BIM技術(shù)在交通工程中的應(yīng)用與研究

楊 婧

(山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司,山西 太原 030006)

1 概述

“建筑信息模型”(BIM)這個(gè)概念是由行業(yè)分析師Jerry Laiserin于2002年年初提出的，用于描述虛擬設(shè)計(jì)，建筑和設(shè)施管理。BIM流程圍繞虛擬模型展開，將信息共享化貫穿于整個(gè)建筑行業(yè)領(lǐng)域中[1]。BIM在中國最成熟的應(yīng)用是沖突檢測(cè)和建筑服務(wù)系統(tǒng)的集成和優(yōu)化。在BIM項(xiàng)目中，行業(yè)專業(yè)人員相互協(xié)作的最常見方式是通過建立信息模型來分析可施工性問題，并根據(jù)其對(duì)成本和進(jìn)度的影響來評(píng)估變更。BIM實(shí)現(xiàn)了從傳統(tǒng)2D設(shè)計(jì)到動(dòng)態(tài)3D建模的演進(jìn)。用戶向模型添加的數(shù)據(jù)越多，它們的效率就越高。除了項(xiàng)目的3D可視化之外，還可以對(duì)模型中的特定對(duì)象進(jìn)行更廣泛的分析，例如施工執(zhí)行，進(jìn)度安排和成本控制。隨著BIM技術(shù)在國內(nèi)建筑工程項(xiàng)目的推廣應(yīng)用,國內(nèi)許多城市都陸續(xù)推出BIM推廣的相關(guān)政策。BIM技術(shù)在建筑領(lǐng)域已建立的方法和技術(shù)在交通行業(yè)的應(yīng)用中同樣顯示出巨大的潛力。本文通過對(duì)比BIM在建筑行業(yè)的應(yīng)用方式，將BIM、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)應(yīng)用于交通工程中的可能性展開了多方位的研究。

2 BIM在交通行業(yè)應(yīng)用空間

2.1 垂直建筑與水平建筑

首先，建筑行業(yè)信息模型與交通行業(yè)信息模型有一定的區(qū)別。建筑信息模型主要用于建筑物和其他垂直建筑，例如醫(yī)院、學(xué)校、體育場(chǎng)、高層建筑等。而水平建筑，例如橋梁、道路、隧道等，從規(guī)劃，建造到運(yùn)營和維護(hù)的整個(gè)生命周期都大不相同，每個(gè)都有不同的建造方法、組件和技術(shù)難題。例如，公路和橋梁在很大程度上依賴地形和重型土方作業(yè)，而建筑物則對(duì)地形依賴較少。

2.2 成本控制

根據(jù)現(xiàn)有建筑行業(yè)的BIM應(yīng)用可知，BIM的花費(fèi)在項(xiàng)目初期似乎增加了項(xiàng)目成本，但依據(jù)Minehane等[2]的調(diào)查結(jié)果表明，該成本的支出在項(xiàng)目建設(shè)中帶來了可觀收入。使用BIM代替?zhèn)鹘y(tǒng)的文檔編制方法有助于業(yè)主精準(zhǔn)的估算成本，建立財(cái)務(wù)和計(jì)劃。它有助于準(zhǔn)確和詳盡地捕獲和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的過程，同時(shí)減少了所需的時(shí)間和人力。因此，在交通工程項(xiàng)目中實(shí)施BIM可以使設(shè)計(jì)方、業(yè)主和政府受益最大化。

2.3 風(fēng)險(xiǎn)管理

BIM可以用作系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)管理工具來控制風(fēng)險(xiǎn)和提高安全性。在項(xiàng)目的4D計(jì)劃階段，可以定義和驗(yàn)證任務(wù)的順序和持續(xù)時(shí)間，從而可以進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管理和安全分析。BIM的應(yīng)用可以幫助總承包商降低風(fēng)險(xiǎn)并降低相關(guān)成本。它可以極大地幫助確定橋梁施工中的不確定性。BIM幫助專業(yè)人士減少施工階段的反復(fù)試驗(yàn)，從而提高生產(chǎn)率，同時(shí)減少與時(shí)間和成本相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)。也可以通過BIM功能可視化，模擬和量化風(fēng)險(xiǎn)。例如，橋梁可能會(huì)遭受洪水和其他自然災(zāi)害的威脅，因此沖刷是橋梁的重要風(fēng)險(xiǎn)，可能會(huì)導(dǎo)致橋梁倒塌。BIM可以幫助監(jiān)測(cè)和模擬從監(jiān)控設(shè)備的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力，以減少?zèng)_刷對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的危險(xiǎn)。

