公路隧道BIM技術(shù)軟件平臺(tái)比選

張兆杰，郭 鵬，田志宇，林國(guó)進(jìn)

(1.四川省交通運(yùn)輸廳公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院 成都市 610041； 2.中鐵十局集團(tuán)第四工程有限公司 南京市 210000)

近年來(lái)，BIM技術(shù)在建筑、水電、鐵路、機(jī)械、電子等行業(yè)的應(yīng)用日趨成熟，起到了提高效率、提升質(zhì)量、縮短工期、降低風(fēng)險(xiǎn)、控制成本等重要作用。但由于公路工程的復(fù)雜性，BIM技術(shù)目前在公路行業(yè)中的應(yīng)用尚處于起步和探索階段。隨著我國(guó)公路建設(shè)的快速發(fā)展和交通運(yùn)輸部對(duì)BIM技術(shù)的推動(dòng)，BIM技術(shù)在公路隧道工程全壽命周期中的應(yīng)用已是大勢(shì)所趨。

1 BIM技術(shù)簡(jiǎn)介

BIM即建筑信息模型(Building Information Modeling)，是以建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎(chǔ)，進(jìn)行建筑模型的建立，通過(guò)數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實(shí)信息。美國(guó)國(guó)家BIM標(biāo)準(zhǔn)(NBIMS，National Building Information Model Standard)對(duì)其定義為：BIM是一個(gè)設(shè)施(建設(shè)項(xiàng)目)物理和功能特性的數(shù)字表達(dá)；BIM是一個(gè)共享的知識(shí)資源，是一個(gè)分享有關(guān)該設(shè)施的信息，為該設(shè)施從建設(shè)到拆除的全壽命周期中的所有決策提供可靠依據(jù)的過(guò)程；在項(xiàng)目的不同階段，不同利益相關(guān)方通過(guò)在BIM中插入、提取、更新和修改信息，以支持和反映其各自職責(zé)的協(xié)同作業(yè)。它具有信息完備性、信息關(guān)聯(lián)性、信息一致性、可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性八大特點(diǎn)。

2 軟件平臺(tái)比選

軟件平臺(tái)的選擇是開展BIM工作的基礎(chǔ)。目前國(guó)際上主流的BIM軟件平臺(tái)主要有三種：歐特克(Autodesk)、奔特力(Bentley)和達(dá)索(Dassault)。這三種軟件系統(tǒng)針對(duì)不同的領(lǐng)域，各有特點(diǎn)，也有各自的解決方案。

2.1 Autodesk平臺(tái)

Autodesk平臺(tái)廣泛應(yīng)用于建筑、鐵路等行業(yè)，其BIM系列常用軟件見表1。

表1 Autodesk平臺(tái)BIM系列常用軟件

Autodesk系列軟件中經(jīng)典的AutoCAD在國(guó)內(nèi)的二維繪圖領(lǐng)域占據(jù)了主導(dǎo)地位，國(guó)內(nèi)針對(duì)土木各行業(yè)開發(fā)的繪圖軟件大多基于AutoCAD。但是AutoCAD的三維能力較差，Autodesk系列中適用于公路工程的BIM軟件是Civil 3D。Civil 3D可以進(jìn)行道路設(shè)計(jì)，包含形成數(shù)字地形模型、路線平縱橫設(shè)計(jì)、土方計(jì)算、場(chǎng)地設(shè)計(jì)、道路出圖等功能。Autodesk平臺(tái)的BIM解決方案為：在Civil 3D中做路線和地質(zhì)→在Revit中做隧道→在Navisworks中進(jìn)行碰撞檢查。

Autodesk平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)：功能完整全面，具有交通行業(yè)全壽命周期解決方案，可基本完成設(shè)計(jì)、分析、出圖的整個(gè)流程；用戶界面友好，便于推廣，易學(xué)易用；具有完整的生態(tài)圈、開放的平臺(tái)和緯地、金思路等行業(yè)合作伙伴，本地化較好，細(xì)節(jié)定制比較豐富；具備由第三方開發(fā)的海量對(duì)象庫(kù)(Object libraries)，方便工程項(xiàng)目參與方多用戶操作模式。Autodesk平臺(tái)的劣勢(shì)：公路工程項(xiàng)目BIM設(shè)計(jì)需要在多種軟件中進(jìn)行，文件格式不統(tǒng)一；大體量模型支持能力差，數(shù)據(jù)支持量小，硬件要求高，處理效率低。

