成都市市政工程設計研究院 王彥祥 章沛蓉

Bentley軟件(北京)有限公司 田穎玲

西華師范大學環(huán)境科學與工程學院 何琴

前言

近年來，市政工程項目復雜化程度越來越高，影響設計與施工的因素也越來越多，參建單位以全過程工程咨詢和總包方式介入趨勢日益明顯，業(yè)主從多維度對項目進行評價，對項目提出了更高的要求。BIM在該環(huán)境下充分發(fā)揮優(yōu)勢，采用可視化手段在項目的全生命周期進行設計及施工的優(yōu)化，參與運維管理，通過量化手段及仿真模擬，提高工作效率、節(jié)約成本。

在實際項目中，參建各方會根據自身需求選擇相應的軟件平臺，開展不同程度的應用，而各單位在項目的不同階段進行數據傳遞或同一階段進行數據交互時，又涉及到數據格式問題。本文結合市政BIM軟件平臺發(fā)展現狀，淺析BIM應用現狀及發(fā)展趨勢，對市政BIM應用的趨勢進行簡要介紹。

1.BIM軟件應用現狀

1.1 現階段平臺的功能、行業(yè)細分、收購合并現狀

BIM的關鍵在于信息（Information），這個是區(qū)別于傳統(tǒng)二維設計的關鍵，也是信息模型的價值所在，同時信息必須依托模型（Model）?；谟嬎銠C硬件的發(fā)展，原本約束軟件使用范圍的瓶頸得以解決，硬件可以支持更大體量和范圍的模型，參與模型的構建、仿真模擬與渲染和分析。

市政項目組成較為復雜，可供選擇的BIM軟件較多。BIM軟件平臺可以按照路、橋、隧、管網、水廠、泵站等專業(yè)進行區(qū)分?，F以國外軟件Bentley、Autodesk、Dassault為例進行簡要介紹。

前述三家軟件平臺針對市政項目均提供有一系列解決方案。其中，Bentley針對各專業(yè)均有對口軟件，數據交互性好，可以通過相互參考的方式完成設計的優(yōu)化和模型檢查，利用ProjectWise參與協同管理；Autodesk的房建軟件Revit參數化性能較好，通過Dynamo編程方式協助完成路橋隧模型構建，統(tǒng)一進入Naviswork進行拼裝檢視，通過GIS性質的軟件Infraworks完成模型和正射影像的組合，實現對大體量模型的支持；Dassault的參數化設計軟件Catia，在橋梁設計上表現優(yōu)異，同時3D Experience提供了云協同平臺。面對同一領域的競爭對手，軟件平臺除開發(fā)新的產品外，還采用了并購的策略。Bentley近年來的并購路線如表1所示。

從軟件應用場景結合Bentley已擁有的軟件進行分析，在集成了BIM三維信息處理能力的基礎上，并購可以彌補自身短板，往協同平臺化的方向發(fā)展，進一步拓寬可視化的邊界，在一個軟件供應商的體系內構建基礎設施建設項目的全生命周期，通過上下游的整合，形成閉環(huán)生態(tài)，同時留有外部端口，允許其他軟件的接入，進一步拓展應用空間。從產品線進行分析，并購使自身產品線與競爭對手相稱，出現對標產品，這一特點在其他軟件供應商的并購路線也呈現相同的趨勢。

表1 Bentley軟件并購統(tǒng)計表

BIM軟件并購并非以大吃小，更多的是優(yōu)勢互補，消除應用盲區(qū)。隨著基建設施的完善和物聯網的發(fā)展，智慧城市和數字孿生模型被提上議程，云平臺炙手可熱，完成并購之后的軟件商服務范圍較為統(tǒng)一，這種結果源自技術的進步及客戶需求。

1.2 選擇平臺的因素：性價比、專業(yè)配合程度、數據交互及傳遞

對于參與項目建設的單位而言，基于自身利益和業(yè)主要求，會對己方參與的部分進行不同程度的數字化，該階段涉及軟件平臺的選擇。

影響平臺選擇的因素包括自身優(yōu)勢專業(yè)對應的專業(yè)軟件成熟程度、平臺搭建時間與維護成本、模型應用的生命周期、專業(yè)之間的配合與銜接、項目不同階段的數據交互與傳遞，人才培養(yǎng)成本以及投資和產出比等。但實際情況是，即便是同一軟件商提供的產品，軟件之間的格式也可能不盡相同，容易造成數據傳遞的障礙；同樣，由于很多項目采用的是D-B（Design-build）模式，設計單位和施工單位采用不同的軟件平臺，造成了信息傳遞不完整或者重復構建模型等情況的發(fā)生。

