BIM技術(shù)在公路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用與思考

李志華，甘先永

（長沙理工大學(xué) 交通運(yùn)輸工程學(xué)院 湖南 長沙 410076）

BIM技術(shù)在公路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用與思考

李志華1，甘先永2

（長沙理工大學(xué) 交通運(yùn)輸工程學(xué)院 湖南 長沙 410076）

介紹了BIM技術(shù)理念，以及BIM技術(shù)在國中應(yīng)用現(xiàn)狀。同時(shí)說明BIM技術(shù)在公路設(shè)計(jì)中存在的幾大優(yōu)勢，分析了其推廣的必要性。又從公路設(shè)計(jì)本身的限制、專業(yè)軟件缺乏和技術(shù)人員匱乏等方面分析BIM技術(shù)在公路設(shè)計(jì)中推廣面臨的困難和挑戰(zhàn)，并提出了對應(yīng)的解決方法。最后，展望了BIM技術(shù)在公路設(shè)計(jì)行業(yè)中的發(fā)展前景。

BIM技術(shù)；公路設(shè)計(jì)；三維建模；AutoCADCivil 3D

一、BIM國內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀

BIM ( Building Information Modeling)即建筑信息模型技術(shù)，是以工程項(xiàng)目的各種相關(guān)信息數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)建立模型，并通過數(shù)字信息模擬建筑物所具有的真實(shí)信息。BIM是對工程項(xiàng)目物理特征和功能特性的數(shù)字化表達(dá)。自 2003年我國開始引入BIM技術(shù)，在過去的十多年中，BIM技術(shù)在我國發(fā)展迅速。在建筑、機(jī)電、機(jī)械等領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣，許多具有影響力的大型工程，比如中信投資大型綜合體項(xiàng)目“中國尊”、上海中心大廈、天津周大福中心等都采用BIM技術(shù)進(jìn)行項(xiàng)目管理。其中，總高632米的“上海中心”大廈是中國第一個(gè)全BIM項(xiàng)目，項(xiàng)目通過應(yīng)用BIM技術(shù)不僅提升了規(guī)劃管理水平和建設(shè)質(zhì)量還大大減少材料損耗，降低了工程成本。

2015年6月，住建部發(fā)布《關(guān)于推進(jìn)建筑信息模型應(yīng)用的指導(dǎo)意見》，強(qiáng)調(diào)了BIM在建筑領(lǐng)域應(yīng)用的重要意義，明確要求到2020年末甲級勘察設(shè)計(jì)單位以及特一級施工企業(yè)掌握并實(shí)現(xiàn)BIM與企業(yè)管理系統(tǒng)和其他信息技術(shù)的一體化集成應(yīng)用?？梢?，我國政府行政層面正采取切實(shí)可行的措施，大力推進(jìn)BIM技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用。

到目前為止，可以認(rèn)為我國的設(shè)計(jì)行業(yè)經(jīng)歷了兩次技術(shù)革命，一次是從傳統(tǒng)手繪圖紙到CAD作圖，第二次就是從二維設(shè)計(jì)到三維甚至是多維，也就是BIM技術(shù)。設(shè)計(jì)行業(yè)走進(jìn)BIM時(shí)代，不僅僅是工具和手段的更新，更是設(shè)計(jì)方法和思維模式的更新。公路行業(yè)也積極的嘗試，引入并應(yīng)用BIM技術(shù)并取得了一定的成果。2014年，項(xiàng)目建設(shè)方為提高邢汾高速公路建設(shè)工程的管理水平，聯(lián)合清華大學(xué)開發(fā)了“基于BIM的邢汾高速公路4D建設(shè)管理系統(tǒng)”，并成功應(yīng)用于實(shí)際工程中。

