探索市政工程的BIM之路

文｜本刊記者 寧冉

上海市城市建設設計研究總院BIM中心常務副主任楊海濤表示：“BIM技術應用到市政基礎設施項目中可以說是水到渠成，市政基礎設施工程體量大、投資高、專業多、周期長、對周邊環境影響大、施工組織復雜。BIM能對項目的建設效率、數據傳遞準確性、造價控制等方面施加正面影響，契合市政工程項目的要求，從而在市政工程中發揮全面、積極的作用。”

在市政工程建設領域，上海市城市建設設計研究總院（簡稱“城建總院”）堪稱一顆歷久彌新的璀璨明珠。這家創建于1963年的設計院，穿越50年的歷史屢創精品，在公路與城市道路、交通工程、橋梁工程、隧道與地下工程、軌道交通、工業與民用建筑以及勘察、監測等領域碩果累累，曾榮獲國家部市級優秀設計咨詢科技進步獎420多項，擁有各類專利173項，其中發明專利26項。

城建總院BIM中心常務副主任楊海濤指出：“為應對復雜多樣的設計需求和越來越高的建筑標準，我們開始依托BIM進行技術應用創新，并成立了BIM中心。現在，我們已經搭建起基于BIM的協同系統平臺和門戶網站，長期對人員進行一對一培訓，并且要求各分院每年都必須拿出1-2個BIM 項目，以重點項目帶動BIM應用能力，使其從項目級應用向企業級應用轉變。”

對技術進行孜孜不倦的探索是城建總院一以貫之的優良傳統和作風，而在設計工具上的不斷嘗新則讓城建總院煥發出全新生機。近年來，城建總院的很多項目都借助了BIM技術，其中，Revit系列專業建模軟件和Ecotect等分析軟件不僅在民用建筑中包打天下，也同樣適用于市政工程建設。

徐家匯交通樞紐和陳翔路地道都是上海極為重要的交通基礎設施工程。在這兩個項目中，BIM軟件一方面幫助城建總院提高了設計質量，讓獨具匠心的創意實踐落地；另一方面，也使設計方在與業主溝通時更加順暢，為保障方案順利實施發揮了巨大作用。

BIM助力溝通協調

＞＞圖1 徐家匯地鐵站場地模型

徐家匯承載著老上海的歷史，也正以中心商圈、交通樞紐的姿態開拓著新上海的未來。“徐家匯地區匯聚了軌道交通1號線、9號線、11號線3條交通大動脈，對上海軌道交通的網絡化運行有著至關重要的作用。”城建總院徐家匯樞紐項目的專業負責人謝波說。

然而，在修建徐家匯地鐵站時如何避免長時間在主干道虹橋路、華山路大面積破土挖路，使徐家匯商圈遭受災難性影響，是十分棘手的難題。此外，上海屬于軟土地區，修建地鐵的條件先天不足，還需將站點空間壓縮到最小，來減小施工難度。（如圖1所示）

城建總院經過認真的實地勘察、嚴謹的可行性研究，制定出軌道交通1、9、11號線三線換乘時間不超過5分鐘的“環港匯”方案。方案提出，11號線向西移到港匯廣場西側的恭城路地下；9號線則大膽借用港匯廣場公寓樓與商業大樓之間已建成的地下車庫。變車庫為地鐵站，在全國還是首例。這一方案將工程對路面交通的影響降至最低，卻也推高了工程風險。

謝波坦言，與港匯廣場協調用地下車庫建站是一個博弈的過程。地下室的結構強度和耐受力能否適應建站需求，建站之后是否影響地面建筑的穩固性，地鐵站建成后港匯廣場的收益有多大，商業面積的購買如何進行？而BIM技術為商務談判提供大量的數據、模型作為支撐，有效打消了對方的顧慮。

＞＞圖2 徐家匯地鐵站建筑模型

簡介

上海市城市建設設計研究總院（“城建總院”）創建于1963年，是以從事城市基礎設施勘察設計為主的綜合性設計咨詢研究單位，具有市政行業甲級、公路行業專業甲級、建筑行業（建筑工程）甲級、水利行業專業甲級、工程勘察綜合甲級、工程測繪、工程咨詢、工程造價、工程監理甲級資質，市政公用工程施工總承包二級資質，可以為工程建設全過程提供服務。

城建總院始終位于上海市勘察設計單位綜合考評前十名，位全國百強之列，并躋身于中國工程設計企業60強；首批被授予上海市優秀公司，并連續榮膺此光榮稱號。近年獲得全國五一勞動獎狀、上海市文明單位、金杯公司、質量管理獎、實施卓越績效模式先進企業、職工最滿意企業、專利試點企業、創新型企業等多項榮譽稱號。

此外，徐家匯地鐵站內部空間十分狹小，謝波稱工程是在“螺螄殼里做道場”，再加上市政的各種管線交錯，地下樓層高低不同，空間管理十分復雜。通過BIM空間管理技術，可以使諸多頭緒一一理清。（如圖2所示）