2.4 安全控制

通過運(yùn)用BIM進(jìn)行定期維護(hù)。可以有效控制預(yù)防災(zāi)難發(fā)生。例如，BIM可以對(duì)橋梁的結(jié)構(gòu)承重安全性能進(jìn)行評(píng)估，通過對(duì)橋梁進(jìn)行詳細(xì)的可視化展示，跟蹤和評(píng)估橋梁構(gòu)件的結(jié)構(gòu)狀況，以防止發(fā)生故障和危險(xiǎn)。BIM還可以對(duì)路邊設(shè)施的設(shè)計(jì)評(píng)估，采用BIM的道路照明，可以顯著提高道路和隧道的安全性。移動(dòng)式起重機(jī)的位置也可以使用BIM進(jìn)行評(píng)估和優(yōu)化，以提高現(xiàn)場(chǎng)和工作流程的安全性。BIM也可用于選擇最安全的施工方法，并規(guī)劃場(chǎng)地活動(dòng)以避免空間沖突。因此借助BIM技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)交通工程項(xiàng)目初期設(shè)計(jì)評(píng)審管理、施工進(jìn)度、后期改造運(yùn)維等項(xiàng)目全流程監(jiān)管。

2.5 虛擬設(shè)計(jì)與虛擬現(xiàn)實(shí)

通過更好地利用和可視化數(shù)據(jù)，交通工程的基礎(chǔ)架構(gòu)的虛擬設(shè)計(jì)，給原型設(shè)計(jì)和仿真為基礎(chǔ)架構(gòu)設(shè)計(jì)和管理帶來了便利。虛擬設(shè)計(jì)與實(shí)施可以應(yīng)用于基礎(chǔ)架構(gòu)的整個(gè)生命周期。它可以幫助提高可行性研究的質(zhì)量，不同的設(shè)計(jì)方案比較，可視化施工過程，研究項(xiàng)目的可操作性以及項(xiàng)目文檔查閱整合。通過使用此系統(tǒng)，交通工程項(xiàng)目的計(jì)劃和調(diào)度階段可以更輕松，更精確。通過可視化工作進(jìn)度，資源管理也將變得更加容易。

虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)技術(shù)可以為用戶提供更好的交互性，從而提高由3D模型獲得的收益水平。由3D軟件或激光掃描儀產(chǎn)生的模型可以在真實(shí)環(huán)境中進(jìn)行探索，并且可以向其中添加信息層。這些技術(shù)有助于擴(kuò)展項(xiàng)目的視野，并有助于施工現(xiàn)場(chǎng)的勘察設(shè)計(jì)。AR和VR也可以改善溝通并幫助整合思想。例如項(xiàng)目評(píng)審會(huì)議期間參會(huì)者的專業(yè)技能和看法可能不同，在AR和VR漫游環(huán)境下工作有助于更好地理解項(xiàng)目，并簡化不同人員之間的溝通。在這項(xiàng)技術(shù)中，可以將數(shù)據(jù)擴(kuò)充到3D模型或圖片視頻中，以幫助傳達(dá)想法。但由于目前常用的AR/VR平臺(tái)眾多，所需特殊的硬件包括大型計(jì)算機(jī)，手柄、頭戴設(shè)備、投影、觸覺式傳感器等成本高昂，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜、傳感器的信號(hào)接收質(zhì)量等因素也對(duì)技術(shù)實(shí)現(xiàn)有一定的挑戰(zhàn)。

3 結(jié)論與不足

雖然BIM可以幫助更好地管理數(shù)據(jù)，但集成到交通工程中仍存在一些障礙。規(guī)模差異是交通工程建模(例如大跨度鋼橋)中的一個(gè)重要問題。模型單位可以從幾厘米到千米不等，他們幾乎不能在同一個(gè)模型中建模。因此，它們應(yīng)該在單獨(dú)的模型中建模并鏈接在一起。由于建筑模型構(gòu)件比較多,對(duì)于大型的建筑施工項(xiàng)目需要較高的硬件平臺(tái)以支持unity3D與3DMAX的運(yùn)行。其他障礙例如成本昂貴、制度障礙、缺乏標(biāo)準(zhǔn)等都還需專業(yè)技術(shù)人員的共同努力，但是，了解智能城市的廣闊前景在使用BIM技術(shù)方面具有巨大潛力，并且整合所有交通基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)于在城市各個(gè)方面共享信息至關(guān)重要。例如，通過利用BIM鏈接到智能城市的其他方面，將傳感器或太陽能電池板嵌入人行道和其他結(jié)構(gòu)可能會(huì)大為受益。BIM已成為建筑行業(yè)的范式轉(zhuǎn)變，包括生命周期過程，項(xiàng)目交付和技術(shù)進(jìn)步。愿將BIM的所有重大進(jìn)展擴(kuò)展到運(yùn)輸行業(yè)。盡管這兩個(gè)行業(yè)之間存在各種差異，但是交通運(yùn)輸行業(yè)具有很大的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗梢岳盟袃?yōu)勢(shì)，同時(shí)可以學(xué)習(xí)和改進(jìn)建筑行業(yè)的經(jīng)驗(yàn)和挑戰(zhàn)。