二、BIM技術(shù)在公路設(shè)計(jì)中應(yīng)用推廣的優(yōu)勢

在公路工程中，設(shè)計(jì)是施工建設(shè)的前提，設(shè)計(jì)的科學(xué)性、合理性對整個(gè)工程起到?jīng)Q定性作用。公路工程采用傳統(tǒng)的2D設(shè)計(jì)已經(jīng)出現(xiàn)不適用性，容易出現(xiàn)遺漏、考慮不周等情況。采用BIM技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)公路設(shè)計(jì)模擬與優(yōu)化調(diào)整，實(shí)現(xiàn)在BIM模型框架下的地形、景觀、照明等方面的協(xié)同設(shè)計(jì)，減少方案沖突，提高設(shè)計(jì)效率，節(jié)約時(shí)間及費(fèi)用。目前，國內(nèi)公路設(shè)計(jì)人員對于BIM技術(shù)的理解并不充分，認(rèn)為BIM只是CAD的3D版而已，并非如此。BIM技術(shù)貫穿在項(xiàng)目的整個(gè)生命周期中，BIM的優(yōu)勢不僅僅體現(xiàn)在設(shè)計(jì)階段的作圖上，更主要的是在設(shè)計(jì)優(yōu)化分析，施工過程可視化模擬，成本協(xié)同控制以及后期運(yùn)營維護(hù)上。BIM并不是指某一個(gè)軟件，而是一種理念——以數(shù)據(jù)為中心的全生命周期理念。

公路是一個(gè)空間三維實(shí)體，應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行公路設(shè)計(jì)是今后發(fā)展的大趨勢。其優(yōu)勢主要有以下幾點(diǎn)：

（一）可視化建模

利用軟件將公路設(shè)計(jì)中的路線信息、路面信息、周邊景觀信息等通過整合，建立一個(gè)可視化的3D信息模型，解決傳統(tǒng)的CAD圖紙無法表達(dá)復(fù)雜的三維形態(tài)的問題。借助三維模型，直觀的顯示設(shè)計(jì)成果，快速準(zhǔn)確的查找圖紙中的“錯(cuò) 漏碰 缺”，減少設(shè)計(jì)失誤，使常規(guī)的二維設(shè)計(jì)提升為三維可視化設(shè)計(jì)，可大幅度地提升設(shè)計(jì)質(zhì)量和設(shè)計(jì)效率。

（二）精確的工程量計(jì)算與分析

利用復(fù)合體積算法或平均斷面算法，快速地計(jì)算原地面線和設(shè)計(jì)線之間的土方量。還可以通過軟件自動(dòng)生成土方調(diào)配圖表，用以分析適合的填挖距離，以此確定缺土坑和棄土堆的大概位置，和要移動(dòng)的土方量和移動(dòng)方向。并且還可以從公路模型中提取工程材料數(shù)量，進(jìn)行項(xiàng)目成本及時(shí)分析控制。

（三）多領(lǐng)域協(xié)同作業(yè)

擺脫傳統(tǒng)公路設(shè)計(jì)中相互獨(dú)立的局面，解決平、縱、橫設(shè)計(jì)分離的問題，提供一體化設(shè)計(jì)平臺。同時(shí)讓各項(xiàng)目參與方能夠在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺之下共同作業(yè)，達(dá)成數(shù)據(jù)共享，實(shí)現(xiàn)了不同專業(yè)間的協(xié)同和信息傳遞功能，提高相互之間的溝通協(xié)調(diào)能力。

（四）優(yōu)化性

設(shè)計(jì)是反復(fù)修改、優(yōu)化調(diào)整的過程。傳統(tǒng)的公路設(shè)計(jì)中稍有變更就要修改各種圖紙相關(guān)信息，耗費(fèi)了大量時(shí)間。應(yīng)用BIM技術(shù)，在設(shè)計(jì)過程中可實(shí)時(shí)查看道路的三維動(dòng)態(tài)效果，使靜態(tài)設(shè)計(jì)提升為動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，隨時(shí)查看多種設(shè)計(jì)方案，通過比較選出最優(yōu)方案。進(jìn)行設(shè)計(jì)變更時(shí)也能隨設(shè)計(jì)方案的改變，自動(dòng)調(diào)整工程量，施工進(jìn)度等，實(shí)現(xiàn)更合理的安排工程資源。

（五）模擬性

通過設(shè)定相關(guān)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)在計(jì)算機(jī)上的駕駛模擬，讓設(shè)計(jì)人員對線形、坡度、景觀等有更直觀的感受，做到“所見即所得”，對于不合理的地方及時(shí)調(diào)整，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。在施工階段還可通過施工模擬直觀的反映施工流程，優(yōu)化各道工序，進(jìn)行施工進(jìn)度的管理。

三、BIM技術(shù)在公路設(shè)計(jì)中面臨的困難

BIM作為一項(xiàng)新技術(shù)在公路設(shè)計(jì)中的雖已有推廣，且相比傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢。但由于起步較晚，應(yīng)用也比較少，主要是面臨著以下的問題：