例如管線專業模型疊加，形成管線綜合模型，檢查專業間管線布置是否沖突，比平面管線綜合圖更直觀，沖突發現更準確；管線綜合模型更可疊加裝修模型，方便檢查管線與裝修吊頂的沖突；車站建筑裝飾模型則用于檢驗車站站臺的標志、標識設置的視覺效果、樓扶梯周邊布置對乘客疏散的影響；車站機電模型用于確保各種管道的建筑、結構預留孔是否得到滿足，檢修空間是否有保證；車站站臺電氣模型，用于檢查公共區橋架、燈具布置、配電間布置。

“在施工階段，將設計模型導入后，可進行安裝支架施工虛擬布置，安排各專業施工有序進行，更可進行綜合支吊架設置。設計模型可以分解為單個構件、部件，項目管理計劃表不再僅停留在施工區，更可以細化到某一結構柱、某一片墻體、某一個孔洞、某一臺設備、某一段管道。”謝波指出，模型精度提高后，建模精度可以達到零件，物料清單可以細化到螺釘級別。

BIM給協同辦公帶來的改進同樣值得稱道。設計、施工、管理三者無法完全割裂，在這種模式下，技術信息的傳遞尤為重要。從設計、施工到運營，BIM可以將信息有序地傳遞給下一道工序的工作人員。借助相關軟件，在車站實際竣工前，非工程建設專業的運營方還可了解車站的最終面貌，在虛擬界面中漫游車站，提出改進建議。

＞＞圖4 基于BIM的全內容建模

“徐家匯樞紐是一個復雜的地下工程，而BIM對整個工程設計質量管理是非常有幫助的。BIM幫助業主落實了各種意愿，解決了商業談判、設計協調、設計接口、方案實施等問題，同時有助于業主實時了解整個工程實施過程中的施工條件和進展情況，發揮了實實在在的作用。”謝波說。

細節提升品質

與其他地道工程相比，上海市陳翔路地道的工程環境更加復雜。城建總院負責的主要包括道路、排水、地下通道、地道泵站，同步實施公用管線、綠化、照明、交通標志標線等附屬設施。

陳翔路地道總長500米，位于我國大陸第一條高速公路滬嘉高速的地下，緊鄰地鐵11號線、超高壓輸電線以及各種市政管線等，對設計要求很高；同時地道工程涉及的專業也很多，包括地道、橋梁、道路、建筑、綠化、交通等十幾個專業，設計協調的工作量較大。（如圖3所示）

城建總院總承包部BIM小組負責人秦雯介紹：“陳翔路地道主要包括18個具體應用，每一個應用都比較實用，可以說是小而精。在設計階段，我們用BIM完成了全內容的建模，每一根鋼筋都得以展現；在完全脫離CAD常規平臺的情況下出施工圖，不僅符合施工圖要求，還使圖紙的錯誤率大大減少。”

在以往的地道項目中，設計團隊很少深入認證地道采光，而借助BIM軟件Revit和綠色分析軟件Ecotect，BIM小組對地道內采光、過渡段采光和周邊建筑的反光污染等都做出了細致入微的光學分析，有針對性地設置燈光，減少地道內外的光線變化，保障了行車安全，成為城建總院的一次重要創新。同樣的應用還有模擬交通狀況后做出的力學分析。對細節的關注大大提升了設計的品質。（如圖4所示）

在2011年，城建總院就完成了陳翔路地道模型的三維打印，在當時的全國市政工程中還是首家。作為一種最直觀的表現形式，三維模型使設計院與業主等單位的交流更為輕松順暢。

在施工階段，城建總院將BIM模型導入到機器人全站儀的測量庫中，直接在施工現場進行放樣，避免了復雜的計算，使工作效率提高了2～3倍，并且保證精度。同時，城建總院也將安全設施納入到BIM模型中，對現場的安全防護情況進行模擬論證，提升了現場的安全管理水平。

“當前市政運維主要工作是診治，我們希望能夠借助BIM來優化市政設施的養護管理。依托BIM大量的數據，對病害進行量化的科學預警，增強設施的使用壽命。”秦雯對BIM應用的前景十分看好“BIM不僅是技術上的革新，更是管理上的革新，這是一個循序漸進的過程。目前BIM的理念已經被業內普遍接受，在一些應用點上有了突出的表現。未來，BIM還將大大推動行業生產的綜合提升，對生產關系產生深刻影響，促進一些新的建設模式發展，催生一些基于BIM服務的新行業。”

“對于使用者來說，好的BIM軟件的優勢就在于易于上手，應用面廣，適合用來做構架級的建模。”李衛東指出，“CAD軟件實現了從手工繪畫到電子繪畫的過渡，它影響的可能只是一個設計階段；但BIM影響的是整個設計行業的流程改造和整個產業鏈，BIM技術將大大推動行業生產的綜合提升，對生產關系產生深刻影響，促進一些新的建設模式發展，催生一些基于BIM服務的新行業，未來一定會掀起一場變革。”