交通基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域的BIM技術(shù)應(yīng)用

文/中交第二公路勘察設(shè)計研究院有限公司 馮鵬程 田甜 陳中治

進入21世紀(jì)，BIM作為一種新技術(shù)正在掀起一場建筑業(yè)的信息化革命，并逐步擴展到交通基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域。

國內(nèi)外BIM技術(shù)在交通領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

國外BIM技術(shù)在交通領(lǐng)域的發(fā)展

BIM最早由美國提出并應(yīng)用，隨后逐漸擴展到英國、北歐、澳大利亞、日本、韓國等發(fā)達國家。這些國家結(jié)合自身實際，通過制定行業(yè)管理辦法、編制相關(guān)BIM標(biāo)準(zhǔn)、組建研發(fā)聯(lián)盟機構(gòu)等不同方式，積極探索BIM技術(shù)在本國工程建設(shè)項目中的應(yīng)用。

英國是全球BIM應(yīng)用增長最快且成效最為顯著的國家之一，主要得益于英國政府的強制性要求。2011年5月，英國內(nèi)閣辦公室發(fā)布了政府建設(shè)戰(zhàn)略文件，其中有整個章節(jié)是關(guān)于建筑信息模型(BIM)的。這章明確要求，到2016年，政府要求全面協(xié)同3D-BIM，并將全部的文件以信息化管理。除政府的強勢推動之外，英國各民間團體組織也發(fā)揮了積極力量，英國標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會（BSI）等機構(gòu)不斷制訂/修訂配套的BIM標(biāo)準(zhǔn)和文件。由此可見，英國的BIM技術(shù)推廣不僅是深入的，而且是全范圍、全領(lǐng)域的。

國內(nèi)BIM技術(shù)在交通領(lǐng)域的發(fā)展

2004年，Autodesk公司在中國的AutoCAD2005產(chǎn)品發(fā)布會上，首次在中國提出BIM技術(shù)。“十一五”期間，BIM進入國家科技支撐計劃重點項目。2016年7月至今，交通運輸部先后下發(fā)了《關(guān)于實施綠色公路建設(shè)的指導(dǎo)意見》《關(guān)于打造公路水運品質(zhì)工程的指導(dǎo)意見》《交通運輸部辦公廳關(guān)于印發(fā)推進智慧交通發(fā)展行動計劃（2017-2020年）的通知》等一系列文件，均要求在項目中采用BIM技術(shù)。

2017年9月交通運輸部下發(fā)的《關(guān)于開展公路BIM技術(shù)應(yīng)用示范工程建設(shè)的通知》中明確在項目設(shè)計、施工、運維不同階段BIM的應(yīng)用，同時確定第一批公路BIM示范項目；2017年12月《交通運輸部辦公廳關(guān)于推進公路水運工程BIM技術(shù)應(yīng)用的指導(dǎo)意見》明確，到2020年要初步建立相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系，明顯提升BIM技術(shù)應(yīng)用的深度、廣度、設(shè)計能力，有效推進BIM基礎(chǔ)平臺建設(shè)，復(fù)雜項目實現(xiàn)BIM技術(shù)進行項目管理及養(yǎng)護決策等一系列要求。

在行業(yè)政策發(fā)布的同時，國內(nèi)多個省市先后提出了關(guān)于推進BIM技術(shù)應(yīng)用的文件，推動BIM在本區(qū)域內(nèi)的發(fā)展。如上海發(fā)布了《關(guān)于進一步加強上海市建筑信息模型技術(shù)推廣應(yīng)用的通知》，廣東發(fā)布了《關(guān)于開展建筑信息模型BIM技術(shù)推廣應(yīng)用工作的通知》，北京發(fā)布了《民用建筑信息模型設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》等。

