BIM在高速公路建設(shè)前期標(biāo)準(zhǔn)化管理中的應(yīng)用

張博+楊洋

[摘 要] 針對(duì)目前高速公路前期建設(shè)管理越來(lái)越趨于集約化、復(fù)雜化的事實(shí)，文章基于現(xiàn)階段BIM協(xié)同理念，分析了BIM理念運(yùn)用于高速公路前期標(biāo)準(zhǔn)化管理的可行性，針對(duì)前期標(biāo)準(zhǔn)化管理的BIM協(xié)同模型建模要求，詳細(xì)介紹了BIM協(xié)同模型建模過程，提出了在前期標(biāo)準(zhǔn)化管理中各工程參與方借助BIM協(xié)同理念實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化管理的思路，合理地將BIM理念應(yīng)用于高速公路建設(shè)前期標(biāo)準(zhǔn)化中。

[關(guān)鍵詞] BIM；高速公路；標(biāo)準(zhǔn)化管理；建設(shè)前期

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2017. 03. 084

[中圖分類號(hào)] TP311 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1673 - 0194（2017）03- 0151- 04

0 引 言

隨著我國(guó)交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)程的不斷推進(jìn)，高速公路全壽命周期建設(shè)管理越來(lái)越呈現(xiàn)出精細(xì)化、集約化、智能化等特點(diǎn)，工程建設(shè)難度和復(fù)雜程度也不斷提升，這對(duì)高速公路建設(shè)管理思路提出新的要求。高速公路建設(shè)前期工作主要是指公路建設(shè)項(xiàng)目實(shí)施前一系列決策工作，主要包括可行性研究和初步設(shè)計(jì)等工作[1]。建設(shè)前期作為工程統(tǒng)籌、資金管理[2]、驗(yàn)證工程可行性的重要時(shí)期，需要考慮因素較多，必須嚴(yán)肅管理過程，進(jìn)行科學(xué)決策，傳統(tǒng)意義上的前期管理已不能夠滿足現(xiàn)階段工程需求。這就要求在公路工程前期管理做足功課，致力于加強(qiáng)建設(shè)項(xiàng)目前期標(biāo)準(zhǔn)化管理水平。本文在闡述高速公路建設(shè)前期管理標(biāo)準(zhǔn)化管理的基礎(chǔ)上，探討了BIM協(xié)同理念在前期標(biāo)準(zhǔn)化管理中的應(yīng)用。

1 BIM應(yīng)用于前期標(biāo)準(zhǔn)化管理的可行性分析

BIM（Building Information Modeling）理念是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，將建筑項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)信息和功能特征形象化，模塊化，數(shù)據(jù)化[3]，能夠?qū)⒔ㄖこ坍?dāng)中的所有建造信息統(tǒng)一集成構(gòu)建一個(gè)信息共享平臺(tái)[4]，更加細(xì)致、直觀、真實(shí)且有深度地表征建筑項(xiàng)目時(shí)空信息，使得不同管理專業(yè)人員在項(xiàng)目不同壽命階段對(duì)項(xiàng)目建設(shè)信息進(jìn)行獲取、分析，有效提高項(xiàng)目管理的決策水平。

在現(xiàn)階段高速公路前期管理，能夠借助BIM三維協(xié)同設(shè)計(jì)模型自身可視化、信息化的特點(diǎn)，充分考慮高速公路全壽命周期內(nèi)建設(shè)要求，有效控制由于前期管理不足引起的問題，加強(qiáng)前期設(shè)計(jì)深度，進(jìn)行專業(yè)協(xié)調(diào)與施工模擬[5]，建立起聯(lián)系設(shè)計(jì)、施工、管理各方且貫穿高速公路建設(shè)全壽命周期的信息共享平臺(tái)，減少前期設(shè)計(jì)不足給后期施工建設(shè)及運(yùn)營(yíng)造成的影響，提高決策質(zhì)量、優(yōu)化工程投資、提高設(shè)計(jì)水平、保證工程進(jìn)度、保證建設(shè)效益。故將BIM理念應(yīng)用在高速公路前期管理中是可行的，同時(shí)BIM協(xié)同模型的優(yōu)勢(shì)是能夠有效推進(jìn)前期管理標(biāo)準(zhǔn)化的。圖1為高速公路BIM模型與設(shè)計(jì)、投資采購(gòu)、施工、運(yùn)營(yíng)的關(guān)系圖。

