BIM技術(shù)在公路工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

張曉鵬

摘 要：隨著交通運(yùn)輸業(yè)地位的日益凸顯，我國(guó)公路工程規(guī)模不斷擴(kuò)大。公路工程設(shè)計(jì)是影響公路工程質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，而建筑信息模型（BIM）是優(yōu)化公路工程設(shè)計(jì)的新工具。隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，BIM技術(shù)在公路工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，有助于提高工程質(zhì)量。因此，本文首先論述了BIM技術(shù)特點(diǎn)，然后分析了我國(guó)公路工程設(shè)計(jì)中的BIM技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀，最后提出公路工程中的BIM技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)，以期提高我國(guó)公路工程質(zhì)量，保障公路運(yùn)輸安全。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);公路工程設(shè)計(jì);質(zhì)量;運(yùn)輸安全

中圖分類號(hào)：U412文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2020）35-0119-03

Abstract： With the increasingly prominent status of the transportation industry， the scale of China's highway projects continues to expand. Highway engineering design is an important link that affects the quality of highway engineering， and building information modeling （BIM） is a new tool to optimize highway engineering design. With the rapid development of information technology， BIM technology is more and more widely used in highway engineering design， which helps improve the quality of engineering. Therefore， this paper first discussed the characteristics of BIM technology， and then analyzed the application status of BIM technology in China's highway engineering design， and finally put forward the key points of BIM technology application in highway engineering， in order to improve the quality of China's highway engineering and ensure the safety of highway transportation.

Keywords： BIM technology;highway engineering design;quality;transportation safety

信息時(shí)代，信息技術(shù)逐漸影響公路工程設(shè)計(jì)，而充分利用先進(jìn)信息技術(shù)，能夠有效提高公路工程設(shè)計(jì)的科學(xué)性、準(zhǔn)確性與可行性，保障公路工程順利施工。近年來(lái)，我國(guó)大力開展公路工程，但是影響公路工程設(shè)計(jì)水平的因素較多，設(shè)計(jì)質(zhì)量要求高。因此，公路工程設(shè)計(jì)要合理利用BIM技術(shù)，降低各種不確定因素的影響，不斷修改與完善方案，保證方案質(zhì)量。

1 BIM技術(shù)的概念及特點(diǎn)

1.1 概念

BIM技術(shù)通常指的是建筑信息模型，設(shè)計(jì)人員通過多種方式獲取工程數(shù)據(jù)信息，然后結(jié)合工程項(xiàng)目實(shí)際條件，建立具有相關(guān)真實(shí)信息的模型。最早運(yùn)用BIM技術(shù)的是建筑工程，隨著BIM技術(shù)在建筑工程中的作用越來(lái)越明顯，其逐漸推廣并應(yīng)用于其他領(lǐng)域。BIM技術(shù)以真實(shí)、有效的數(shù)據(jù)信息為基礎(chǔ)，因此數(shù)據(jù)信息收集是否準(zhǔn)確是影響B(tài)IM技術(shù)應(yīng)用效果的關(guān)鍵因素。

1.2 特點(diǎn)

目前，BIM技術(shù)在公路工程中的應(yīng)用仍處于探索階段。人們要研究BIM技術(shù)特點(diǎn)，優(yōu)化BIM技術(shù)的相關(guān)軟件應(yīng)用，為我國(guó)公路工程科學(xué)、可靠的設(shè)計(jì)提供技術(shù)支持，加快我國(guó)公路建設(shè)進(jìn)度。從整體來(lái)看，BIM技術(shù)具有可視性、協(xié)同性、準(zhǔn)確性和模擬性。

1.2.1 可視性。BIM技術(shù)具有可視性，能夠?qū)崿F(xiàn)工程周邊環(huán)境狀況和公路路面路基設(shè)計(jì)的可視化展現(xiàn)，清晰地呈現(xiàn)公路工程的三維情況和立體模型，將公路工程施工各環(huán)節(jié)展示出來(lái)。三維模型的呈現(xiàn)能夠讓設(shè)計(jì)人員在立體模型中尋找設(shè)計(jì)靈感。

