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Elea iC 采用 BIM 助力建设 Karavanke 隧道

案例研究

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Asfinag 与 DARS(两者分别为奥地利共和国与斯洛文尼亚共和国的高速公路公司)聘请 Elea iC 为 Karavanke 隧道第二洞口项目提供设计支持。Karavanke 隧道全长 8.0 公里,是一条连接奥地利和斯洛文尼亚的单洞双向高速公路隧道。

该隧道最初设计为双洞隧道,但由于车流量不足,最终采用了单洞形式。隧道投入运行以后,车流量逐渐增多,而支持能力退化,安全措施欠奉,为了隧道将来的高效运营,建造第二洞口势在必行。

项目目标:BIM 试点

项目的目标是将 BIM 方法系统化地落实到项目中,并通过规划、执行和控制 BIM 相关活动,探寻 BIM 的优势和面临的挑战。这些相关活动包括:

  • 制定全面的雇主信息要求,供客户日后用于其他项目
  • 编撰详尽的 BIM 执行计划,供客户日后用于其他项目
  • 三维建模(设计与竣工模型)、四维和五维建模,并进行基于模型的质量控制
  • 地质和岩土工程建模
  • 将模型用于运营阶段
  • 进一步开发现有 CAFM - 计算机辅助设施管理系统。
BIM 隧道视觉效果

目前约有 190 个部分模型通过 IFC 和 BCF 跨领域协作标准在 5 个协调模型中进行着跨领域的交换和协调处理。

独特的挑战

该项目的独特之处在于项目范围极为繁杂,涉及隧道、高速公路、多条支路和 3 座桥梁,以及众多挡土墙结构、入口建筑、公用设施与弃淤区等。与此同时,项目的组织结构也颇为复杂,例如,参与当前 BIM 设计流程的有 2 家客户机构、1 家监理公司、10 家设计公司,重要的是,各个机构所用的 BIM 软件各不相同(5 种不同的设计创作工具),迫使团队突破开放式 BIM 方法的极限。

方法

每个领域都会使用一种闭合式的 BIM 方法来维系设计流程的高效率。为了提高互操作性并确保 BIM 交付成果的质量,项目团队根据现有 IFC 标准开发了一种隧道数据结构,以便将其用于高级 BIM 用途(例如四维、五维建模以及 CAFM 等)。

为了应对长距离复杂结构(亦即隧道)的特殊建模需求,团队当前采用 RevitDynamo 脚本以及各类附加模块相结合的模式。这样有利于高效率地建造长距离经线段模型并协同开展深化设计。

在设计团队、监理和未来承包商的不同软件解决方案之间交换四维和五维模型还产生了另一重难题。当下的解决方法是采用自定义互操作性解决方案,这个办法在未来也行得通。

规划与初步工程

在深入了解特殊客户的需求后,例如在运营阶段使用项目信息、实现投资的透明性、提高项目控制水平等,团队高效地优化了项目整体开发流程。借助需求分析,项目整体开发的规划得到优化并记录在详尽的 BIM 执行计划中。

在设计早期阶段,团队可通过 BIM 向项目所有利益相关方呈现设计的视觉效果,有助于沟通细节。此外,分别采用奥地利、斯洛文尼亚国际坐标系和当地坐标系中的规划设施、地质和基础设施设计也首次融合到单一模型中,开创了行业先例。团队在这一阶段根据四维和五维模型生成了初始算量和成本估算,加深了对项目的了解程度。

BIM 项目模型

融合模型

隧道结构模型

深化设计

通过持续的质量控制检查,例如查找部分模型之间的不一致,评估设计变更,沟通并实施设计变更等,团队显著改进了项目文档的一致性。同时,结构模型还可用于钢筋深化设计,支持多个设计师同时在同一模型内进行钢筋建模,从而显著节省工作时间。

