时间:2023-04-03 10:03:31
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1、可视化的设计
在原来传统的设计模型之下,土建筑专业主要是在传统的CAD平台上给排水专业提资的时候,平常都用平、立、剖的三视图方式进行展示和表达,与此同时,还需要结合整个工程的位置和结构梁高的信息情况,因此,在遇到比较复杂和工期比较紧的工程项目时,在信息的传递过程中容易造成三维信息的割裂和失真,从而造成重大的差错。
2、综合管线的设计
所在的三维视图上显示的建筑空间结构,设备管道系统以及结构的梁柱体系,能够为设计人员提供准确和直观的空间信息,有利于设计人员及时了解建筑的空间构成以及管线的布设,最主要的是进行三维碰撞检测的时候,能够实现专业内以及其他专业的自主碰撞,从而减少因为碰撞引起的后期修改,以及避免发生难以弥补的错误,进而减少由于后期修改影响工程质量。
3、协同方面的设计
建筑信息模型技术(bim)的核心概念是协同设计,也就是说在相同的一个构建元素中,只输入一次,各个共享元素的数据与其他不同的专业操作构建元素,在传统的CAD设计制图中,对专业之间的构建信息了解的不够全面,从而造成各个专业构建信息参数的孤立,对其他专业间的构建信息无法全面了解,从而造成了专业间的配合以及提资量的增加,也无法避免各个专业之间碰撞的产生。建筑信息模型技术(BIM)的协同设计,是各个专业共同围绕一个共同的模型进行设计,在很大程度上减少了工程配合的工作量,并且可以完全避免各个专业之间碰撞的发生情况。
4、统计表的设计
在编制材料表的时候,给水排水的设计人员大多是依赖CAD文件进行统计测量,这种统计方法既费时也费力,而且很容易出现差错,而建筑信息模型技术(BIM)是一个信息资料库,可以对统计表的设计提供可靠实时的清单,并且运用这些清单可以对前期的方案进行选择,成本的估算以及工程的预决算都在其中。
5、进行安装模拟建筑
信息模型(BIM)技术的出现,就使建筑施工以及施工指导的过程中,对管线以及吊顶区域的利用更为方便,反而在传统的设计模型中,各个分包会经常出现互不相让又或者是相互的挤占空间,这就会导致工期被延误。从目前情况来看,三维技术的应用开始利用时间维度,对安装进度表有更完善和更合理的设计,合理安排了安装进度,实现了对项目施工预先的可视性,对检验设计的合理性以及专业的协调性进行更全面的评估,设计和安装工作步骤更为简便,减少了设计繁琐和浪费现象,提升了工作效率。
2铁路工程设计BIM技术的差异化
铁路工程项目是一个综合的系统工程,具有点多、线长、面广、投资规模大、技术性强、专业分工细、参加单位多、流程复杂等特点,有的工程还涉及运营中的即有线改造。一条铁路工程项目的建设,从勘测设计、施工到交付运营将构成一个庞大的系统,在这个系统内既有严格的分工,又有密切的协作,同时又相互制约。铁路工程与一般工民建筑的BIM技术开发与应用的差异化,具体体现在以下几个方面。
2.1工程呈带状分布,沿途地理环境复杂
全线工程的作业面呈带状分布,每个建设项目长度延绵从几十公里到上千公里,沿途穿山、越岭、跨河,工程地质、地形和环境复杂多变;而一般的工民建筑只是相对集中布置在一个区域,大部分工点是建在已经完成“三通一平”的简单地形上,地质和周围环境相对单纯。
2.2工程数量巨大,数据海量
通常一条铁路的建设投资都在几亿元以上,有的多达千亿以上。项目常常被划分成数个甚至数十个标段,工点数量更是巨大。无论是工程建筑信息还是工程地理信息数据都是海量的,这样的海量数据将需要一个有效的数据管理平台和数据管理模式来管理。
2.3参加专业众多,需要协同设计
在一个铁路项目的设计中通常需要有众多的专业协同工作,如:经调、行车、测绘、地质、线路、路基、轨道、桥梁、隧道、站场、机务、车辆、给排水、通信、信号、信息、电力、电化、房屋、暖通、环保、工程经济等专业。随着技术进步和建设标准的提高,这些专业不但技术上要求高,而且需要多专业间的密切配合协同设计,平行交叉作业繁多。
