《5DBIM关键技术及在城市高架桥建设中的应用》

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在推动实施国家大数据战略和智能化大方针指导下,BIM技术首次上升为国家战略高度,其发展已是大势所趋,形成了国内BIM遍地开花的局面。但这些成果多是依赖于国外软件建模,局限于应用层面的重复,缺乏对BIM理论和系统性研究,尤其缺少原创性的成果,使建筑信息化处于"缺芯少魂"的状态。因此对BIM核心技术的研究与开发,是自主知识产权之需,国家发展之需。

近十年来,在国家科技重大专项任务支撑下,提出了数字图形介质理论,研发了骨骼网架建模方法,形成了5DBIM成套技术,开发了针对高架桥建设的BIM管控平台,成果应用于郑州市北三环、107辅道快速路等工程,为郑州畅通工程建设做出了贡献,为中开高速等工程提供了技术支撑,社会及经济效益巨大,主要创新包括:

1.提出了5DBIM的概念及成套技术。基于自主知识产权的数字图形介质理论,将BIM的基本功能、传统工程方法与计算机科学相融合,以“形似且神似”的数字图形作为工程结构几何属性、物理属性、价值属性、时间属性的载体,其在(x,y,z,t,v)五维空间的基本规律及逻辑结构,构成了5DBIM的基本框架和丰富内涵。解决了5DBIM生成标准、编码体系、遗传继承原则、数据采集与处理方式等关键技术问题。独具特点的骨骼网架技术为最耗时建模过程创新出了新的途径,加快了图形计算速度(15%~20%)和提高精度(达到0.01mm),优化代码系统使数据的独立性和安全性提高,满足任何图形软件及VR、AI技术的需求,为中国BIM技术应用创新出独立可靠数据源和共享器。

2.构建了城市高架桥5DBIM图元库与族库(170多种族,1200多类型),适用不同的软件平台,是骨骼网架建模系统的基本元件。发布了企业级的BIM标准,已经在实践工程中应用,为同类项目提供了可靠的图形工具,多类构件连结的专用节点技术,获得12项专利成果。

3.提出了5DBIM逆向建模快速数据采集和信息反馈监控方法,利用现代无人机的倾斜摄影或全景摄影方法,快速获取工程建设实际状态,进行SLAM逆向建模处理与已有的5DBIM正向建模进行动态关联,实现了施工的各个关键过程实时采集分析动态管理,定制了3种专用设备,总结出5种不同种类的对比模型,起到了示范引领作用。

4.自主开发了基于5DBIM技术的城市高架桥建设管理平台,完成的物理实体同时扩充了5DBIM数据资源库实时关联信息,为工程全生命周期过程中科学决策分析提供了依据和支持。

成果列入中国BIM联盟标准2项,发布企业BIM标准2项,获取发明专利11项,软件著作权1项,发表论文8篇,培养硕博士研究生12名,参加大型国际国内信息博览会5次,讲演接待数百场。以王复明院士为主任的专家组鉴定评价认为“该成果整体达到了国际先进水平,5dBIM技术方面达到国际领先水平”。在国内所应用的六大工程中合同额达552.7亿元。

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