1.2.2 協(xié)同性。公路工程設(shè)計(jì)涉及的環(huán)節(jié)眾多，需要各部門加強(qiáng)溝通，尤其是設(shè)計(jì)單位、施工單位之間的溝通與交流。BIM具有協(xié)同作用，能夠提供協(xié)同服務(wù)，為相關(guān)單位提供信息，使信息得到共享，使工程相關(guān)的各個(gè)主體準(zhǔn)確表達(dá)需求，減少因溝通不暢造成的失誤，有效節(jié)約設(shè)計(jì)成本，避免設(shè)計(jì)人員為了得到數(shù)據(jù)信息而重復(fù)工作，提高設(shè)計(jì)方案的實(shí)效性[1]。

1.2.3 準(zhǔn)確性。BIM技術(shù)利用獲取的數(shù)據(jù)作為參數(shù)，直觀地展示公路工程三維立體模型。通過大數(shù)據(jù)分析，設(shè)計(jì)人員可以快速計(jì)算出工程現(xiàn)有曲面及設(shè)計(jì)曲面之間的土方量，并生成土方調(diào)配表，確定工程挖填量、土方堆放位置及移動(dòng)方向等數(shù)據(jù)，進(jìn)而明確工程材料需求量。各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息的精準(zhǔn)計(jì)算減少了工程施工的誤差率。

1.2.4 模擬性。不同于其他技術(shù)，BIM技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)可視化模擬。設(shè)計(jì)人員可以利用計(jì)算機(jī)技術(shù)的分析能力和篩選能力，有效獲取相關(guān)參數(shù)，并建立公路工程三維立體模型，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。在公路工程中，設(shè)計(jì)人員運(yùn)用BIM技術(shù)，能夠快速確定公路的坡度、線型、交互式平面交叉路口模型等，由于施工圖和標(biāo)注始終處于最新狀態(tài)，設(shè)計(jì)人員可以集中精力優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2 我國(guó)公路工程設(shè)計(jì)中BIM技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

在我國(guó)，BIM技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于建筑、港口等行業(yè)。目前，BIM技術(shù)在建筑、港口中的應(yīng)用能夠貫穿“建管養(yǎng)運(yùn)”整個(gè)過程，取得了良好效果。與建筑、港口工程相比，公路工程設(shè)計(jì)和施工本身的影響因素較多，尤其是前期設(shè)計(jì)，需要考慮的影響因素更多，專業(yè)性更強(qiáng)。因此，人們要系統(tǒng)地研究、了解與學(xué)習(xí)BIM技術(shù)，并做好運(yùn)用與推廣。目前，我國(guó)設(shè)計(jì)人員對(duì)BIM技術(shù)在公路工程中的應(yīng)用了解較為片面，不夠深入，BIM技術(shù)應(yīng)用較為單一，以構(gòu)建CAD三維模型為主，沒有充分發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)[2]。

3 公路工程設(shè)計(jì)中的BIM技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

公路工程設(shè)計(jì)是建設(shè)單位建設(shè)目的及建設(shè)要求的集中體現(xiàn)，是施工單位能否保質(zhì)保量如期完成公路工程施工的重要指南?？茖W(xué)、合理的公路工程設(shè)計(jì)方案在整個(gè)公路工程中起著關(guān)鍵性作用，直接決定公路工程質(zhì)量。因此，研究公路工程設(shè)計(jì)中的BIM技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)，具有現(xiàn)實(shí)性和必要性。

3.1 利用BIM技術(shù)進(jìn)行環(huán)境模型處理

3.1.1 建立環(huán)境模型的必要性。公路工程設(shè)計(jì)階段，應(yīng)用BIM技術(shù)的關(guān)鍵步驟是以獲取的數(shù)據(jù)作為參數(shù)，建立公路工程環(huán)境模型。建立環(huán)境模型是公路工程結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，能夠有效保障后期設(shè)計(jì)的正常進(jìn)行，環(huán)境模型涉及的參數(shù)是科學(xué)預(yù)測(cè)公路工程量的依據(jù)，能夠?yàn)楣こ塘繙y(cè)算提供數(shù)據(jù)參考。同時(shí)，環(huán)境模型的建立能夠保障后期公路施工的順利進(jìn)行。