目前國(guó)內(nèi)采用Autodesk平臺(tái)的案例主要有鐵一院的西成客專清涼山隧道[1]、鐵四院的福平鐵路新鼓山隧道[2]和中交二院的港珠澳大橋珠海連接線拱北隧道[3]等。

圖1 清涼山隧道BIM模型

圖2 新鼓山隧道BIM模型

2.2 Bentley平臺(tái)

Bentley系列軟件適用于大型基礎(chǔ)設(shè)施，尤其是特大復(fù)雜工程，是目前專業(yè)覆蓋最全面的軟件服務(wù)商。Bentley平臺(tái)的BIM系列常用軟件見表2。

表2 Bentley平臺(tái)BIM系列常用軟件

Bentley系列軟件的底層平臺(tái)為Microstation，從在國(guó)外的普及程度和繪圖能力上來(lái)說(shuō)，該軟件和AutoCAD齊名，但該軟件三維能力較AutoCAD更加強(qiáng)大。但由于Bentley對(duì)中國(guó)市場(chǎng)不重視、本地化弱以及技術(shù)支持薄弱等原因，導(dǎo)致二維繪圖時(shí)代在中國(guó)幾乎不見影蹤。

Bentley系列軟件中與Civil 3D功能相近的是PowerCivil，PowerCivil是一款專業(yè)的道路設(shè)計(jì)軟件，可以進(jìn)行道路BIM設(shè)計(jì)，而且該軟件是目前唯一一款能夠做市政隧道的軟件。一般來(lái)說(shuō)，公路隧道斷面除緊急停車帶外基本不變，而市政隧道經(jīng)常會(huì)有各匝道進(jìn)出，主匝道斷面寬度或高度變化頻繁，導(dǎo)致出圖工作量更大。因此，PowerCivil完全能夠滿足公路隧道BIM技術(shù)需求。

Bentley平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)：功能完整全面，具有交通行業(yè)全壽命周期解決方案，尤其在公路隧道領(lǐng)域領(lǐng)先于其它BIM軟件；真正做到了“一個(gè)平臺(tái)，一個(gè)模型，一個(gè)數(shù)據(jù)源”，采用統(tǒng)一的平臺(tái)MicroStaion和統(tǒng)一的文件格式dgn，保證數(shù)據(jù)互用共用，無(wú)需多種軟件，無(wú)需轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式；大體量模型支持能力強(qiáng)，數(shù)據(jù)支持量大，硬件要求較低，處理效率高；具有完整的生態(tài)圈、開放的平臺(tái)和北京跨世紀(jì)軟件技術(shù)有限公司等行業(yè)合作伙伴，收購(gòu)了橋梁大師、路線大師軟件；PowerCivil提供了國(guó)內(nèi)常用的道路軟件如路線大師、緯地、EICAD等的數(shù)據(jù)接口，可將PowerCivil中設(shè)計(jì)的路線與國(guó)內(nèi)常用道路軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；其數(shù)據(jù)格式dgn可與Autodesk平臺(tái)的數(shù)據(jù)格式dwg進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換。Bentley平臺(tái)的劣勢(shì)：國(guó)內(nèi)用戶多習(xí)慣于Autodesk平臺(tái)，需要從頭學(xué)習(xí)Bentley系列軟件的使用和開發(fā)；該系統(tǒng)軟件有著大量不同的用戶界面，不易上手，很難短時(shí)間掌握；本地化相對(duì)Autodesk平臺(tái)較差。

目前采用Bentley平臺(tái)的案例國(guó)內(nèi)主要有中電建華東院的杭州市紫之隧道等，國(guó)外主要有英國(guó)的Crossrail地鐵、巴西的桑托斯瓜盧嘉隧道等。

