基于Tekla BIMsight的碰撞检测在地下结构施工中的应用

彭曙光

(安徽建筑大学，合肥 230601)

现在地下结构的施工图纸仍然采用传统的二维设计，限于设计者空间想象力的限制及地下工程本身的复杂性，施工图纸必然存在各种各样的缺陷，最典型的就是各专业构件之间的碰撞问题，这些缺陷或失误导致设计的变更、成本增加、工期延误甚至工程事故。采用基于参数模型整合各种项目相关信息的BIM设计可以加强各专业之间的沟通，采用的三维模型及碰撞检测在一定程度上可防范这些错误的发生，但由于种种原因，目前BIM设计尚未大量使用。在设计阶段，通过二维图纸及设计说明将大量信息传递给施工单位后，各种碰撞问题随机出现，这些问题是影响工程成本与资金风险的重要原因之一。如果在施工前及时发现并纠正这些问题，可避免不必要的损失。

施工阶段，在计算机中建立虚拟的三维地下空间模型，利用碰撞检测工具加以检测，可以优化设计及施工方案，对结构偏差进行检查，可有效地减少施工过程中的碰撞。但建立三维的地下结构模型需要专业的建模知识及对计算机图形学的了解，而大部分的施工人员并不具备，而基于草图设计的Sketch-Up软件简单易学、功能强大、易于扩展、具有大量免费插件的特点，给广大施工人员提供了一个较好的选择。

1 实现的关键技术

1.1 基于Google SketchUp软件的建模

Google SketchUp(以下简称SketchUp)是一款简单易用的三维建模工具，最初主要用于建筑方案的创作，随着其版本的更新，功能不断强大，加上其强大的二次开发能力 ，其使用范围逐渐扩展到建筑、规划、园林、景观、室内及工业设计等诸多领域。

利用SketchUp建模时，一般是通过推拉功能将平面形体生成3D几何体，其功能包括快速生成任何位置的剖面，使设计者清楚地了解模型的内部结构，可以随意生成二维剖面图并快速导入AutoCAD进行处理，并可与 AutoCAD、Revit、3DMAX及 PIRANESI等软件结合使用，快速导入和导出DWG、DXF、JPG及3DS格式文件，实现不同软件之间的数据交互。

地下结构一般比较复杂，各种地质体、新建的结构构件、施工设备、水暖电管线、原有的结构构件数量众多，空间关系复杂，进行碰撞检测使用的模型要求尺寸及空间定位精确。为解决这个问题，直接导入二维的CAD格式的基坑平面图和立面图，然后按照其尺寸进行精准建模，避免尺寸误差而影响检测结果。

2.2 基于Tekla BIMsight软件的碰撞检测

Tekla BIMsight(以下简称BIMsight)是法国Tekla公司开发的模型检测和信息化交互的工具。可用于建造和设计时对BIM项目的检测与沟通，其最主要的功能可概括为3个 C:合并模型(Combining models)，检查碰撞(Checking for conflicts)及沟通(Communicating)。本文主要利用它高效的碰撞检测功能。用此工具可以在掌上和PC等设备上直接浏览和检测BIM模型并及时交互和修改。其支持的模型文件有SketchUp创建的skp格式和其他的BIM模型文件格式。

利用BIMsight软件进行碰撞检测的流程是:首先在BIMsight中创建一个新项目，将SketchUp创建的模型skp格式文件或导出的ifc格式文件输入到项目中，设置碰撞检测的标准，执行检测，查看碰撞检测的结果，对检测的结果增加注脚和说明，最后将检测结果保存并发送给建设方或其他专业的项目参与方，以此进行信息的传递和沟通。在检测过程中，还可以进行尺寸的测量和标注，通过调整视图进行缩放和视角转换以观察碰撞的细节。

3 应用实例

某隧道长42 m，净空宽6 m，高2.5 m，采用“新奥法”原理进行设计，圆弧拱衬砌，挡墙式洞口。由于穿越地层为杂填土和淤泥质杂填土，稳定性差，易坍塌，隧道埋深浅等原因，施工时采取了超前钢管棚及小导管注浆等支护措施。

本工程位于市中心位置，地下情况非常复杂，原有的电信、电力、雨水、给水、燃气等管线众多并互相交织，除此之外，还有一处废弃的防空洞的混凝土墙体。由于各种专业图纸均是平面图并且相互独立，施工前无法用简单的方法判断彼此之间是否有冲突的地方。为此，利用精确尺寸的平面图纸在Sketch-Up中创建了三维模型，从图1(局部)可以看出有部分明显交错的地方，但冲突程度难以辨识，还有一些无法直接从三维模型上看出，需要借助于BIMsight等专业的检测软件。

建模时各专业管线、结构体、地质体采用相同的坐标系统和单位，然后将各专业模型文件导入BIM-sight软件中，考虑了施工误差，可将碰撞的检测标准设置同样的误差或略有放大。为避免过于复杂的模型影响操作，检测过程中可以通过关闭某类模型全部或局部的可见性。

从检测结果看，一共显示有23处冲突。经细节上的检查和复核，最后确认可能造成施工严重后果的有5处，特别是原有的燃气管道及废弃的防空洞墙体与超前支护的小导管有严重冲突。利用BIM-sight的尺寸测量和标注工具，可以检测碰撞的程度(图2)。根据这些检测结果，经多方协商，及时修改设计，在后续的施工中，经局部的开挖检查，也证实了检测结果的准确性。

图2 检测碰撞的程度

4 结论

对于复杂的地下结构，采用尺寸精确的二维图纸导入SketchUp等三维建模软件，创建各专业构件的三维空间模型后，导入功能强大的BIMsight软件，可对模型进行碰撞检测。在BIM技术尚未完全推广和应用的今天，为解决设计与施工中的技术问题，采用这种碰撞检测方案，为技术人员及工程各参与方的有效沟通提供了一种可行的解决途径。

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［3］沈亮峰.基于BIM技术的三维管线综合设计在地铁车站中的应用［J］.工业建筑，2013(6):163-166.

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