2 BIM三維協(xié)同模型建模過程

在高速公路前期標(biāo)準(zhǔn)化管理過程中，通過BIM三維協(xié)同設(shè)計(jì)模型實(shí)現(xiàn)高速公路全過程信息管理，首先要進(jìn)行BIM三維協(xié)同設(shè)計(jì)模型的建立。高速公路BIM三維協(xié)同設(shè)計(jì)模型的建立可分為道路、橋梁、附屬設(shè)施三大部分，可同時(shí)在Bentley三維協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)，軟件平臺(tái)功能見圖2。

根據(jù)BIM三維協(xié)同設(shè)計(jì)思想，對(duì)擬建高速公路工程中路線、橋梁、設(shè)備等進(jìn)行三維模型構(gòu)建，并形成高速公路三維模型標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件庫(kù)，以方便對(duì)工程進(jìn)行前期標(biāo)準(zhǔn)化管理。在BIM三維協(xié)同模型及標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件庫(kù)構(gòu)建過程中遵循如下要求：

（1）模型采用統(tǒng)一坐標(biāo)體系，以便施工、運(yùn)營(yíng)等階段系統(tǒng)性管理；

（2）標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件庫(kù)嚴(yán)格遵守規(guī)范要求，對(duì)不同構(gòu)件的適用范圍及部位予以說(shuō)明；

（3）應(yīng)保證擬建工程模型精準(zhǔn)度，保證前期不同專業(yè)碰撞檢測(cè)有效性；

（4）模型可視化及數(shù)據(jù)共享，采取分級(jí)模式對(duì)數(shù)據(jù)系統(tǒng)化管理；

（5）遵循系統(tǒng)化原則，考慮信息在各方傳遞共享時(shí)的兼容性。

2.1 道路模型建立

高速公路道路三維建模主要通過PowerInroads 軟件實(shí)現(xiàn)，其線型設(shè)計(jì)主要為積木法和導(dǎo)線法，能夠滿足道路路線設(shè)計(jì)規(guī)范要求。道路建模過程如圖3所示。

在進(jìn)行道路模型建模過程中，依據(jù)CAD施工圖進(jìn)行翻模，將設(shè)計(jì)好的線型直接導(dǎo)入后進(jìn)行路線設(shè)計(jì)。后參考CAD二維設(shè)計(jì)圖，復(fù)制線型完成線型設(shè)計(jì)，激活地模文件，完成縱斷面設(shè)計(jì)。建模過程中根據(jù)擬建公路等級(jí)，確定道路橫斷面、路基路面結(jié)構(gòu)和邊坡形式，設(shè)置橫斷面模板。在設(shè)置橫斷面模板時(shí)應(yīng)建立模板各點(diǎn)特征及約束關(guān)系，以實(shí)現(xiàn)道路變寬定義各層材質(zhì)，方便后期在三維模型內(nèi)進(jìn)行工程量統(tǒng)計(jì)。進(jìn)一步根據(jù)橫斷面模板，沿道路中心線進(jìn)行路廊設(shè)計(jì)，路廊設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)合工程實(shí)地坐標(biāo)，保證道路模型在整個(gè)模型中的位置。最后設(shè)置土木單元，包括交通標(biāo)志標(biāo)線、立交出入口等基礎(chǔ)單元。

2.2 橋梁模型建立

高速公路橋梁構(gòu)造物較多，形式趨于多樣化，在建模前先對(duì)不同類型模塊進(jìn)行具體建模。通過建立下部結(jié)構(gòu)單元、根據(jù)參考線插入下部結(jié)構(gòu)單元、上部結(jié)構(gòu)橫斷面模板、橋梁路廊設(shè)計(jì)、上下部結(jié)構(gòu)組裝等五部分完成橋梁模型的建立。

