胡洪龍

(中設(shè)設(shè)計集團股份有限公司 南京 210014)

建筑信息模型(building information modeling,BIM)技術(shù)可加快實現(xiàn)公路行業(yè)從前期規(guī)劃到設(shè)計施工再到養(yǎng)護運維的全壽命周期的數(shù)字化、智能化的時代發(fā)展趨勢，因此，近年來逐漸成為行業(yè)研究的熱點，大量學(xué)者對其進行了探索性的研究。程興園[1]、徐高豐[2]、劉釗[3]等對公路設(shè)計階段的BIM模型參數(shù)化建模、信息化管理和優(yōu)化、工程量統(tǒng)計和方案比選等的應(yīng)用進行了研究探討；施萌[4]針對BIM應(yīng)用存在手動建模、參數(shù)化程度低、聯(lián)動性差等問題,闡述了Dynamo編程與Revit軟件相結(jié)合的建模技術(shù)；張裕超[5]拓展了BIM在橋梁施工中的建模功能，解決了鋼筋間的碰撞與沖突等問題，發(fā)揮了BIM對施工現(xiàn)場的指導(dǎo)作用；王英[6]依托塞拉利昂公路項目開展了BIM技術(shù)在施工圖設(shè)計、施工模擬等方面的應(yīng)用，探討了全生命周期BIM應(yīng)用的可行性及必要性。

以上研究主要針對新建公路，而實際上截止到2018年年底，全國既有公路通車總里程已超過477萬km，BIM技術(shù)在既有公路的應(yīng)用前景更加廣泛。不同于新建公路，既有公路BIM技術(shù)應(yīng)用需專注于養(yǎng)護運維階段的實際需求。目前養(yǎng)護運維階段BIM技術(shù)的推廣應(yīng)用主要存在以下2個問題：①養(yǎng)護運維階段BIM需求不明確，造成BIM價值點體現(xiàn)不夠充分；②既有公路體量龐大，尚缺乏經(jīng)濟快速的建模方法，致使既有公路BIM應(yīng)用缺乏最基本的模型。

本研究從養(yǎng)護運維階段BIM應(yīng)用的實際需求角度，對BIM模型構(gòu)件拆分、編碼結(jié)構(gòu)及規(guī)則、建模技術(shù)等進行研究，以期首先解決既有公路BIM模型快速經(jīng)濟的建立問題。

1 既有公路BIM模型構(gòu)件拆分原則及結(jié)果

既有公路BIM模型建立時主要涉及道路工程(包括路基路面、支護、排水設(shè)施、交通安全設(shè)施等)和橋梁工程2個專業(yè)。

道路工程BIM模型構(gòu)件拆分首先根據(jù)功能體系的不同，分為路基、路面、支護、排水設(shè)施、交通安全設(shè)施5個部分；然后按照不同結(jié)構(gòu)的功能屬性或特點進行細化；最后按照主體及附屬的層級，根據(jù)材料類型、力學(xué)性質(zhì)、養(yǎng)護需求的區(qū)別進行構(gòu)件級的拆分。拆分結(jié)果見表1。

橋梁工程BIM模型構(gòu)件拆分首先按照結(jié)構(gòu)體系的不同分為梁式橋、拱式橋、斜拉橋、懸索橋等4種基本結(jié)構(gòu)；然后將橋梁主體分為上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)和附屬三大部分；最后根據(jù)材料類型、力學(xué)性質(zhì)、養(yǎng)護需求的區(qū)別進行構(gòu)件級的拆分。由于篇幅所限，這里僅給出了梁式橋的拆分結(jié)果(下同)，既有公路BIM模型構(gòu)件拆分結(jié)果表見表1。由于橋梁結(jié)構(gòu)形式多變，實際拆分時可根據(jù)橋梁情況參照上述原則來確定合適的方法。

表1 既有公路BIM模型構(gòu)件拆分結(jié)果

2 既有公路BIM模型構(gòu)件編碼結(jié)構(gòu)及規(guī)則

我國GB/T 51269-2017 《建筑信息模型分類和編碼標準》[7]編碼規(guī)則規(guī)定：編碼結(jié)構(gòu)應(yīng)包括表代碼、大類代碼、中類代碼、小類代碼和細類代碼5層，各級代碼應(yīng)采用2位阿拉伯數(shù)字表示。本研究參照GB/T 51269-2017 《建筑信息模型分類和編碼標準》中的編碼體系，從公路養(yǎng)護階段BIM應(yīng)用的實際需求出發(fā)，將編碼結(jié)構(gòu)從5層擴展到6層，表代碼與GB/T 51269-2017 《建筑信息模型分類和編碼標準》保持一致，大類碼中的01代表道路、02代表橋梁，在“細類層級”后增加“細目層級”，以滿足道橋工程模型構(gòu)件拆分結(jié)果的要求，既有公路BIM模型構(gòu)件編碼結(jié)構(gòu)見圖1，限于篇幅，僅列舉既有公路橋梁專業(yè)BIM模型構(gòu)件編碼見表2。

圖1 既有公路BIM模型構(gòu)件編碼結(jié)構(gòu)

表2 既有公路橋梁專業(yè)BIM模型構(gòu)件編碼

續(xù)表2

元素編號大類中類小類細類細目14-02.10.06.02.00鋪裝層14-02.10.06.04.00護欄14-02.10.06.04.02水泥混凝土護欄14-02.10.06.04.04鋼波紋管護欄14-02.10.06.06.00伸縮縫14-02.10.06.08.00支座系統(tǒng)14-02.10.06.08.02支座14-02.10.06.08.04墊石14-02.10.06.08.06擋塊