在標(biāo)準(zhǔn)制訂方面，清華大學(xué)BIM課題組于2011年12月發(fā)布了《中國建筑信息模型標(biāo)準(zhǔn)框架研究》。2012年1月，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部開始制定國家BIM標(biāo)準(zhǔn)，該系列標(biāo)準(zhǔn)分為3個層次和5本標(biāo)準(zhǔn)。除國標(biāo)外，在制造業(yè)、市政行業(yè)和鐵路行業(yè)，也發(fā)布了相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，一些發(fā)達地區(qū)也制定了相應(yīng)的地方標(biāo)準(zhǔn)。在交通基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域，交通運輸部也開始制定公路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在2018年內(nèi)發(fā)布公路標(biāo)準(zhǔn)的征求意見稿。在政府的主導(dǎo)和相關(guān)團體、機構(gòu)的推動下，中國正在交通基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域掀起一場BIM技術(shù)研究和應(yīng)用的熱潮。

BIM技術(shù)在交通領(lǐng)域的研發(fā)與應(yīng)用

中交第二公路勘察設(shè)計研究院有限公司依據(jù)自身經(jīng)驗將交通基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域的BIM模型分為環(huán)境模型和工程模型。環(huán)境模型包含項目區(qū)域的地形、地物和地質(zhì)模型，工程模型則包含工程本身如路基、橋梁、隧道、交通工程、互通等眾多專業(yè)的模型。

應(yīng)用先進的勘測手段建立環(huán)境模型

在交通基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域，BIM的基礎(chǔ)首先是環(huán)境模型的搭建，中交第二公路勘察設(shè)計研究院有限公司的BIM技術(shù)團隊（簡稱“BIM研發(fā)團隊”）根據(jù)不同區(qū)域范圍有針對性地選擇勘測手段搭建環(huán)境模型。在野外大范圍環(huán)境中，采用激光掃描技術(shù)完成地形數(shù)據(jù)采集。以直升機或汽車為搭載平臺，集成激光雷達、全球定位系統(tǒng)、數(shù)字影像等先進技術(shù)手段，安全、快速、準(zhǔn)確、密集獲取高精度三維地表信息，獲取的信息可直接應(yīng)用于構(gòu)建地表三維模型。

在建筑物密集區(qū)域，則可采用無人機傾斜攝影完成地形、地物的數(shù)據(jù)采集。通過在無人機上搭載多臺相機，從正攝和其他4個傾斜角度采集影像數(shù)據(jù)，實現(xiàn)地物模型分離，形成地形、地物三維模型。

將地形、地物模型與依據(jù)地質(zhì)勘察資料而創(chuàng)建的地質(zhì)模型融合，再疊加路網(wǎng)、水網(wǎng)等地理信息，最終形成環(huán)境模型。

研發(fā)作業(yè)工具參數(shù)化構(gòu)建工程模型

通過長期的應(yīng)用實踐，BIM研發(fā)團隊結(jié)合交通基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域的專業(yè)特點，研究出了多款作業(yè)工具，以實現(xiàn)參數(shù)化構(gòu)建工程模型。如在公路工程領(lǐng)域，團隊研發(fā)出了路線和橋梁專業(yè)BIM自動建模軟件，其在繼承傳統(tǒng)設(shè)計軟件的專業(yè)流程基礎(chǔ)之上，實現(xiàn)了參數(shù)化設(shè)計，并輸出圖紙與BIM模型。這種方式不僅能解決效率問題，同時更能保證模型與設(shè)計信息的一致性，能較好地適應(yīng)設(shè)計生產(chǎn)的需要。

除常規(guī)工程模型外，研發(fā)團隊還針對特殊結(jié)構(gòu)類工程模型，在通用建模軟件上結(jié)合工程特點進行二次開發(fā)，實現(xiàn)參數(shù)化建模。如在隧道工程方面，結(jié)合隧道工程特點，按照施工工法分類，分別建立了鉆爆法和盾構(gòu)法隧道工程構(gòu)件庫，并開發(fā)了輔助建模軟件；在軌道交通方面，結(jié)合城市軌道交通的特點，按照建筑、結(jié)構(gòu)、暖通、給排水、電氣、系統(tǒng)六大專業(yè)，分別建立工程族庫，并開發(fā)了輔助建模軟件。