1.3 BIM在項目中的應用深度

BIM在市政項目的不同階段有著不同深度的應用。

勘察階段利用無人機獲取傾斜攝影或正攝影像，或者利用激光雷達獲取點云數據，用于構建實景模型，一定程度上降低了人工獲取數據的風險，提高了工作效率；對地質鉆孔資料進行整理，構建三維地質剖面，實現可視化管理；將管勘數據導入SUE，構建現狀地下管網。

基于勘察階段形成的成果，設計階段可通過“BIM+實景”的方式評估道路選線的合理性，分析填挖方與自然景觀之間的關系；通過構建各專業(yè)模型并總裝，可以進行管線碰撞及凈空分析，有效地解決錯漏碰缺；對于給排水管網，可以進一步評估管道承載能力；BIM模型能夠提供精準的工程量數據；圖紙階段的切剖和軸測圖能夠有效地提高圖紙的可讀性。在完成模型的基礎上，通過可視化展示，進行項目的漫游，可以更清晰地展示設計方案。

在施工階段，BIM的應用主要集中在施工模擬、進度和質量的控制上。其中施工模擬應用于管線切改、房屋拆遷及設備安裝階段，通過可視化使各分包方更好地判斷項目切入點、控制不利因素；對于施工進度和質量的控制，主要是通過協同平臺，實現資料的高效流轉和安全存儲，典型的案例為中國尊項目[1]。

在運維管理階段，主要是應用于市政路橋和管網，依托于GIS平臺搭載實景模型，國內關于直接采用BIM軟件進行資產管理的報道相對較少。

2.軟件發(fā)展趨勢

對于一個項目來說，從勘察設計到施工運維，如果僅應用一個平臺的軟件實現整個生命周期，將會有效地減少無用功；項目周期內采用同一套數據格式，能夠有效提高數據傳遞的完整性，減少文件交互過程中的信息損失。數據格式兼容性更強的軟件的優(yōu)勢日益顯著。

用戶在項目的實際操作過程中，經常會發(fā)現軟件應用的局限性，同時針對項目特點提出軟件改進需求，這是影響軟件發(fā)展方向的重要一環(huán)。軟件商在修復BUG的同時可以實現產品的迭代。設計人員、施工方、運維單位對于平臺的需求具有共通性：軟件易用性好、實現模型的輕量化、保證信息數據的完整性、云端可查。這些需求是影響軟件平臺開發(fā)和并購策略的主要因素。

軟件的發(fā)展除了需結合用戶的需求外，另一個因素就是模仿與跟進競爭對手的優(yōu)勢產品，在構建三維模型的基礎上，Bentley改進了參數化設計；Autodesk收購了Assemble Systems用于強化項目管理平臺；Dasault則通過構建研發(fā)中心，開發(fā)市政領域的多個子項軟件。從時間跨度上來看，軟件功能呈現趨同性，產品出現對標性的特點。目前在實際工程中，主要借助軟件之間的搭配及組合來完成不同類型的項目，涉及不同的軟件平臺和數據格式。

結合各軟件平臺技術路線可以判斷，一方面將依托核心軟件的更新迭代進行縱深推進，另一方面需借助資源整合，通過并購方式實現橫向拓展。平臺的后續(xù)形態(tài)將覆蓋整個項目的全生命周期，從建模到仿真、從建造模擬到資產管理，提出一套完整的解決方案。

3. BIM軟件應用的發(fā)展趨勢

目前，國內對于BIM軟件在項目上的應用處于“邊學、邊練、邊積累”的階段，較為常規(guī)的發(fā)展路線為：翻?！鷨螌I(yè)模型構建→各專業(yè)搭配構建模型→協同設計，在這一過程中伴隨著模型的校審，方案的評估和協作方式的改進，實現了設計質量的提升和工作效率的優(yōu)化。隨著軟件的普及和人才培養(yǎng)體系的成熟，這一過程逐漸明晰，但僅建立一個三維模型并不能充分發(fā)揮軟件的功能。