2.4工程属性差异大,不易开发通用软件
由于各专业工程内容的属性不同,其设计的表达方式也有所不同。如:土建工程中设计的表达方式主要是几何结构、受力分析、强度计算;四电工程中除了视觉层面的外,在设计上更多的表达方式是逻辑关系、负荷计算、信息规则;而对于轨道、路基、隧道、接触网等工程为沿线路走向连续延伸。因此,采用或开发一个通用的软件来解决这些个性化的需求在现阶段是不可能的。
2.5专业间存在“信息孤岛”,现用软件大部分没有BIM接口
在铁路勘察设计企业的信息化建设过程中,一开始各专业都是本从本专业的需求出发,对勘察设计的软件和设备进行引进、开发或升级换代,在此过程中逐步形成了本专业的数据标准格式。这些专业数据虽然能满足本专业铁路勘察设计的业务需求,但是下游专业开展设计时常常需要先经过二次转换或重新录入,才能使用上游专业提供的数据,数据跨专业使用的效率较为低下。随着信息化建设的深入,各设计专业也在逐步完善自己的专业数据库,加强了对数据的管理和维护,但没有从一个全局性的高度来规划和协调,使得各专业信息化的程度越深,专业间“信息孤岛”的现象越严重。另外,由于铁路工程BIM技术的应用起步比较晚,各专业正在使用的辅助设计软件在开发时大部分没有考虑与BIM软件的接口问题。
2.6部分专业和设计不宜采用BIM的表达方式
虽然BIM技术具有可视化、协同性、模拟性等特点,但不是所有的设计阶段、设计思想和解决问题的方式都可以用BIM的方式来表达,如:方案研究阶段、预可研阶段,以及经调、行车的分析计算等,BIM并不是最佳的表达方式。
3解决方案
带状大范围工程设计三维真实感场景技术的研究成功,开辟了一个全新的铁路工程设计应用BIM技术途径。从真实场景模型上不但能量测对象的三维位置信息,而且还能反映对象的属性信息,如房屋的层高和新旧、地表植被类型、地土壤类型等。对于地质专业的不良地质、滑坡、断层等信息,从航空的角度更容易判释。真实感场景不但为设计提供了基础信息来源,同时也提供了一个空间平台,使得地理、地质、水文、城市规划、线路设计走向等各方面的空间数据,可以在统一的地理空间上同时表现出来。线路、地质、路基、桥梁、隧道、站场等多个专业都可以在这个空间里进行信息获取、信息挖掘、辅助设计、方案对比等工作。同时,各专业在设计过程中生成的BIM模型作为一种三维信息模型,也可以在真实场景模型中呈现。使用航空遥感影像数据和地形数据由计算机生成与现场一致的的三维真实场景模型,将各专业的分析与计算、图形与信息交互、设计效果呈现等数据,按照里程坐标集成在一个带状连续的真实场景中,在分布式数据库的管理模式下,实现各专业在真实三维场景模型下的协同设计,既建立一个各专业在三维真实场景下同时开展设计工作的大平台,如图1所示,具体解决方案如下。
3.1平台组成及分工
大平台由若干个专业BIM设计平台和一个真实场景协同设计平台组成。由于各专业的设计内容和流程十分复杂,每个专业需要建立自己相对独立的专业BIM设计平台,主要解决本专业作业中的分析与计算、模拟与仿真、族库的建立与调用、中间成果及最终成果的生成、设计效果呈现等纵向问题,针对每一项专业性强的设计内容还需要建立相应的设计子系统;同时还要考虑施工、运营维护等工程全生命周期BIM的条件。在真实场景协同设计平台上主要摆放各专业上下游互提资料及设计效果呈现等数据,主要是解决数据共享、设计协同及视觉上设计效果呈现等横向问题。各专业的数据在本专业BIM设计平台上“重量化”,在真实场景协同设计平台上“轻量化”。
3.2各专业BIM模型在平台上的呈现方法
铁路全线工程设计是以线路里程为基础的设计模式。建立BIM单体模型坐标与里程坐标之间的转换,将各专业的BIM模型以里程坐标在真实场景协同设计平台这个统一的地理空间中进行套合,解决单体BIM模型孤立存在的问题。采用地形重构技术,对各专业要放置的三维模型与地形进行融合处理,保证模型按照给定的设计高程、地理坐标及其他规则放置后表面与结合处地表一致,实现地形与三维模型之间的无缝套合。同时,制定各专业放置在三维真实场景平台上模型的比例尺、坐标系标准及模型族库建立规则,确保提交的数据准确融入系统和BIM的模型与模型之间无缝贴合。