圖3 紫之隧道BIM模型

2.3 Dassault平臺(tái)

達(dá)索平臺(tái)在航空、航天、汽車、大型機(jī)械、精密儀器等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，該軟件的應(yīng)用典型項(xiàng)目案例就是北京奧運(yùn)會(huì)主會(huì)場(chǎng)鳥巢，其BIM系列常用軟件見表3。

表3 Dassault平臺(tái)BIM系列常用軟件

Dassault系列軟件的平臺(tái)軟件為CATIA，其參數(shù)化能力出色，在制造業(yè)應(yīng)用普遍，但面向工程業(yè)的專業(yè)應(yīng)用相對(duì)較少。

Dassault平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)：強(qiáng)大完整的建模能力；表現(xiàn)能力和信息管理能力都比傳統(tǒng)的建筑軟件有著相當(dāng)明顯的優(yōu)勢(shì)；參數(shù)化能力出色。Dassault平臺(tái)的劣勢(shì)：其與工程建筑行業(yè)的項(xiàng)目特點(diǎn)和從業(yè)人員的特點(diǎn)對(duì)接適應(yīng)問(wèn)題是其最大的問(wèn)題，沒(méi)有針對(duì)路橋隧專門的軟件，沒(méi)有平縱橫的概念，沒(méi)有緩和曲線；大體量模型支持能力差；掌握需要大量的時(shí)間，上手慢；軟件價(jià)格高昂。

目前國(guó)內(nèi)采用Autodesk平臺(tái)的案例主要有鐵二院的寶蘭客專石鼓山隧道[4]等。

圖4 石鼓山隧道BIM模型

2.4 比選結(jié)果

從使用習(xí)慣來(lái)說(shuō)，Autodesk平臺(tái)和Bentley平臺(tái)同屬土木工程類軟件，本地化較好，較符合公路行業(yè)的使用習(xí)慣；Dassult平臺(tái)的操作主要基于機(jī)械工程的習(xí)慣和術(shù)語(yǔ)，對(duì)公路行業(yè)使用人員的要求較前兩款軟件要高，不易掌握。

從BIM建模能力來(lái)講，Autodesk平臺(tái)雖然應(yīng)用范圍廣、軟件全面、價(jià)格低廉，但對(duì)異型結(jié)構(gòu)的建模能力較弱、軟件之間無(wú)縫互導(dǎo)尚未實(shí)現(xiàn)，大體量模型支持能力差；Bentley平臺(tái)雖然做到了“一個(gè)平臺(tái)，一個(gè)模型，一個(gè)數(shù)據(jù)源”，大體量模型支持能力強(qiáng)，在市政隧道領(lǐng)域具有優(yōu)勢(shì)，但對(duì)于信息屬性的添加、參數(shù)化的控制相對(duì)較弱，后期需要做大量二次開發(fā)；Dassult平臺(tái)建模和參數(shù)化能力都很強(qiáng)、軟件之間基本互通，但解決全壽命周期前端與后端的能力弱。

從軟件購(gòu)買和引進(jìn)成本來(lái)看，Dassult平臺(tái)最高，其次是Bentley平臺(tái)，Autodesk平臺(tái)最低。

綜合比較可知，公路隧道BIM技術(shù)軟件平臺(tái)可根據(jù)如下原則選取：

(1)對(duì)于二次開發(fā)能力較強(qiáng)的設(shè)計(jì)單位，建議采用Bentley平臺(tái)；

(2)對(duì)于二次開發(fā)能力較弱的設(shè)計(jì)單位，建議采用Autodesk平臺(tái)。

3 結(jié)語(yǔ)

目前，我國(guó)隧道行業(yè)的BIM之路才剛剛起步，隧道工程BIM應(yīng)用還處于初級(jí)階段。為了進(jìn)一步促進(jìn)公路隧道工程BIM技術(shù)應(yīng)用，應(yīng)該從加緊制定公路隧道工程BIM標(biāo)準(zhǔn)體系、加快隧道工程BIM應(yīng)用軟件開發(fā)、改變管理模式等方面為隧道BIM發(fā)展掃清障礙。