3 既有公路BIM三維建模軟件的選取及建模總體思路

模型是BIM技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)，目前國內(nèi)外主流的BIM軟件平臺主要有Autodesk、Bentley、Dassault 3家，主流建模平臺、軟件的比較表見表3。

表3 主流建模平臺、軟件的比較

由于目前國內(nèi)外尚無專門針對公路建模的BIM軟件，因此在建立涉及多專業(yè)的公路BIM模型過程中，需利用不同軟件的優(yōu)勢采用“分別建模，統(tǒng)一整合”的方法將不同專業(yè)的模型整合為1個模型。

Autodesk平臺通用性強、易于操作，考慮到既有公路BIM模型的精度較新建公路BIM模型的精度低等因素，本研究選取Autodesk平臺軟件Civil 3D和Revit進行道橋主體的建模工作。

具體而言，首先采用Civil 3D軟件進行既有道路模型的建模工作，將其文件格式保存為.fbx形式；然后利用Revit軟件開發(fā)橋梁、交通附屬設(shè)施等的族庫，進行橋梁的建模工作；最后將道路模型導(dǎo)入到Revit軟件中，與橋梁模型進行整合，并放置交通附屬設(shè)施模型。

4 工程案例

4.1 工程簡介

某省道于2016年建成通車，采用一級公路標準建設(shè)，設(shè)計車速 100 km/h，路基寬26 m。在該省道選取K5+000-K6+000的路段進行了示范工程的建模工作，該段內(nèi)包含橋梁1座，橋梁中心樁號為K5+500，設(shè)計角度120°，橋梁上部結(jié)構(gòu)采用3×20 m先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁，全橋共1聯(lián)。

4.2 道路模型創(chuàng)建

道路模型采用Civil 3D軟件創(chuàng)建。首先，依據(jù)原始CAD數(shù)據(jù)文件，提取該段地形對應(yīng)的道路中心線，基于項目斷面形式，按照既有公路BIM模型構(gòu)件拆分結(jié)果，創(chuàng)建道路斷面裝配，包含路基、路面、附屬物等；然后，利用Civil 3D軟件的道路功能生成道路實體，同時分幅創(chuàng)建、導(dǎo)出對應(yīng)的三維實體模型；最后，將導(dǎo)出的三維實體模型轉(zhuǎn)化為Revit族文件，并保存為.fbx格式。

4.3 橋梁族庫開發(fā)與模型創(chuàng)建

橋梁模型采用Revit軟件創(chuàng)建，項目原點定位為橋梁中心樁號K5+500，項目高程對應(yīng)1985國家高程。

根據(jù)本橋梁的實際情況，按照既有公路BIM模型構(gòu)件拆分結(jié)果，創(chuàng)建橋梁族庫：①橋墩族(包含樁基、墩柱、蓋梁)；②左右幅橋臺族(包含樁基和橋臺上部構(gòu)件)；③預(yù)制空心板梁；④橡膠支座；⑤橋梁伸縮縫；⑥墻式護欄；⑦防眩板等。橋梁族庫見圖2。

圖2 橋梁族庫

族庫開發(fā)后根據(jù)各構(gòu)件的特征點或定位點放置構(gòu)件。橋面鋪裝層使用樓板創(chuàng)建，創(chuàng)建后在鋪裝層上放置護欄、防眩板等附屬設(shè)施。

4.4 交通附屬設(shè)施族庫開發(fā)

創(chuàng)建交通附屬設(shè)施族庫：①常規(guī)兩波波形護欄；②三波波形護欄；③百米樁；④里程樁；⑤道路標識標牌(限載標牌、橋標牌、道路指引標牌)；⑥路燈等。交通附屬設(shè)施族庫圖見圖3。

圖3 交通附屬設(shè)施族庫

4.5 模型整合

在Revit軟件里導(dǎo)入并放置道路實體模型、放置附屬設(shè)施模型，并調(diào)整材質(zhì)設(shè)置和顯示樣式，完成整個模型的創(chuàng)建工作。整合后的路段模型見圖4。

圖4 路段模型

經(jīng)整合后的BIM模型包含公路工程各專業(yè)的BIM模型構(gòu)件，可在此基礎(chǔ)上進一步開發(fā)基于BIM技術(shù)的公路養(yǎng)護管理系統(tǒng)、開展科學(xué)養(yǎng)護管理和決策，能夠滿足公路養(yǎng)護管理人員的工作要求。

5 結(jié)論

1) 既有公路BIM模型建模與新建公路BIM建模有較大差異，BIM模型構(gòu)件拆分時除應(yīng)考慮功能或結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)屬性、材料類型、力學(xué)性質(zhì)等因素外，還應(yīng)著重考慮養(yǎng)護階段的實際需求。

2) 建筑行業(yè)的5層編碼體系(表代碼、大類代碼、中類代碼、小類代碼、細類代碼)無法滿足既有公路BIM模型拆分及養(yǎng)護階段BIM應(yīng)用的實際需求，建議既有公路的編碼結(jié)構(gòu)體系應(yīng)在“細類層級”后增加“細目層級”，從5層擴展到6層。

3) 目前國內(nèi)外尚無專門針對公路工程建模的BIM軟件，因此在既有公路BIM模型的建立過程中，建議利用不同建模軟件的優(yōu)勢，采用“分別建模，統(tǒng)一整合”的方法進行建模，建模結(jié)果能夠滿足養(yǎng)護應(yīng)用場景與BIM技術(shù)進一步融合開發(fā)應(yīng)用的要求。