（一）公路工程自身的限制

公路工程是線性工程，點(diǎn)多、線長、面廣是公路工程最基本的特點(diǎn)。進(jìn)行公路設(shè)計(jì)時(shí)要考慮自然環(huán)境、地形、地質(zhì)等因素，設(shè)計(jì)方案的確定受外界環(huán)境影響大。在此之前，BIM的應(yīng)用對象往往是單個(gè)建筑物，對于公路設(shè)計(jì)這樣跨度大、區(qū)域廣的工程，技術(shù)尚不成熟。對于公路設(shè)計(jì)中的單位工程，比如隧道、橋梁、或者涵洞之類的，可能更容易實(shí)現(xiàn)。

（二）BIM標(biāo)準(zhǔn)缺失

BIM技術(shù)在建筑行業(yè)已經(jīng)得到普遍推廣，但是在市政和公路行業(yè)還處于迷茫階段，尤其是公路行業(yè)。除公路工程自身特點(diǎn)限制外，就是建筑行業(yè)的BIM技術(shù)已經(jīng)有了較為成熟的 IFC標(biāo)準(zhǔn)，而其它行業(yè)尚無相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或統(tǒng)一接口。對于公路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，值得我們思考的是，BIM的成果有哪些？BIM出圖的標(biāo)準(zhǔn)是什么？這都需要一個(gè)規(guī)范的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

（三）缺乏專業(yè)軟件

BIM技術(shù)通俗的講就是先把項(xiàng)目在電腦上“演示”一遍，就要求每個(gè)行業(yè)有專業(yè) BIM軟件。在二維時(shí)代，就有天正建筑 CAD，緯地公路交通輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)(HintCAD)，鴻業(yè)市政公路等。正如建筑行業(yè)的Revit，公路設(shè)計(jì)也應(yīng)有專業(yè)的設(shè)計(jì)軟件。相較國外成熟的BIM技術(shù)軟件，我國在這方面尚處初級階段。現(xiàn)階段，投入使用的公路設(shè)計(jì)三維平臺主要有AutoCAD Civil 3D，Microstation Inroad等。

AutoCADCivil 3D，是公路設(shè)計(jì)中應(yīng)用最普遍的BIM軟件。無論從設(shè)計(jì)三維可視化，還是造價(jià)控制、運(yùn)營維護(hù)等方面AutoCAD Civil 3D都有突出的優(yōu)勢。但是它無法完成橋梁和隧道的設(shè)計(jì)。如果地形需要設(shè)置橋梁，就需要把路線導(dǎo)入別的軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，這不僅操作麻煩，還致使設(shè)計(jì)效率降低，這完全悖于BIM的理念。

Microstation Inroad，也是一款專業(yè)的公路設(shè)計(jì)軟件，包含了從建立數(shù)字地面模型、道路幾何設(shè)計(jì)、建立三維道路模型等一系列功能模塊。但它也無法完成完整的橋梁建模，無法進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計(jì)，只能設(shè)計(jì)簡單的橋梁上部結(jié)構(gòu)。

另外，還有鴻業(yè)科技的 Roadleader路立得和針對公路選線階段的曠達(dá)路線規(guī)劃系統(tǒng)和CARD1研發(fā)的KorFin。 目前為止，仍沒有任何一款可以獨(dú)立完成公路設(shè)計(jì)的專業(yè)軟件，且現(xiàn)有的軟件功能太單一，并沒有很大程度的提高設(shè)計(jì)效率。

（四）技術(shù)人員匱乏

當(dāng)前BIM技術(shù)在公路設(shè)計(jì)領(lǐng)域的推廣應(yīng)用面臨的一個(gè)重大問題是技術(shù)人員的匱乏。

BIM作為一種新的技術(shù)理念仍不被廣泛認(rèn)可，有一些設(shè)計(jì)人員認(rèn)為公路設(shè)計(jì)就是一個(gè)“線性”的工程，不像建筑有這么多的專業(yè)，會出現(xiàn)專業(yè)間的沖突、管線碰撞等一系列的問題，稍有沒有多大必要去應(yīng)用和推廣。這種錯(cuò)誤的心態(tài)對BIM技術(shù)的推廣也有一定的阻礙。