關(guān)鍵位置關(guān)系借助簡(jiǎn)單點(diǎn)線面元素首先通過AECOsim建立各類型的下部構(gòu)件單元（包括墩、樁等），并對(duì)其定義屬性，方便后期工程量統(tǒng)計(jì)。在已建立的下部結(jié)構(gòu)單元基礎(chǔ)上，從路線設(shè)計(jì)模型和地模中提取三維道路中線和地面線，并繪制平面分跨線，以道路中心線作為主梁結(jié)構(gòu)建模骨架，將橋梁模型確定，并依據(jù)繪制參考線插入已建好的下部結(jié)構(gòu)單元，保證橋梁模型主要樁基在高速公路工程全線中的位置準(zhǔn)確性。將工程中各橋梁段涉及的不同類型梁的截面CAD圖導(dǎo)入為模板，基于已建立好的下部單元在整個(gè)模型中的位置建立上部結(jié)構(gòu)各點(diǎn)的約束關(guān)系以實(shí)現(xiàn)橋梁變寬。在進(jìn)行橋梁路廊設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)橫斷面模板，沿道路中線設(shè)計(jì)橋梁路廊，利用點(diǎn)控制實(shí)現(xiàn)橋梁變寬。后將上下部結(jié)構(gòu)與橋梁路廊進(jìn)一步組裝，從而形成完整橋梁主體模型。整體效果如圖4所示。

2.3 附屬設(shè)施模型建立

在上述模型基礎(chǔ)上，進(jìn)行附屬設(shè)施三維模型單元構(gòu)建。附屬設(shè)施三維模型設(shè)計(jì)可分為實(shí)體類和非實(shí)體類。

在建立實(shí)體類模型時(shí)，先建立構(gòu)件單元，主要包括標(biāo)志牌、信號(hào)燈、路燈等，利用AECOsim建立構(gòu)件單元，并分別對(duì)其定義屬性以便進(jìn)行工程量統(tǒng)計(jì)。在已建立好的道路、橋梁模型基礎(chǔ)上分別提取三維道路中線和地面線，依據(jù)參考線插入工程實(shí)際中實(shí)體類構(gòu)件單元，插入過程中應(yīng)基于統(tǒng)一坐標(biāo)系，及時(shí)發(fā)現(xiàn)單元沖突并進(jìn)行優(yōu)化。

非實(shí)體類主要包括標(biāo)識(shí)牌內(nèi)容、交通標(biāo)線等，無(wú)需建立構(gòu)件單元，而是將標(biāo)牌等單元的版面信息圖片逐個(gè)貼至模型。對(duì)于路面上的標(biāo)線采取投影方式，將CAD標(biāo)線圖壓印到模型上。

3 BIM三維協(xié)同設(shè)計(jì)模型應(yīng)用

在完成三維協(xié)同設(shè)計(jì)模型后，應(yīng)在Bentley軟件平臺(tái)中對(duì)所建模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，動(dòng)態(tài)檢驗(yàn)。要求所建模型均能正常模擬，保證模型系統(tǒng)性，模塊真實(shí)性，信息準(zhǔn)確性。進(jìn)一步可借助已建好協(xié)同設(shè)計(jì)模型進(jìn)行高速公路前期標(biāo)準(zhǔn)化管理。

在高速公路前期標(biāo)準(zhǔn)化管理中，BIM三維協(xié)同設(shè)計(jì)模型的使用涉及全壽命周期內(nèi)不同時(shí)間各個(gè)參與單位，基于BIM云數(shù)據(jù)中心的信息傳遞如圖5所示。各單位在協(xié)同設(shè)計(jì)模型中所處位置不同，不同單位在建好模型系統(tǒng)的操作權(quán)限及功能需求也不盡相同。

高速公路前期標(biāo)準(zhǔn)化管理可借助BIM三維協(xié)同設(shè)計(jì)模型優(yōu)勢(shì)，可以在平臺(tái)中添加施工信息、材料信息、運(yùn)營(yíng)信息等，形成涵蓋全過程、全參與方的信息傳輸體系，可實(shí)現(xiàn)信息的整理與傳遞。建立好BIM三維協(xié)同設(shè)計(jì)模型后，可通過模型直觀工程實(shí)體各部分，從而在項(xiàng)目前期標(biāo)準(zhǔn)化管理中可以進(jìn)行項(xiàng)目整體評(píng)估。相比傳統(tǒng)高速公路前期管理，采用BIM協(xié)同模型的前期標(biāo)準(zhǔn)化管理有以下優(yōu)勢(shì)：進(jìn)行設(shè)計(jì)校核，深化設(shè)計(jì)；提前進(jìn)行專業(yè)協(xié)調(diào)，進(jìn)行碰撞測(cè)試，避免沖突；便捷工程量統(tǒng)計(jì)，優(yōu)化資源配置等。

