當前，市政建設項目日趨大型化、復雜化，隨著現代化科學技術大量滲透到建筑行業當中，信息的交流與傳遞變得越來越頻繁，每個建設工程項目在整個建設生命周期中，各合作伙伴之間要進行不斷的溝通交流、不斷的交換數據、不斷的修改設計等，整個交流過程具有重復性和復雜性。傳統意義上的溝通交流方式在耗費大量的人力、物力的同時，會導致整個溝通過程混亂，效率低下，錯漏碰缺比較多，施工難度大，返工多。
因此，如何利用設計階段產生的數字化信息貫穿于整個建設管理中，解決大量信息的溝通、協調；如何改變目前以圖紙、文檔、電話、傳真等傳統溝通方式造成的信息丟失、貽誤等問題，以更為垂直集成作業的方式，打破專業分類和項目體的信息壁壘，成了行業亟待解決的課題。所以，構建基于建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)的建筑全生命周期管理（Building Lifecycle Management，BLM）或者產品全生命周期管理( Product Lifecycle Management，PLM)的三維協同設計管理一體化平臺將是建筑設計項目未來發展的趨勢，可以極大地提高設計項目的整體質量。
三維設計新技術的應用和實施是三分技術七分管理。上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司（以下簡稱“上海市政總院”）在推廣三維設計理念、創新設計手段過程中認識到管理對實施成功起著決定作用。在新技術應用過程中，重視數字化管理，確定了量化指標、實施標準、工作計劃和工作流程，通過總院信息網作為實施工作平臺。每年每個分院都要上報1個~2個三維創新手段項目，總院范圍每年有20多個三維設計工程項目，另外，在總院信息管理部的SMEDI-DS應用軟件研發中心還有幾個深度的設計項目。在三維設計BIM/PLM新技術應用過程中，不斷總結經驗，認識逐步提高。
BIM技術應用案例
BIM給設計帶來的革新主要體現在以下幾個方面：從二維設計轉向三維設計；從線條繪圖轉向構件布置；從單純幾何模型轉向信息模型集成；從各工種單獨完成項目轉向各工種協同完成項目；從離散的分步設計轉向基于同一模型的過程整體設計；從單一設計交付轉向建筑全生命周期支持。協同設計技術是BIM的核心，同一構件元素，只需輸入一次，各專業共享元素數據并于不同的專業角度操作該構件元素。
2010年，上海市政總院組織各部門共計20人左右開展BIM項目探索，完成各類項目20項。對歐特克BIM軟件平臺在給排水工程設計的適應性進行探索，完成了效果圖、漫游、初設圖（工藝圖、建筑圖、結構圖）、工程量統計、碰撞檢查、施工模擬、運行模擬探索。后續每年的20多個三維創新設計手段項目也有一大部分是用BIM的技術手段實現的。
BIM實例1:金山水廠二期工程
金山水廠二期的三維設計是一個非常全面的BIM新技術應用探索，包括從一期場地開始到二期場地平整到二期工程中的建筑物、廠區總體管道系統、加藥間、V型濾池與反沖洗泵房。其深度到了加藥間的管道系統和設備，濾池管廊中的管道，泵房內部的細節包括設備、管道、樓梯和扶手等等。幾個主要的應用是碰撞檢查、二維出圖和工程量統計，同時也開發了部分的構件庫和設備庫（圖1）。在前期投標中起到了很好的作用。
圖1 金山水廠二期三維模型、圖紙、設備庫和構件庫
BIM實例2:上海白龍港污水處理廠
上海白龍港污水處理廠是全亞洲最大的污水處理廠。污泥處理量為204噸干固體／天，主要處理化學污泥、初沉污泥、剩余污泥。污泥處理工藝采用“污泥濃縮+消化+脫水+部分干化”處理工藝。污泥干化采用流化床干燥機，同時對干化載氣進行洗滌。污泥處理工程廠區模型，以Revit為BIM建模平臺，完成了廠區內主要建構筑物的建模，包括二沉池、輔助用房、蛋形消化池等（圖2）。
圖2 上海白龍港污水處理廠二期BIM技術綜合應用
在本項目應用BIM技術后，解決了污泥干化工程管路錯綜復雜，管道、設備和建筑構件之間的碰撞檢查，極大地提高了設計質量。復雜、繁多的管路系統工程量統計十分快捷、準確。出圖時，增加部分三維圖紙，同時制作工程的漫游視頻，方便施工人員對圖紙的理解。在管道密集布置區域，可以清楚地區分不同的管道及其系統所屬的設備。
其他BIM工程實例列表
從2010年開始到目前為止，上海市政總院已完成幾十個工程的BIM應用，并對各個專業的應用進行了探索。如漫游、性能分析、構筑物出圖、工程量統計、碰撞檢查、施工模擬等。如表1所示，列出了其他4個典型的BIM項目及其探索內容。
表1 BIM工程實例列表
PLM技術應用案例