四、解決方法

針對BIM技術(shù)在公路設(shè)計(jì)中面臨的問題，提出以下解決方法：

（一）將BIM與GIS集成應(yīng)用到公路設(shè)計(jì)過程中，結(jié)合先進(jìn)的三維地理信息技術(shù)，提高長線工程和大規(guī)模區(qū)域性工程的管理能力。

（二）BIM技術(shù)相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)還未頒布施行，建立一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化體系迫在眉睫。

（三）依據(jù)設(shè)計(jì)人員的需求，開發(fā)一款功能齊全、操作簡單的公路BIM設(shè)計(jì)軟件，定能大幅度的提高設(shè)計(jì)效率。

（四）為了培養(yǎng)和選拔BIM專業(yè)技術(shù)人員和高級管理人員，即建筑信息模型工程師（Building Information Modeling Engineer英文名稱縮寫：BIME），工業(yè)和信息化部已經(jīng)設(shè)立BIM技能等級考試。相信不久的將來，這一問題將得到很好地解決。

五、前景展望

隨著公路行業(yè)的不斷發(fā)展和市場競爭的日益加劇，公路工程設(shè)計(jì)也應(yīng)該有更高的要求。目前，政府和行業(yè)都在積極推廣BIM技術(shù)。在這樣的一個(gè)大環(huán)境下，BIM技術(shù)在公路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用逐步趨于成熟。對于目前存在的問題和困難，只要我們轉(zhuǎn)變理念、積極處理現(xiàn)存問題，研發(fā)出功能齊全的BIM軟件，培養(yǎng)專業(yè)的BIM技術(shù)人員，將BIM技術(shù)應(yīng)用到更多的公路設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，一定會為公路設(shè)計(jì)帶來新的革命。

[1]李昂,石振武.BIM技術(shù)在建筑工程項(xiàng)目中的應(yīng)用價(jià)值[J].經(jīng)濟(jì)師,2014,01:62-64.

[2]住房城鄉(xiāng)建設(shè)部關(guān)于印發(fā)推進(jìn)建筑信息模型應(yīng)用指導(dǎo)意見的通知http: //www.mohurd.gov.cn/wjfb/201507/t20150701

[3]郭洪江.淺議BIM在公路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].黑龍江交通科技,2011,09:315.

[4]楊博.運(yùn)用 MICROSTATION-INROAD軟件實(shí)現(xiàn)道路設(shè)計(jì)的方法研究[J].蘭州交通大學(xué)學(xué)報(bào),2011,03:124-128.

[5]魯洋.BIM 技術(shù)在公路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用展望[J].山東交通科技,2015,05:122+129.

[6]王娟.淺談 BIM技術(shù)在公路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[A].《建筑科技與管理》組委會.2014年 8月建筑科技與管理學(xué)術(shù)交流會論文集[C].《建筑科技與管理》組委會:,2014:2.

[7]周豪.BIM在城市道路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究[D].南京林業(yè)大學(xué),2015.

[8]張建平,余芳強(qiáng),趙文忠,王丙興,王珩瑋.BIM技術(shù)在邢汾高速公路工程建設(shè)中的研究和應(yīng)用[J].施工技術(shù),2014,18:92-96.

[9]印明.市政工程設(shè)計(jì)中BIM技術(shù)的發(fā)展前景[J].城市道橋與防洪,2012,07: 347-349+354+28-29.

[10]BIM技術(shù)助山區(qū)“美麗公路”建設(shè)-筑龍新聞 http://news.zhulong.com/ read/detail213262.html

與gis結(jié)合，以前是gis加cad，現(xiàn)在是gis與bim。比如civil 3d的土方量計(jì)算，三維地面。還有隧道內(nèi)的機(jī)電布置，更多的是做一個(gè)數(shù)據(jù)平臺。目前在兩者數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，傳輸是一個(gè)問題，國家也沒標(biāo)準(zhǔn)。還有建設(shè)期，后期的運(yùn)維系統(tǒng)，模型是要用到bim的。

BIM ( Building Information Modeling)即建筑信息模型技術(shù)，指的是包含建筑物全部信息的模型系統(tǒng)，在建筑物設(shè)計(jì)、建造、維護(hù)、管理的全生命周期發(fā)揮作用。作為新一代設(shè)計(jì)理念和技術(shù)，其已被國外諸多著名的建筑、結(jié)構(gòu)、施工公司在項(xiàng)目中成功應(yīng)用，是設(shè)計(jì)行業(yè)

TU7

B

1007-6344（2016）10-0056-02