3.3数据库管理方式
针对铁路工程数据量大及专业相对独立的特点,采用分布式数据库结构。该数据库由全局数据库和若干个专业数据库组成。全局数据库存储项目、方案、坐标系、专业、设计人员、规则等具有全局性的数据,以数据索引统领各专业数据库,形成联系。各专业建立自己的数据库,存储本专业的数据,并将数据索引信息注册到全局信息库。各专业的数据按照接口标准放到数据库中,以完成数据,专业间通过接口标准及权限来获取各自所需的信息。
3.4现用专业软件上传数据库的途径
对于各专业目前使用的独立软件,无法直接连接到数据库上,可按下列三种途径来解决,如图2所示。途径一:通过编写数据转换程序和本地数据管理程序,完成专业软件与协同设计平台的连接。数据转换程序将各专业的专业数据转换为标准接口数据,并存储到本地数据缓冲位置;本地数据管理程序实现对本地缓冲数据的。途径二:修改现有软件,增加标准数据输出接口,通过数据管理程序数据。途径三:重新编写专业软件,软件直接以标准接口输出数据,再由数据管理程序负责。甚至可以将程序直接写入专业软件,直接由专业软件。如果现用专业设计软件能进行二次开发,则通过途径二进行软件改造,增加新的接口是最理想的方式;否则就应选择途径一编制新的转换程序,将数据按接口进行转换;而途径三由于要对既有软件进行更新换代,代价太大,不宜采用。
3.5中间互通软件和接口的选定
由于各专业的工程内容属性不同,其设计的表达方式也就有所不同,适合采用的BIM软件也就不一致。在专业互提资料中,每个专业的上下游专业通常也有好几个,如果没有一个通用的中间互通接口和标准,将导致接口过于复杂和接口设计困难。鉴于铁路工程设计中一直采用的是AutoCAD系统,各专业在该平台上开发和积累了大量的应用软件,设计人员对该系统也很熟悉;因此,为了使数据接口尽可能的减少和简化,各专业在设计时可以根据专业特点和属性采用个性化的BIM软件,但在进入三维真实场景平台互提资料和设计效果呈现时规定统一采用AutodeskRevit格式。这样,不论各专业采用哪种BIM软件,只需开发该软件与Revit的接口即可。同时开发Revit格式的三维模型数据与三维GIS模型数据的交换软件和制订数据接口标准,使Revit格式的三维模型数据导入之后能够完整保留其原来的各项属性,实现在三维真实场景平台上对各专业的三维模型属性进行查询、调用、编辑、增加、删除等操作。
3.6平台初期拉通的原则
鉴于铁路工程BIM技术才处于起步阶段,要求开发人员不但要有软件开发技能,还要熟悉设计流程,同时还需要有专业人员的配合;而刚开始对有些知识的认识是模糊和不完整的,通常是在开发过程中逐渐了解和掌握,并加深理解的;有的是随着项目的推进,被细化或变更。因此,在现阶段各专业仅适合在视觉和几何形状层面上进行初步拉通。随着项目的推进和认识不断深入,专业间的不断磨合,以及规则、标准的逐步制订和完善,再加载物理属性信息和分析计算功能,即实现各专业这个阶段在真实场景协同设计平台上统一摆放的是Revit格式的三维模型。
二、BIM模型所包含的设计项目
1.构件方面
BIM技术在建筑结构构件设计中具有非常重要的作用,其中内容很丰富,包括构建材料、几何尺寸以及荷载等信息,这些信息能够非常直观的显示出来,相关的设计人员能够随时进行使用和分享。尤其是在结构节点设计方面,BIM技术的使用,能够快速和直接进行构件作用的判断,将梁、板以及墙、柱等部分的信息进行定义,同时能够对连接构件做出更加合理的判定,这样是为了更好的将其与节点的进行匹配,这样就能够将所建立模型的信息进行科学地参数计算。比如,建筑设计中的混凝土构件,BIM技术能够将其使用量的多少以及钢筋的用量进行准确预测,并将其现实在模型信息中。
2.整体层次关系
