基于BIM技術的建設工程報建及放線測量應用研究

梁啟行，馬力

(廣州市城市規劃勘測設計研究院，廣東 廣州 510060)

1 引 言

深入推行建設工程項目審批制度改革是為貫徹落實黨中央、國務院關于深化“放管服”改革和優化營商環境的部署要求，推動政府職能由“管理型”向“服務型”轉變的重要舉措。作為全國首批開展工程建設項目審批制度改革的16試點地區之一，2018年廣州市率先發布《廣州市工程建設項目審批制度改革試點實施方案》，并按住建部《關于開展運用BIM系統進行工程建設項目報建并與“多規合一”管理平臺銜接試點工作》的要求，通過運用BIM技術進行工程建設項目電子化報建，提高項目報建審批數字化和信息化水平。隨著BIM技術應用于建筑行業全生命周期中的各個階段，服務于建筑行業各階段的測量過程也必然引入BIM技術[1]，傳統的測量方法與技術已經無法滿足審批改革背景下的規劃建設領域信息化、數字化、智能化要求。目前，BIM技術的研究與應用主要為BIM與GIS數據集成、三維數字城市精明建模、三維規劃輔助決策、城市空間信息共享平臺、竣工驗收測量等方面。本文基于BIM技術開展建設工程報建及測量服務的應用研究，其本質就是通過新技術融合提升項目效率和成果應用水平，為智慧城市建設奠定基礎，優化城市管理各領域業務，提升城市整體運營管理水平。

2 BIM三維模型工程報建

BIM(Building Information Modeling，建筑信息模型)作為一項新的建筑業信息技術，隨著我國建筑工業化和綠色建筑的推進已逐步在建筑工程領域普及推廣[2]。根據國家標準《建筑信息模型應用統一標準(GB/T 51212-2016)》的術語定義，BIM是在建設工程及設施全生命期內，對其物理和功能特性進行數字化表達，并依此設計、施工、運營的過程和結果的總稱。在設計階段，利用BIM技術可以開展建筑、結構、設備等專業的協同工作，方便設計人員實時觀察和變更構件的數據信息，有效地克服了CAD多次改圖的弊端；在施工階段，通過對建筑結構的三維模擬方式，對施工過程進行監管，提高工程施工的質量和效率；在運營階段，運用BIM技術既可以了解設備的運行狀況，又可以進行遠程控制，為工作人員的后期檢修提供數據支持。

工程項目的順利開展同樣離不開測繪工作，如能有效地在測繪工作運用BIM技術提高測量的精準度，不僅能為后期工作開展提供數據參考，更能對工程整體的質量起到積極的作用，從而達到優化流程、控制質量、簡化管理的目的。BIM以三維數字技術為依托，通過將工程項目所包含的各類相關信息進行集成處理，形成共享的信息數據庫。BIM可通過提供建筑物的幾何以及非幾何信息，突破傳統GIS數據僅有建筑物外部信息的局限，將城市信息拓展到建筑物內部，幫助城市管理在可視化環境中結合管理需求進行信息的聯動分析、預警和決策，更好地滿足城市運行、管理與服務的自動化、智能化需求。

城市規劃信息化系統在國內一線城市的應用已趨成熟，同時功能豐富的商業化軟件使全行業初步達到了圖形數據管理數字化。然而在建設工程報建審批中，現有使用的報建軟件大多數都是依托CAD平臺的二維審批系統，主要存在以下不足：①應用功能單一，以可視化功能為主，計算、分析和核查等功能并不完善，缺乏全生命周期管理；②多源數據融合程度低，屬性信息、空間信息、三維模型等之間的關聯度不夠，無法實現協同作業；③模型精度不夠，缺乏大范圍、高精度、多細節層次的復雜建筑幾何體支持。基于BIM的數字三維模型使得人們對城市景觀設計和規劃管理擺脫了二維地圖和三維實物模型的表現方式，取而代之以計算機輔助的三維立體表現形式[3]，通過BIM軟件利用基礎地理數據、傾斜影像、點云、遙感影像等多源數據構建數字三維模型，實現規劃審批信息化、數字化、智能化[4～6]。

圖1 BIM模型工程報建示意圖

規劃設計階段，通過BIM技術對測量設計方案進行三維立體參數化建模，參數的傳遞將設計方案形象地展現給投資方，根據參數化的三維BIM模型科學規劃測量方案，給投資方提供更加科學的測量方案。參數化的模型完善、變化，可以為施工組織單位提供完善的測量施工方案。在工程設計期間，施工單位主要是依賴二維圖紙，工作煩瑣，而且對施工組織人員識圖能力很高的要求。從現實測量數據到模型的參數，便于施工方案共同完成、優化設計方案。同時三維BIM模型建立的平臺系統，為設計院、業主與施工方提供一個互動式的平臺，利用BIM建模技術在設計階段形成精度較低(LOD100、LOD200)的BIM模型。

工程報建階段，通過BIM模型與三維GIS的無縫整合，將該建設項目的BIM數據集成在三維場景中，并與地形數據、三維城市模型數據、土地利用規劃數據、土地利用現狀數據等相關數據進行無縫集成與三維可視化表達BIM[7～9]。然后從BIM模型中過濾出來的三維模型幾何數據，并通過WCF發布屬性數據查詢服務。通過利用BIM模型數據的工程文件下各部件具有唯一標志ID的約束特性，系統將三維模型與該標志ID名進行映射，將BIM部件三維模型與其對應屬性進行關聯，從而完成導出后的BIM模型的幾何與語義互操作，達到BIM模型部分的屬性查詢。通過上述幾何與屬性信息的過濾、導出及關聯，建筑設計BIM模型數據便可以在三維GIS中使用[10～12]。