在我國西部地區(qū)，橋梁通常要跨越高深峽谷，峽谷中的風(fēng)對橋梁安全是一大威脅。針對這種情況，BIM技術(shù)可以通過建立分析模型，在設(shè)計階段模擬出大橋的抗風(fēng)能力。

緯地交通工程軟件中的BIM技術(shù)及應(yīng)用

數(shù)字化的成果交付

公路與城市道路作為帶狀工程，往往里程長，組成元素種類多，且數(shù)量大，如某山區(qū)高速公路全長約300公里，橋隧比45%，互通式立交25處，項目區(qū)域范圍1000余平方公里，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)達到200G以上，工程規(guī)模巨大。為了實現(xiàn)這類項目的交付，BIM研發(fā)團隊研發(fā)了基于互聯(lián)網(wǎng)的模型集成平臺——BIM云平臺，該平臺能夠融合多源數(shù)據(jù)、支持通用數(shù)據(jù)格式，并能實現(xiàn)大體量BIM成果輕量化遠程使用。另外，值得一提的是，該平臺結(jié)合正在編寫的公路行業(yè)BIM標(biāo)準(zhǔn)，從公路工程構(gòu)件分類出發(fā)，結(jié)合自身特點，提出了更細化更具操作性的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式，平臺執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)更加符合工程應(yīng)用需求，同時也具備良好的前瞻性。以BIM云平臺為依托，不僅能集成“GIS+BIM”，同時實現(xiàn)了模型信息的關(guān)聯(lián)存儲與統(tǒng)計，模型相關(guān)的工程信息，如幾何尺寸、材料型號、設(shè)計技術(shù)、產(chǎn)品性能等均可在云平臺中體現(xiàn)，從而實現(xiàn)工程項目的數(shù)字化交付。

施工、運營階段的BIM應(yīng)用

BIM技術(shù)貫穿項目的設(shè)計、施工、運營所有階段，前一階段的BIM模型數(shù)據(jù)為后一階段的工作開展提供數(shù)據(jù)支持。BIM作為信息存儲載體，可在施工、運營階段的應(yīng)用發(fā)揮重要作用。在設(shè)計成果數(shù)字化交付的基礎(chǔ)之上，BIM研發(fā)團隊將BIM云平臺的BIM模型構(gòu)件與工程建設(shè)管理系統(tǒng)中的工程對象相關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)BIM模型與建設(shè)管理數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通，建設(shè)管理系統(tǒng)可根據(jù)需要隨時調(diào)取BIM云平臺中的數(shù)據(jù)用于施工期的項目管理，BIM云平臺也可以將建設(shè)管理系統(tǒng)中的項目管理信息、文件存儲、整合，并交付項目運營階段，以實現(xiàn)BIM技術(shù)在項目全壽命周期中的應(yīng)用。

交通領(lǐng)域的BIM技術(shù)發(fā)展建議與展望

隨著BIM技術(shù)在國內(nèi)建筑領(lǐng)域應(yīng)用的不斷深入，將繼續(xù)引領(lǐng)相關(guān)領(lǐng)域的信息革命已經(jīng)成為共識。而在交通基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域，由于發(fā)展時間短，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、制度尚未出臺，設(shè)計單位、業(yè)主、施工單位等對BIM的認(rèn)識不到位、不統(tǒng)一，BIM技術(shù)在該領(lǐng)域的發(fā)展受到很大制約。

為此，首先應(yīng)完善標(biāo)準(zhǔn)體系，制定收費辦法，明確經(jīng)費的出處與收費的標(biāo)準(zhǔn)。其次應(yīng)規(guī)范BIM工作的具體內(nèi)容，明確要做什么，并且進一步說明需要BIM工作的深度，也就是交付成果要求，這樣才能保障BIM技術(shù)的良性發(fā)展。