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专家浅谈BIM技术在隧道工程中的过去、现在与未来

专家浅谈BIM技术在隧道工程中的过去、现在与未来

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随着BIM技术的不断发展与普及,这一技术似乎已经渗透到了基础设施建设的每一个环节,但它经过了十余年的发展,究竟到了怎么样的地步,又给隧道工程带来了哪些益处?本期,就来听听美国Gall Zeidler Consultants咨询公司的专家Vojtech Ernst Gall对于隧道工程BIM应用的理解!



专家简介


Vojtech Ernst Gall


Gall Zeidler Consultants咨询公司高级隧道工程师,德国波鸿鲁尔大学博士,从事混合增强隧道管片数值模型的研究,并参与了多项超深覆土硬岩隧道与软土浅覆土水下隧道的建设。Vojtech是国际隧协22号工作组(ITA Work Group 22)“隧道工程信息建模”的贡献成员,并担任美国矿业学会地下建筑协会(UCA of SME)的BIM 工作组主席。


BIM的定义


Definition of BIM


BIM是工程行业炙手可热的工具,也是行业中最容易被误解的“流行语”,因为BIM的外在形象与内部运作之间存在分歧——一般工程人员只看 BIM产品(即3D模型或渲染图),而BIM专业人员则更关注BIM项目框架内的信息流结构(即工作流)。


不仅如此,“什么是BIM”有时都存在分歧——专业人士对其标准定义为“建筑信息建模(Building Information Modelling)”,而非专业人士有时也将其定义为“建筑信息管理(Building Information Management)”。


国际标准组织 (ISO) 将其定义为:“使用建筑资产的共享数据促进设计、施工和运营流程,为决策提供可靠基础”;而德国隧道委员会 (DAUB) 将 BIM 定义为:“基于数字模型的协作方法,用于工程全生命周期内的设计、施工和运营。”


为了更好地识别BIM项目中内容和信息的完善程度,英国在2011年开发了“BIM 成熟度模型”:



0级(BIM Level 0)定义为不完善的CAD阶段,信息通过传统纸质图纸进行共享或通过PDF以数字方式共享,信息来源分散,涵盖基本建筑资产信息;


■ 1级(BIM Level 1)是使用BS 1192标准和提供公共数据环境的协作工具的2D和3D信息的混合状态;


■ 2级(BIM Level 2)被称为协作式BIM,聚合模型信息在公共数据环境中共享。


■ 3级(BIM Level 3)目前尚未形成,这将是围绕开放标准(如IFC)的“集成”解决方案,每个人都在同一个模型中工作,它存储在Web服务或云中的某个位置。


早期应用


Historical Perspective


BIM真正进入隧道工程行业是在2005年前后,Autodesk、Bentley等软件开发商纷纷开发BIM软件,在结构模型中集成更多设计信息,而非单纯2D/3D图像。


隧道行业对于BIM的早期应用仅限于3D建模或冲突检测,实际案例包括旧金山中央地铁工程与伦敦Crossrail工程等:


■ 旧金山中央地铁工程在2008-2010年车站设计阶段广泛采用BIM,但仅限于最终结构设计,未包括施工阶段,也没有要求承包商在其施工规划中实施BIM,从而错失了深化BIM应用的机会。


■ 英国 Crossrail 项目于2008年为项目开发了BIM环境与实施流程,利用BIM进行施工规划,解决了多项施工挑战并成功实施解决方案。



当前应用


Current Use


目前,欧美多国已强制在隧道施工项目中使用BIM。加拿大多伦多的安大略线地铁、英国HS2 项目、法国的大巴黎快线、奥地利和意大利之间的布伦纳基线隧道以及纽约和新泽西的门户工程都使用了BIM,但对于BIM的应用程度与方式却不尽相同:


■ 美国门户工程(Gateway Program)仅仅将BIM用作辅助工具,用于早期设计阶段的冲突检测,隧道竣工后的位置与轴线模拟等。



英国HS2工程则几乎完全在BIM环境下运作,所有的信息都在称为公共数据环境 (CDE) 的中央项目数据库上进行交换,并且以 3D 方式执行设计,其中自然有其优势,如早期设计阶段的冲突检测与3D模型的自动生成等。



不论应用程度如何,BIM的优势都已凸显,3D、4D(3D + 时间)和 5D(3D + 时间 + 成本)工具在节约成本与工期中发挥了重要作用。


未来展望


Technology Introduction


虽然BIM已经能够让业主、顾问和承包商 100% 以数字方式运作隧道和地下项目,实现设计、施工到资产管理,然而实际应用中依旧存在阻碍:


■ 业界对于BIM依旧缺乏全面的认识:BIM在项目中的成功集成需要所有参与者推翻他们对于以往项目工作流程的先入为主的概念,才能完成整个BIM流程中的协调。


■ 行业标准的参差:虽然现有软件可以并且正在成功地用于隧道工程,但并非所有BIM建模软件都可以正确地模拟隧道工程中的数据。同样,软件之间的数据交换通常会导致困难,因为隧道工程的文件格式很少见。


幸运的是,业界正在努力解决上述两大挑战:ISO、DAUB与国际隧协等机构纷纷推出标准规范与指南,进一步促进 BIM 在行业中的应用;同样,软件开发商正在解决隧道工程BIM软件的兼容性问题,以更好地在不同软件包之间交换数据。


此外,业界的另一大转变是以采用 BIM 进行资产管理的趋势。随着越来越多的项目采用 BIM,设计过程中会产生越来越多的“数字资产”,进一步推广了BIM模型作为资产管理工具的应用。典型的应用方式便是资产的“数字孪生”,即资产的数字化表示,其中包含维护和操作结构所需的所有相关过程信息。



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(编辑:奚雅青)


延伸阅读:

建筑师眼中的BIM:睁眼看BIM,多务实少弄虚 BIM人的年终总结:假BIM能生存,真的无处生根 BIM技术在科技馆项目管线综合优化的应用

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[责任编辑:Susan]

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