BIM在陈翔路地道工程中的应用

摘要：BIM软件的通用性以及便捷性，实现现场环境、方案设计、模型分析、施工模拟、安全管理等各方面的综合提升，大大提高了陈翔路地道工程模型的重复利用率，降低了应用研究的综合成本，为工程建设赢取更好的经济效益和社会效益。

一、项目背景

1.项目名称：陈翔路地道工程中的BIM技术应用

2.设计单位：上海市城市建设设计研究总院

上海市城市建设设计研究总院（“城建总院”）创建于1963年，是以从事城市基础设施勘察设计为主的综合性设计咨询研究单位，具有市政行业甲级、公路行业专业甲级、建筑行业（建筑工程）甲级、水利行业专业甲级、工程勘察综合甲级、工程测绘、工程咨询、工程造价、工程监理甲级资质，市政公用工程施工总承包二级资质，可以为工程建设全过程提供服务。

城建总院始终位于上海市勘察设计单位综合考评前十名，位全国百强之列，并跻身于中国工程设计企业60强；首批被授予上海市优秀公司，并连续荣膺此光荣称号。近年获得全国五一劳动奖状、上海市文明单位、金杯公司、质量管理奖、实施卓越绩效模式先进企业、职工最满意企业、专利试点企业、创新型企业等多项荣誉称号。

上海市城市建设设计研究总院（简称“城建总院”）创建于1963年，是以从事城市基础设施勘察设计为主的综合性设计咨询研究单位，具有工程设计、勘察、测绘、咨询、造价、监理甲级及施工总承包资质，可以为工程建设全过程提供服务。为了探索BIM的应用，城建总院以EPC项目陈翔路地道工程作为试点，以BIM和网络技术为管理特色，组建团队，全面开展BIM的研究和应用，积极拓展基于BIM的消费，由BIM消费推动BIM研究，取得了较好的成效。

3.相关软件应用

Autodesk®Revit®

Autodesk®NavisWorks®

Autodesk®Robot™

Autodesk®Ecotect®

Autodesk®InfrastructureModeler

4.BIM应用评价

近两年国家开始出台政策进行引导与支持，使企业BIM的发展推进更有方向，更有动力，更有底气。建设单位愿意在工程中应用推行，设计与施工企业愿意投入、研发，甚至转型。同时这些企业的实践，也能给政府决策部门提供宝贵经验，保证其决策的正确性与前瞻性，形成一个良性循环，促进BIM的持续发展。

 ——上海市城市建设设计研究总院副院长徐敏生

BIM不仅仅是一次技术上的革命，同时更是管理上的变革。BIM能大大推动工程建设行业生产力的综合提升，最后影响现有的生产关系，促进一些新的建设模式的发展，催生一些基于BIM服务的新行业。

 ——上海市城市建设设计研究总院工程总承包部副总工程师黄铭丰

利用Autodesk Revit进行地道结构力学分析和交通模拟，大大提高了设计品质，表达方式也更为直观。

——上海市城市建设设计研究总院工程总承包部BIM负责人秦雯

二、正文

陈翔路地道工程中的BIM技术应用

图1陈翔路地道鸟瞰效果图

项目概况

陈翔路为城市次干路I级，双向4车道，起点里程K3+170，自西向东依次穿过规五路、古猗园路、轨道11号线、沪嘉高速、瑞林路、通湖路，终点里程K3+670，全长约500m。包括道路、桥梁、建筑、园林、排水、交通设施等常见的专业内容，是一个典型的市政工程案例。

项目难点

统筹协调——陈翔路地道工程涵盖了地道、轨道、桥梁、道路、给排、建筑、园林等十多个专业，设计协调工作量大。

工程环境——地道下穿轨道交通11号线高架段和沪嘉高速公路，地道结构与轨道交通承台的最近距离仅有2.7米，施工条件苛刻，需控制施工风险，确保轨道交通和沪嘉高速的不间断运营。

地下工程——项目挑战加大，包括深基坑风险大、变形控制难等。

BIM在陈翔路地道工程中的典型应用

陈翔路地道工程是上海市城市建设设计研究总院第一次在市政工程中采用BIM技术。在项目进行中，上海市城市建设设计研究总院做出了大量的探索性实践，从方案开始，到初设、施工图，再到施工等各项目阶段，都充分发挥了BIM的技术优势。

BIM在勘察阶段的应用

工程测量需获取工程及周边环境的大量空间信息和基本属性信息，运用Autodesk Revit软件帮助完成三维地质模型的建立，而借助这一模型，设计和施工人员可以清楚地洞察拟建工程内容与工程环境之间的关系，从而快速了解和掌握土层、地下水、管线、地表等情况，也助力项目组处理不良地质、管线交叉等问题。

图2陈翔路地道三维地质模型

BIM在设计阶段的应用

陈翔路地道工程涉及专业较多，根据工程项目特点，需要充分发挥BIM模型参数化建模优势对项目进行全工程内容的BIM模型（含钢筋）应用，包括地质、地道主体结构、桥梁、管理用房、雨污水系统、泵站及周边环境等内容。依靠BIM技术的优势，利用Autodesk Navisworks对节点的碰撞校核功能进行智能化碰撞检查，根据生成的碰撞检查报告，直接索引到BIM模型中打开生成的局部三维模型，在其中找到相应的构件并进行调整，从而避免在设计、构件制作以及现场施工阶段产生矛盾。

图3陈翔路地道围护及结构模型

Autodesk Navisworks、Autodesk Infrastructure Modeler等软件可将BIM模型与项目进度表动态链接，较为直观的表现出施工流程。

