biāo)、機(jī)器人以及傳統(tǒng)全站儀檢核坐標(biāo)，求出每組坐標(biāo)的點(diǎn)位誤差，其點(diǎn)位誤差的曲線圖如圖7 所示:

圖5 點(diǎn)位誤差分布曲線圖

圖5 可以看出，利用機(jī)器人全站儀放樣和檢核精度較傳統(tǒng)全站儀精度有2 至3 倍提高。

4 結(jié)論

BIM 消費(fèi)是BIM 發(fā)展的主流理念，我院開(kāi)展的基于BIM 的應(yīng)用迎合了BIM 發(fā)展的目的。機(jī)器人全站儀將BIM 實(shí)時(shí)帶入到現(xiàn)場(chǎng)，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量人員可以使用電子藍(lán)圖作業(yè)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)紙質(zhì)化作業(yè)。從效率上看，機(jī)器人全站儀可以消除因錯(cuò)誤產(chǎn)生的重復(fù)工作，在施工放樣外業(yè)工作中能大大提高現(xiàn)場(chǎng)工作人員的效率。另外，由于機(jī)器人全站儀定位較高，且自身帶有補(bǔ)償裝置，在精度上較傳統(tǒng)全站儀有較大改善。

在工程全生命周期中，通過(guò)基于BIM 的新技術(shù)應(yīng)用嘗試，可以讓大家真實(shí)感受到BIM 的優(yōu)勢(shì)［10］。

［1］呂芳，韋巍，楊家躍.BIM 技術(shù)助力企業(yè)快速提升項(xiàng)目總控能力［J］.土木建筑工程信息技術(shù).2012.4:2:1-14

［2］蔡雪峰，鄭蓮瓊，周繼忠.建設(shè)工程項(xiàng)目施工現(xiàn)場(chǎng)信息交互系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用［J］.土木建筑工程信息技術(shù).2011.3:4:87-93

［3］黃銘豐，徐敏生.淺談設(shè)計(jì)院在BIM 技術(shù)實(shí)踐中的體會(huì)［J］.城市建設(shè)理論研究.20012.5.45(15):71-72

［4］陳威，秦雯.基于BIM 的硬件在陳翔路地道工程中的應(yīng)用［C］.第七屆中國(guó)智慧城市建設(shè)技術(shù)研討會(huì)論文集.2012.12.140-146

［5］秦雯，陳威.市政工程的BIM 建模與出圖［C］.第七屆中國(guó)智慧城市建設(shè)技術(shù)研討會(huì)論文集.2012.12.153-158

［6］陳威，秦雯.快速成型儀在BIM 技術(shù)中的應(yīng)用［J］.中國(guó)市政工程.2012.6:163:68-70

［7］王強(qiáng).BIM 技術(shù)在建筑施工中的應(yīng)用［C］.第七屆中國(guó)智慧城市建設(shè)技術(shù)研討會(huì)論文集.2012.12.482-486

［8］陳威，秦雯.BIM 在陳翔路地道工程中的應(yīng)用［J］.土木建筑工程信息技術(shù).2012.4:2:88-93

［9］曹立新，魏然，駱漢賓.建設(shè)工程監(jiān)管信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用［J］.土木建筑工程信息技術(shù).2012.4:3:106-112

［10］馬智亮，馬健坤.IPD 與BIM 技術(shù)在其中的應(yīng)用［J］.土木建筑工程信息技術(shù).2011.3:4:88-93