使用BIM技术,必须要建模,而模型的构件需要大量的信息数据,在虚拟的条件下,模型能够非常正确完整将结构进行优化调整,为人们提供最合理、最具可行性的施工方案,同时,还可以缓解施工过程中所产生的突发问题,协调各部分施工之间的关系,BIM技术可以及时搜集并整理各种施工信息,并实现分享,施工人员以及技术人员在需要的时候可以随时进行查阅和使用,为建筑结构整体分析计算提供更多依据。
三、BIM模型的层次应用
1.BIM模型的集成化应用
BIM模型采用的是参数化的描述方式,这种方法是目前最合理的信息单元描述方式,能够非常准确的将建筑结构中的梁、墙以及柱等部分建立模型,在建立模型的时候,建筑物实际上就是真实的展现过程中,其内部信息以及内涵都会被描述出来。另外,在建立模型的这个过程中,系统还会对结构中大量物理信息进行全面的分析,进行分类处理。技术人员能够更加直观,便捷、多方位的对建筑物的构造情况进行了解,从而有效避免很多设计上失误,以及事故的发生。
BIM技术的核心就是利用数据库模型体现出各个设计参数,这使很多结构模型都和实体结构参数相互一致,参数在形成模型化后,会根据不同的构件特征形成相互的规则性,使模型设计能够和实际施工相互联系。
3.信息共享和交换
在结构设计完成后,BIM模型能够直接读取结构设计中的信息,并且结合这些信息建立完整的结构分析模型。三维模型的结构布置保持与分析模型相互一致的状态,使结构状态得到高度的统一,建筑信息模型在传统的模型分析上往往以数据作为基础,BIM在读取数据的过程中,使数据文件转换为自身的结构形式,最终实现设计流程中的资源共享,以此提高资源的协调应用能力。
四、结构设计中BIM应用的难点
1.应用BIM技术的三维设计工具软件(Revit釆等)用了较多的模块参变量和系统参数,与二维创建视图技术有很大的不同,软件需要兼顾与二维设计习惯的一致性,所以模块参变量和系统参数比常规工具软件要复杂很多倍,这就使得应用中因为系统参数设置不当或参数与参数之间不匹配而导致很多意想不到的问题。
2.在进行结构设计时,很多结构形式十分特殊,这就需要特殊的结构模块对其进行控制,但是三维图形和剖面视图不能形成理想的施工效果,很多设计者会因此放弃BIM技术,而使用原始的二维绘图设计方案
3.结构工程师在建立BIM模型时,注重的问题主要是物理模型能否自动生成平法施工图文档,以及能否正确转化为可以被结构分析软件认可的结构分析模型。在结构设计中,安全性分析计算是首要环节和重要问题。BIM建立的是完全的数据库式模型,从理论上来说,实现BIM物理模型与结构分析模型之间的双向链接是完全可行的。
五、BIM在结构设计中的处理办法
1.建立完整的项目样板
在建筑结构设计中,项目样板是所有设计中的基础,而项目样板设计所包含内容很多,具体为标准化处理的线型、字体以及符号等方面。而BIM技术的应用,能够快速有效的建立完整的样板,并且能够避免很多必要的重复,减少无用功,提高工作效率,现阶段,我国已经建立了一套符合我国实际情况的设计标准,这项标准能够对我国结构设计中的各个环节进行监控并能够更具不同用户的需求,有针对性的进行指导。
2.设计符合要求的结构构件
在建筑结构中,梁、柱以及楼板等都是非常重要的基础部件,因此这些部件对于建筑来说,有着非常重要的支撑作用,通常来说,它们一般为预制部件、现浇部件以及各种更结构部件等。设计的时候,要从建筑物的实际情况出发,根据不同需要进行设计。在这些形式中,比较常用的就是现浇部件。设计的时候,设计人员应该严格进行设计方案的选择,部件功能不同,浇筑的方式也不同,要最大限度减少不同因素之间的冲突反映。保障结构部件的作用能够得以有效发挥。
3.钢筋混凝土结构中的平法表示
在钢筋混凝土施工图绘制中,通常采用平面方法进行表示,在图纸上采取特殊的标点符号进行标注,施工技术人员通过工艺转换形成样图。BIM技术可以使平面表示法的内容多环节和多角度展示,BIM模型能够更加轻松的提取出关键数据和核心信息,以满足施工时间和放样需求。
2BIM技术在建筑工程项目中的应用价值
2.1BIM技术在项目规划阶段的应用价值