  • 通过 BCF 标准开展基于模型的沟通,协作流程和设计开发期间的设计变更得以更高效地落实到其他领域模型上,并最终落实到通过模型生成的工程图上。
  • 使用通过大约 160 个部分模型生成的五维模型对不同设计领域所提供的数量进行核查,并生成更为准确的成本估算。
  • 通过各种报告、电子表格和仿真向客户展示成本估算。
  • 维护服务人员可从一开始就运用准确的三维模型对设计解决方案发表意见,对照设备优化设计。

集成分析与仿真

团队运用 Navisworks Manage 融合了 3 个不同坐标系中创建的所有部分模型,并将元素与 Microsoft Project 中生成的时间计划相关联,从而创建全面的四维模型并用于分析和优化各活动的时间序列。其优势在于,项目团队能够直观查看时间计划并沟通改进建议。

同样的时间计划和部分模型还可用于在 RIB iTWO 软件中创建五维模型并分析成本估算。三维地质模型与 Revit 隧道模型相结合,为隧道挖掘和支撑三维数值分析奠定了基础。内部程序代码的开发有助于地质模型和数值模型之间的直接沟通。

BIM 项目模型

沟通与协作

内部协作 - 闭合式 BIM:将 Revit 用作设计创作工具的领域在内部使用 Revit Server。集成沟通和模型共享加快了内部协调和设计开发的速度,因为众多建模师可以同时处理相同的模型。跨领域协作 - 开放式 BIM:利用 IFC 和 BCF 标准在各领域之间共享模型。采用这一协作方式的原因在于,目前有 10 家设计公司参与设计开发工作,并使用了多种设计创作工具(RevitCivil 3D、Allplan、ArchiCAD、Urbano)。使用通用数据环境(ownCloud 和 BIM Collab)在各领域之间交换文件并将 IFC 参照模型和 BCF 与设计创作工具、协调模型、四维和五维模型进行关联和同步。其他所有文档(工程图、报告等)也可以在同一平台上实现交换和存储。


通过使用 LiDAR 扫描隧道现有的组成部分,我们得以对未来的挖掘、再修整和回填要求进行分析。将来自 LiDAR 的原始数据用于别处,生成了准确的表面模型。在隧道中引入增强现实技术,从而更好地了解周围地质。

而利用虚拟现实模型,我们能够与多个主要利益相关方进行高效的沟通。基于相关服务的可靠解决方案提供了足够的数据传输能力,从而可以在软件许可规定的条件下随时随地获取设计解决方案。在施工阶段的挖掘期间将对模型进行持续更新,以便在 1 个模型内收集所有站点信息,供未来之需。


交付成果

除了传统的项目交付成果(工程图、技术报告等)之外,提交的文件包中还包括以下 BIM 交付成果:

设计阶段

  • BIM 执行计划 (BEP)
  • 以 IFC 标准格式提供的部分(领域)三维模型
  • 协调模型和质量控制检查报告
  • 以多种电子表格、报告和仿真形式提供的四维和五维模型

施工阶段

  • 采用 IFC 标准格式的竣工模型,附带设施管理所需的关联竣工文档(竣工数据中央存储库)
  • 协调模型和质量控制检查报告
  • 承包商和监理公司用于进度报告和控制的五维模型

需要在建模流程和交付成果中通过 BEP 落实的一个主要要求是,对详细程度 (LoD) 和信息等级 (LoI) 采用始终如一的定义。与客户(监理公司和 FM 部门)一同创建隧道元素和属性表的分类,并根据特殊(项目特定)IFC 属性集在模型中实施。属性表将在项目开发期间得到进一步开发并整合到模型中。

结果

  • 设计文档(模型、工程图、BOQ、成本估算、时间计划、进度报告等)前后一致、准确无误
  • 改善了项目利益相关方之间的沟通(通用数据环境、基于模型的修订、可视化、基于模型的沟通)
  • 改进了成本估算和控制、施工技术优化(排序)、施工进度和现场变更控制、设施管理流程优化

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