在BIM技术的统一设计平台帮助下，在各阶段都可以与各专项设计团队紧密同步并且共享设计成果，这一模式避免了不同团队之间由于沟通问题而产生失误与返工，从而大大提高了设计效率。在设计分析过程中，通过BIM技术对地道工程进行结构的力学分析、光学分析和交通模拟，既加快了工作速度，也大大提升了设计品质。

图4陈翔路隧道钢筋模型

在基于BIM的地道结构计算应用研究中，通过BIM建模软件Autodesk Revit到BIM分析软件AutodeskRobot的无缝连接，并将BIM计算结果与通用有限元软件进行对比分析，进而得出，RSA的计算结果是可靠、有效的，能够满足工程设计计算的要求。其计算结果的准确性，不仅使得从BIM建模到BIM设计一步到位，节省单独建模计算的时间和精力，而且使得三维复杂结构计算分析效率大大提高。

图5陈翔路地道结构分析模型

图6暗埋段结构弯矩云图

图7暗埋段结构弯矩云图对比图

此外，基于BIM技术提供的地道内采光分析、过渡段采光分析、周边建筑反光污染分析和交通模拟分析，间接避免了行车安全隐患，同时也印证了好的设计理念对于工程建设运营极为重要。

图8陈翔路地道工程地铁11号线附近的采光分析示意图

利用BIM技术做建筑专业的施工图已经不是新鲜事了，而目前的国内市政工程项目，在BIM运用方面并没有像建筑专业那么成熟、普遍，进行结构出图也鲜有案例。在陈翔路地道工程的实践之中，通过完整的陈翔路地道BIM模型，不借助CAD平台进行施工出图，基本达到了出图要求，图纸错误也大大减少。

图9BIM结构出图总体工作流程

城建总院在进行BIM结构出图的前期，根据项目特点制定了详细的结构出图审批流程，通过已创建的BIM主体结构模型直接创建平、立、剖二维图纸及三维效果图，生成了包括编制图框及模板、自定义钢筋、尺寸标注等在内的一套完整的结构施工设计图。另外，所生产的图纸始终与模型逻辑相关，当模型发生变化时，与之关联的图形和标注将自动更新，从初步设计到施工图设计只需使用同一个数据文件，故而避免多个文件的重复修改，极大地减少了设计图纸错误。

图10陈翔路地道工程钢筋3D实体与对应的剖面详图

BIM在施工中的应用

在施工阶段，城建总院购置了机器人全站仪，率先将机器人全站仪应用于市政工程中。通过将已在Autodesk Revit中建立的模型直接导入测量手簿，实现现场直接放样，省去了利用图纸等其他元素计算放样点位坐标的繁琐过程，避免了复杂的计算，从而达成效率与精度提高2~3倍的效果。

图11BIM模型的在施工现场的自动化测量应用

在陈翔路地道工程项目中，将三维激光扫描技术与BIM技术结合应用，完成了工作现场的勘察、信息建模、信息管理等大量工作，不仅在勘察前期作用巨大，而且还为设计到施工阶段提供了可靠的数据信息。

图12基于BIM的三维扫描仪应用

在陈翔路地道工程施工过程中，通过Autodesk Navisworks、Autodesk Infrastructure Modeler等软件将BIM模型与项目进度表动态链接，较为直观的表现出施工流程。此外还进行施工进度模拟、施工场景模拟，并结合视频制作技术支撑视频，帮助设计与建筑专业人士整合设计成果，优化施工方案。

图13现场监控布置

与此同时，也将安全设施纳入BIM建模，对现场的安全防护进行模拟论证，提升现场安全管理品质，BIM技术对于施工的安全管理也发挥了不可替代的作用。在BIM模型中通过对洞口、临边、电梯井等存在安全隐患的位置布置上安全围栏，可以在施工前对施工人员进行安全交底，优化安全文明施工方案。基于BIM技术与监控、监管技术相结合，对工地现场的吊装绳、支撑轴力、围护变形等进行监测，运用GPS等实时定位技术对现场人员、材料、机械进出进行实时监控管理，保证资源合理利用；运用移动式手机、平板电脑等可便携设备进行BIM模型的三维查看，实现对施工现场的管理，远程指导施工、检查和记录施工现场。通过各种现代技术和手段，延续BIM的应用价值，有效改善工地责任大、监管难的现状，及时了解项目动态，掌握工作进度。

基于BIM的欧特克软件可实现现场环境、方案设计、模型分析、施工模拟、安全管理等各方面的综合提升，大大提高了模型的重复利用率，降低了应用研究的综合成本。

图14市政基础设施行业首个基于BIM的三维打印模型：“陈翔路地道”

项目决策和实施过程中，技术人员和管理人员对问题的看法往往会不一样。陈翔路地道模型的三维打印是于2012年完成的，是国内市政基础设施行业首个基于BIM的三维打印模型，通过三维打印模型能够帮助技术人员和非技术人员之间进行更好的沟通，而三维打印这一更为直观的表达方式，也方便了项目组与业主单位等的交流。

结语

陈翔路地道项目是上海市城市建设设计研究总院的一个工程总承包项目，经过一年多的努力，相继完成了BIM在设计建模与出图、设计力学与性能分析、交通模拟、三维打印、激光扫描、施工模拟、机器人测量等方面的应用内容。上海市城市建设设计研究总院利用工程总承包项目平台，结合陈翔路地道工程自身特点，在方案开始，到初设、施工图，再到施工等各阶段，都充分发挥BIM技术的作用，极大的提高了项目的效率和质量。基于欧特克系列BIM软件的通用性以及便捷性，实现现场环境、方案设计、模型分析、施工模拟、安全管理等各方面的综合提升，大大提高了模型的重复利用率，降低了应用研究的综合成本，成果斐然，为工程建设赢取更好的经济效益和社会效益。

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