把握业主与产品之间的关系,是建筑项目规划阶段的重要内容。BIM技术在这一阶段的应用,能够有效使得项目市场收益最大化,同时BIM对建筑项目技术以及经济可行性分析提供保证,提升验证结果的准确性以及可靠性。在建筑项目规划阶段,业主需要针对建筑设计方案具备的可行性进行实际分析,这样不仅消耗资金,同时会消耗更多精力。BIM能够根据业主的建筑需求以及资金成本进行施工控制,实现对建筑项目的分析和模拟,有效的减少建筑成本,缩短建筑工期。在建筑项目的规划阶段,基于BIM技术,设计师充分利用产业定位以及项目定位进行实际分析,实现建筑与环境的紧密结合。新城当中的体育场设计为巨形环带围绕,只有在具体规划当中借助BIM技术才能够得以实现,体现BIM技术在建筑项目当中规划阶段的重要作用。
2.2BIM技术在项目设计阶段的应用价值
在建筑项目设计过程中,与传统的CAD设计形式不同,BIM设计图纸更加直观,弥补传统设计方法的不足,实现BIM的巨大价值。在建筑工程的设计阶段,BIM技术使得二维设计向着三维设计方式转移,实现对建筑设计方面的重大改革。建筑师在建筑项目设计过程中,不再受到二维图纸的困惑,针对三维图纸可行性进行实际分析,实现在建筑设计当中有效应用。BIM的可视化效果使得一切成为现实,设计师能够根据具体思路进行模型构建,保证设计准确性、高效性。如:上海某个地铁站BIM设计阶段应用项目。项目分为站台以及站厅两层,该站具备四个出入口,地下建筑面积约为300平米左右。由于建设工期要求较短,采用外包形式,有数十家施工单位同时施工。同时由于施工地段地处繁华区域,周边均为高层建筑,导致施工区域狭小,具体实施过程中施工可变更性较低。首先选用BIM技术进行模型设计,并且根据相关要求,设计完成后设计变更以及工期都有多降低。运用BIM技术,使得整个施工模式以及施工管理有所改变,能够有效对建筑项目进行实际管理。通过BIM技术进行实际设计,工程完成后,最终结果显示具有良好的效果,这表明BIM技术在项目设计阶段的应用价值。
2.3BIM技术在项目施工阶段的应用价值
在建筑项目施工阶段,BIM技术能够起到重要作用。由于BIM模型能够具体体现整个项目完整的设计情况,并且设计当中的构建与现场施工的构件相一致,通过BIM对于整个建筑项目进行设计,能够实现对施工现场存在的问题进行有效控制,防止错误施工状况的产生,对设计质量负责,降低项目成本。与传统的CAD图纸形式不同,BIM技术能够提升设计质量,并且能够在缩减成本的同时,保证施工工期,实现精益化施工效果。在建筑施工阶段,施工方能够根据BIM设计的4D模型实现施工设计,并且根据具体施工状况,依据4D模型进行实时调整,得到最优化方案。如:世博会国家电网馆建筑项目。国家电网馆占地面具4000平米,总建筑面积6000平米,建筑高度为20米。其世博园当中的其他项目相比,由于其功能是为整个园区提供电力,施工时间更紧迫,并且难度相对较大。在进行施工过程中,要求对于现场资源进行集中调配,合力布局,实现建筑周期的有效缩短。通过BIM技术的实际使用,使得现场资源合理配置,对于钢结构外框以及施工现场有效管理具有重要作用,体现了BIM技术在项目施工阶段的应用价值。
2.4BIM技术在项目竣工阶段的应用价值
BIM技术涉及到施工全生命周期,在项目竣工阶段同样具有重要的应用价值。施工完成后,建筑项目的管理与维护是一个重要问题,及时有效的维护,能够提升建筑项目的使用周期。在竣工阶段,BIM技术之前的模型将针对施工结束之后需要维护项目以及具体参数进行分析,形成竣工模型,为竣工建筑项目的维护管理奠定基础。BIM技术能够对建筑项目结构、设备以及管道进行实际维护。其通过发挥数据记录以及空间定位的方式,实现对整个建筑的运营与管理,防止维护管理阶段出现相应问题。如:申都大厦改建工程。申都大厦始建于二十世纪七十年代,在进行维护管理过程中,BIM起到重要的作用。通过BIM信息标准建立以及作业流程的具体实施,使得整个建筑项目在具体运营过程中,实现高效、可控的特点。避免在实际使用过程中的突发状况,实现了各方利益最大化,突出BIM技术在竣工阶段的应用价值。