市政道路

地下綜合管廊

互通式立交

BIM的關鍵在于信息，以基礎模型（Model）為載體，信息是后續(xù)運維管理的關鍵。三維模型更多的是提供物理信息，即幾何屬性（定位、尺寸），其非幾何屬性應得到進一步的挖掘，用于驗證設計的合理性，更好地發(fā)揮工程的社會效益。許云驊對污水廠單體進行綠色建筑分析和池體污水的流態(tài)分析[2]；蘇木提出軌道交通與周邊地塊聯通的通道設計，可以借助BIM技術對站內消防、安保布置及客流進行分析，實現地塊客流的最大引流[3]。

以設計階段為例，對于基礎模型，通過信息加載或信息提取，可以進行多專業(yè)的模擬與仿真，獲取高附加值的數據。對于建構筑物，基于模型完成配筋后，結合預留孔洞進行結構受力分析，對配筋加以調整，提高結構安全性；對市政道路進行照明分析，合理分配公共資源；對輸水管道進行水力過渡分析，根據分析結果調整平縱位置，進一步做管線碰撞檢測，保證輸水穩(wěn)定性；建筑單體內的煙氣擴散模擬、排水管道的過流能力、流態(tài)分析及壓力變化都是判斷設計合理性的重要參數，可以對不同負荷下的運行狀態(tài)進行評估，對于運維保養(yǎng)有重要意義。

從幾何屬性的應用擴展到非幾何屬性的應用，通過信息的發(fā)掘與傳遞，鏈接設計、采購、施工和運維，BIM應用將從底端的翻模提升至信息載體。經過實際項目的經驗累積，在全過程工程咨詢和總包的背景下，BIM的應用將進一步得到前置，在IPD模式下更好地發(fā)揮作用。

4.基于BIM+GIS，構建CIM平臺

目前，市政BIM較多應用于路橋隧、建筑單體或園區(qū)，用來整合和管理設施本身全生命周期各個階段的信息，偏重于精細化管理，在宏觀信息管理能力和周邊環(huán)境整體展示能力方面存在不足；GIS技術側重于地理空間環(huán)境信息的宏觀表達，能夠處理海量的地形數據，集成地圖視覺效果與地理信息的分析，完善城市級BIM大場景的展示，用于整合和管理設施外部環(huán)境信息，但不能創(chuàng)建精細化的內部微觀模型。

BIM與GIS之間并無可替代性，更傾向于是一種互補的關系。利用BIM技術彌補GIS技術在項目信息模型精度上存在的不足，基于GIS技術對各項目零散的建筑信息模型數據進行整合，BIM和GIS正從各自的領域逐步走向兩個領域的融合。通過數據組織模式的優(yōu)化、建立空間索引結構，提高可視化性能，滿足不同行業(yè)對空間信息表達和管理的需求[4]。

GIS技術為城市的智慧化奠定了基礎，BIM則加載了城市建構筑物的信息，BIM模型經過輕量化后導入GIS平臺，實現微觀數據與宏觀數據的整合。通過搭建溝通平臺實現信息資源共享、擴大信息覆蓋范圍、消除信息孤島、多專業(yè)多領域的合作，擴大其應用空間，構建城市信息模型CIM（City Information Modeling）。二者的結合將創(chuàng)建一個附有大量信息的虛擬城市模型。

集成BIM技術和GIS技術進行城市級工程項目管理，將在海量信息可視化、項目信息協同以及工程管理技術融合等方面提供更完善的解決方案，用于服務工程建設和市政管理工作。與單個應用相比，在建模質量、分析精度、決策效率、成本控制水平等方面都會有明顯優(yōu)勢。

總之，BIM+GIS的融合在城市和景觀規(guī)劃、智慧城市建設、城市微環(huán)境分析、市政管網管理、建筑設計、災害管理、室內外導航等諸多領域，提供了一個集預測規(guī)劃、仿真推演和決策支撐為一體的平臺。

5.結論

（1）軟件平臺通過并購提高資源整合能力，實現項目的全生命周期構建；用戶的需求、軟件在項目中應用方向及應用深度，對軟件平臺的開發(fā)和并購策略有影響。

（2）在軟件功能呈現趨同性的背景下，BIM軟件平臺的易用性、便捷性、數據通用性和云端訪問速度將影響競爭格局。

（3）BIM的應用方向將從模型構建提升到信息利用，并與GIS相融合，應用于數字城市的構建，輔助工程建設和市政管理。