達索V6 PLM軟件平臺是基于數據庫構建的系列軟件平臺，保證了設計文件的惟一性，不同專業、不同設計階段都在同一平臺進行，是一個無縫連接的一體化平臺。這避免了由于文件相互傳遞、不同軟件的格式轉換而造成的數據遺失或混亂，并且可以通過權限的設置，不同的責任人只有修改相應責任范圍內任務的權限，不同的設計人員可以相互協同設計，通過文檔模板可以建立復雜的參數化模型進行快速建模生成整體模型。
PLM協同設計管理：達索V6平臺
達索V6平臺的PLM協同設計管理（圖3），采用同一數據庫管理產品從方案設計到施工運行全過程的數據，真正實現了全生命周期過程中的數據無縫連接。達索V6協同平臺的管理基于B/S（瀏覽器/服務器），只要打開瀏覽器就可以登錄服務器，在協同管理平臺中實現所有的管理功能。提供人們在任何時間、任何地點獲取三維設計項目的管理信息和模型信息以及其他相關全生命周期信息。三維模型+信息+數據庫管理的模式具有項目設計、項目管理、分析一體化的優勢，可以進行全過程管理和企業級管理，可以和企業管理信息系統進行無縫集成，具有強大的生命力和前景。
圖3 達索V6平臺的PLM協同設計
上海市政總院三維軟件研發中心的大橋組和水處理組基于V6平臺的軟件，完成了吳江水廠、深安大橋和金山水廠探索項目的三維設計全生命周期管理，從計劃安排、人員分工、建模、效果展示和成果提交審查等全過程管理工作。設計項目WBS分解在協同管理平臺輸入，每項任務將分配給小組的各個成員，安排好每項分工的預計開始時間和所需工作時間。
在協同管理平臺中安排的WBS任務可以實時在達索平臺設計品牌CATIA設計建模軟件中接收，對于設計人圖3達索V6平臺PLM協同設計員而言，所有的項目管理過程都在后臺進行無需切換到協同管理平臺去進行任何操作。這也有效體現了V6平臺設計管理一體化的數據庫優勢（圖4），左邊是瀏覽器中協同管理平臺的界面，右邊是CATIA的界面。
圖4 在CATIA中查看協同管理平臺中的項目工作任務
在協同管理平臺中不僅可以管理設計完成的三維模型，還可以將項目中所有的二維圖紙、設計說明文件、資料文件等進行有序管理。在協同管理平臺中可以將項目的各類資料、文件和模型存放在相應的文件夾中，便于共享和查看。還可以將完成設計的模型文件提交到WBS任務樹結構下作為該任務完成的成果，以便于后期的審核審查。
PLM實例1:長江大橋工程
本實例目的是為了檢驗達索建模軟件CATIA在大橋應用上的能力和方法。為了突出CATIA對REVIT軟件處理大模型方面的性能優勢，本實例使用了施工圖階段的長江大橋，建模中需要建出每一個細節，包括所有螺釘和鋼板，并采用了CATIA軟件的“骨架+模板”的參數化三維建模方法，證明其適合于大型橋梁結構特點。
上海長江大橋全長16.63公里，其中道路6.66公里、橋梁9.97公里。主航道橋的設計方案為斜拉橋，按雙向6車道設計，主塔造型形如“人”宇，塔高216米。該工程實例的三維建模重點是總跨度1430米的主航道橋，屬于雙塔雙索面分離鋼箱梁斜拉橋，由基礎、主塔、橋墩、主梁、斜拉索等五大結構組成（圖5）。
圖5 長江大橋的主橋三維模型
建模方法，骨架驅動+文檔模板。骨架為定位需要的點、線、面基本元素，文檔模板可以依據不同的外部參考條件（骨架）和自身參數的變化而形成一系列的模型（此過程為文檔模板的實例化）（圖6）。模板為有設計規律的各類構件，如梁、橋墩和拉索等等，進行參數化建模。這種建模方法可以并行協同進行，各個構件的設計人員可以相對獨立地進行設計建模。最后通過模板在骨架上的實例化實現整體模型的建立。
圖6 骨架驅動和并行文檔模板的橋梁模型
文檔模板的建模方法在長江大橋工程實例的應用可以有效提高建模效率。CATIA建模不同于其他建模軟件的一個特點就是它本身是基于參數化的，它的三維模型的基本組成都是通過參數控制的。以下是鋼錨箱和主梁節段參數化文檔模板的介紹。
鋼錨箱文檔模板發布了一系列構造參數，并附帶參數設計表用于實例化生成單個塔柱的所有鋼錨箱（圖7），附圖同時可以看出模型的復雜程度和細節程度。其參數設計表共有22組參數，每組對應一整套參數組合控制錨箱。設計表可以連Excel表格。
圖7 鋼錨箱模板及實例化模型
采用文檔模板將一個標準主梁節段作為模板，其他類似的節段通過模板實例化生成新的節段（圖8）。主梁節段的輸入條件為道路中心線上對應節段的起點和終點，輸出內容為鋼箱梁的主體結構。主梁節段可以通過文檔模板方法來大大提高多個節段的設計效率，其他大橋結構中復雜的有規律的關鍵節點也可使用該方法。
圖8 主梁節段模板及實例化模型
通過對長江大橋工程實例的應用，我們基本上確立的骨架+文檔模板的大橋建模方法，具體做法是在骨架定位的基礎上，把在一個橋梁工程項目中有設計規律的各個單元做成帶參數的文檔模板，并確認了CATIA軟件具有的性能優勢，適合復雜大模型的建模，具有流暢的顯示效果。
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