BIM協(xié)同設(shè)計(jì)模型的應(yīng)用，使得管理者在前期管理中進(jìn)行不同階段間的BIM協(xié)同，也可完成不同專業(yè)間的BIM協(xié)同。協(xié)同模型與構(gòu)建的標(biāo)準(zhǔn)件在工程前期統(tǒng)一進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化管理，可保證BIM模型數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與延續(xù)性，降低傳統(tǒng)工程建設(shè)管理過程中的反復(fù)建模，降低不同階段間由于信息割裂引起的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。在前期工程標(biāo)準(zhǔn)化管理過程中，因盡可能的將現(xiàn)階段產(chǎn)生的數(shù)據(jù)完整傳遞到下一階段，以便下階段的再利用，最大化實(shí)現(xiàn)在不同建設(shè)時(shí)間段，同一模型、同一構(gòu)件的數(shù)據(jù)能夠在不同專業(yè)角度進(jìn)行操作。BIM理念推行使得前期標(biāo)準(zhǔn)化管理中能對(duì)后期投資、施工、運(yùn)營(yíng)等階段統(tǒng)籌兼顧，促進(jìn)后續(xù)不同階段性節(jié)點(diǎn)的專業(yè)間的有效協(xié)調(diào)。

在高速公路前期標(biāo)準(zhǔn)化管理過程中，不同參與者借助BIM三維協(xié)同設(shè)計(jì)模型進(jìn)行前期標(biāo)準(zhǔn)化管理的角度不盡相同。高速公路建設(shè)管理者和運(yùn)營(yíng)管理者可借助BIM三維協(xié)同設(shè)計(jì)模型在前期標(biāo)準(zhǔn)化管理實(shí)現(xiàn)如下功能：首先提供項(xiàng)目的技術(shù)資料、基本數(shù)據(jù)和系統(tǒng)運(yùn)行所需要的軟硬件及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境；協(xié)調(diào)各職能部門和相關(guān)參與方，根據(jù)工作要求安裝軟件系統(tǒng)、設(shè)置用戶權(quán)限；各部門業(yè)務(wù)人員和管理決策人員按照其工作任務(wù)、職責(zé)和權(quán)限，通過內(nèi)網(wǎng)客戶端或者外網(wǎng)瀏覽器進(jìn)入軟件系統(tǒng)，完成日常管理和深化設(shè)計(jì)等。參與方在使用管理模型時(shí)可通過外網(wǎng)瀏覽器進(jìn)入項(xiàng)目綜合管理系統(tǒng)，按照應(yīng)用主體方的要求，填報(bào)施工進(jìn)度、資源、質(zhì)量和安全等實(shí)際工程數(shù)據(jù)，也可進(jìn)行施工信息查詢，輔助施工管理。設(shè)計(jì)方借助模型配合應(yīng)用主體方案實(shí)施BIM應(yīng)用，提交設(shè)計(jì)圖紙及相關(guān)技術(shù)資料，如果具有BIM設(shè)計(jì)或建模能力，應(yīng)提交項(xiàng)目的BIM或者3D模型，以避免重復(fù)建模，降低BIM應(yīng)用成本。

4 結(jié) 論

基于BIM協(xié)同理念，高速公路建設(shè)參與單位在前期標(biāo)準(zhǔn)化管理過程中較為全面地考慮到公路工程全壽命周期各階段。管理者可以借助BIM模型進(jìn)行主要構(gòu)筑物關(guān)系分析、線位合理性分析、各專業(yè)碰撞檢測(cè)、材料統(tǒng)計(jì)、工程量核算等。BIM協(xié)同模型應(yīng)用也使得前期標(biāo)準(zhǔn)化管理有效將工程周期內(nèi)各階段聯(lián)系起來(lái)，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，更好的進(jìn)行施工管理、營(yíng)運(yùn)管理?，F(xiàn)階段我國(guó)BIM協(xié)同設(shè)計(jì)理念還不十分完善，這就要求高速公路參與建設(shè)管理的工作者不斷積累經(jīng)驗(yàn)，不斷推進(jìn)高速公路前期管理標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程，從而使得高速公路工程管理體系越來(lái)越完善。

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