圖2 廣州融創茂BIM模型

根據《建筑工程建筑面積計算規范》和《廣州市規劃管理建筑面積計算辦法》，要求利用計算機輔助軟件，準確計算送審圖紙及設計方案中的建筑信息、總建筑面積、計算容積率建筑面積、基底面積、各功能分項及分層面積、車庫及車位面積指標、住房結構比例指標等。利用三維GIS的空間統計與分析等功能，結合相關建筑規劃的指標標準，提取報建審批的BIM模型建筑面積、容積率、建筑覆蓋率、限高等建筑設計指標，實現規劃指標技術審查表的自動輸出。

圖3 BIM三維模型規劃指標計算

3 BIM三維模型放線測量

按照相關的測繪作業流程，工程項目的總平面設計方案通過審批后，需要對建設工程進行精準定位，規劃放線測量是對建設工程定位放樣的事先檢查，目的是確保建設工程按照規劃審批的要求安全、順利地進行，同時兼顧完善市政設施、改善環境質量，避免對相鄰產權主體的利益造成侵害。BIM三維模型放線測量結合建筑施工的技術和理念，能夠幫助作業人員快速、準確地完成放線任務，提高工作效率。BIM三維模型放線測量采用專業的BIM測量儀器，BIM測量儀器在導入工程報建審批通過的BIM模型后，能夠通過設站實現對棱鏡的自動跟蹤，直接進行三維數據的可視化放樣，在無須人工對準對焦的情況下，快速、準確地完成放樣作業，并輸出多種形式的測量報告，實現實時協同工作，在設計模型與現場施工之間建立同步關聯[13，14]。

在現場施工過程中，人工放樣一般根據紙質圖紙，采用卷尺等工具進行現場作業，該方式至少需要兩人手動找準放樣點，存在放樣誤差大、無法保證施工精度、工效低等劣勢。相較于傳統人工放樣，BIM測量儀器可自動識別、跟蹤棱鏡并引導放樣，單人即可高效地完成測量任務。另外，面向建筑的BIM測量方法能夠在內、外業中無障礙對接AutoCAD、Revit、魯班等軟件，高效傳輸工程建設項目中集成的BIM全生命周期的各種數據模型和相關信息，是BIM全生命周期中連接虛擬設計數據與真實世界的“橋梁”。BIM測量儀器將BIM設計模型中的放樣數據直接轉化為精確點位并對應于建筑現場，在快速獲取放樣數據后再返回至BIM模型，為模型對比、分析和優化提供有效支持，以簡單直接的工作模式，協助建筑人員完成復雜的工作，進一步提升工程施工質量和效率。

本文以廣州某地鐵車站規劃放線、施工放樣為例，引入BIM建筑施工技術和理念，根據地鐵車站實況，設計和構建完整、專業的建筑結構空間和相關附屬設施的BIM模型，促進施工環節間的協同作業、參與方間的共享使用。在工程建設的眾多環節中，施工方引入了適應專業的一整套BIM解決方案，并通過Topcon LN100 BIM放樣機器人來開展施工測量中的定位工作。BIM放樣機器人具備3°范圍的自動整平功能、 100 m半徑的棱鏡跟蹤功能、20 Hz定位數據更新速率，在施工過程中能夠用于快速定位車站BIM模型中的土建施工控制點和大量結構及管道設備放樣點。

圖4 地鐵車站的綜合BIM模型

使用Topcon LN100 BIM放樣機器人單人放樣系統，能夠提高放樣效率。首先進行基礎設置與設站，在現場選取任一通視條件良好的位置設置Topcon LN100放樣機器人，儀器開機后無須任何人工干預與手工操作即可自動整平；再通過平板電腦與儀器建立WiFi連接，在BIM 360 Layout軟件的設站界面，采用后視法或后方交會法設站(設站原理與全站儀完全相同)。設站成功后，Topcon LN100放樣機器人、放樣對中桿和棱鏡的三維仿真實體隨即出現在車站BIM模型中，且模型中的顯示位置與現場位置能夠精確匹配，真實棱鏡的任何移動都會實時更新在軟件的模擬界面中，實現現實作業空間與軟件模擬空間的同步和實時動態對應。

在具體的放樣階段，先從車站三維模型中選取所需的設計點位，軟件會立刻顯示棱鏡距離該放樣點的空間三維偏移量數值(精確到毫米)，作業人員將根據軟件中直觀的模型動態變化、視圖智能切換以及聲音、圖標、色彩等多種提示，快速移動至放樣點位。在此過程中，放樣機器人能夠始終保持對360°棱鏡的高速自動跟蹤和持續測量，且平面和高程精度都可控制在 ±1.0 mm左右。在建筑、機械、電氣、管道、消防等各類工程的施工流程中，需要完成大量的放樣工作，面向建筑的BIM測量儀器和程序提供了便捷、多樣的引導方式，界面清晰直觀，能夠高效完成放樣點的精度檢核，并采用不同顏色標記，以確保放樣零失誤。

設計點與放樣點位坐標對比表(部分) 表1

4 結 語

社會變革的需求在工程建設和規劃管理領域對測繪地理信息行業提出了更高的要求，利用BIM技術優化設計流程、控制質量、簡化管理，從而提高質量和降低成本則是測繪行業未來發展的必然趨勢。本文基于BIM技術實現測繪、規劃、建筑數據融合，探索建立建設工程報建及放線測量一體化服務模式，實現建設工程報建及測量服務的信息化、數字化、智能化，對類似項目具有示范意義。