3.1.2 建立環(huán)境模型的要點(diǎn)。公路工程設(shè)計(jì)階段要建立環(huán)境模型，其間主要利用計(jì)算機(jī)技術(shù)取得三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，再根據(jù)CAD地形圖的矢量化特點(diǎn)，進(jìn)行測(cè)算和數(shù)據(jù)分析，以確保其符合公路工程地面情況，在此基礎(chǔ)上建立三角網(wǎng)格地形模型。然后，要借助航拍及衛(wèi)星等手段，對(duì)比航拍照片、衛(wèi)星照片與三角網(wǎng)格地形模型，以達(dá)到重疊為止，這樣能夠充分保證地面狀況、地質(zhì)地況真實(shí)、清晰，根據(jù)實(shí)際需要，為環(huán)境模型添加相關(guān)內(nèi)容，完善環(huán)境模型板塊，尤其是地面實(shí)際分布的鐵路、公路以及已有規(guī)劃區(qū)[3]。

地形因素會(huì)影響公路工程設(shè)計(jì)和施工，加上公路工程的空間跨度大，使得公路工程設(shè)計(jì)具有一定的難度。因此，在建立環(huán)境模型時(shí)，人們可以利用傾斜測(cè)量與激光點(diǎn)云，將地質(zhì)地貌數(shù)據(jù)添加到環(huán)境模型中。設(shè)計(jì)階段充分考慮地質(zhì)地貌因素的影響，可以為施工階段規(guī)避地質(zhì)地貌因素的影響做好準(zhǔn)備。即使出現(xiàn)線路和地面狀況發(fā)生變化，環(huán)境模型也能夠第一時(shí)間感知并做出相應(yīng)變化，及時(shí)獲取變動(dòng)數(shù)據(jù)，使得設(shè)計(jì)方案能夠根據(jù)實(shí)際變動(dòng)情況進(jìn)行調(diào)整，保證設(shè)計(jì)方案科學(xué)、合理、可行[4]。

3.2 利用BIM技術(shù)進(jìn)行工程模型處理

公路工程設(shè)計(jì)階段，人們要合理利用BIM技術(shù)進(jìn)行工程模型處理。

3.2.1 構(gòu)建三維路線模型。當(dāng)前，部分公路工程設(shè)計(jì)單位仍主要運(yùn)用二維線路設(shè)計(jì)，較少使用三維路線模型。這是因?yàn)槎S線路設(shè)計(jì)可以有效地對(duì)公路工程相關(guān)設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行匹配，比較靈活，局限較少。但是，當(dāng)路線平縱發(fā)生變化時(shí)，二維路線設(shè)計(jì)往往不能及時(shí)感應(yīng)，不利于設(shè)計(jì)方案的及時(shí)調(diào)整與優(yōu)化。利用BIM技術(shù)構(gòu)建公路工程三維路線模型，可以實(shí)現(xiàn)路線平縱設(shè)計(jì)功能，并實(shí)時(shí)對(duì)路線平縱進(jìn)行調(diào)整，減少追蹤路線平縱變化的時(shí)間消耗，提高了這一環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)效率。

3.2.2 構(gòu)建路基路面模型。構(gòu)建公路工程路基路面模型的主要方法是定制橫斷面模板。公路工程設(shè)計(jì)階段，橫斷面模板主要考慮的因素是道路綠化帶位置、路面結(jié)構(gòu)、擋墻位置、人行道寬度與線型、路面邊坡、道路兩邊邊坡和排水溝等，根據(jù)各個(gè)因素的要求尺寸，定制橫斷面模板，以確保后期施工條件的實(shí)現(xiàn)。另外，對(duì)于具體涉及的各部分工程量，可在模型中根據(jù)各計(jì)算公式得到具體的數(shù)據(jù)[5]。

3.2.3 構(gòu)建橋梁模型。公路工程設(shè)計(jì)中經(jīng)常會(huì)遇到橋梁設(shè)計(jì)，橋梁設(shè)計(jì)技術(shù)要求高，難度大，影響遠(yuǎn)，因此在進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)時(shí)要深入研究橋梁模型的構(gòu)建。橋梁模型由橋梁上部結(jié)構(gòu)模型和橋梁下部結(jié)構(gòu)模型組成，兩部分設(shè)計(jì)考慮的重點(diǎn)不一樣。具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)橋梁上部結(jié)構(gòu)主要是箱梁或T梁時(shí)，要采用BIM軟件中的GC和Revit技術(shù)，獲取相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行建模;當(dāng)橋梁上部結(jié)構(gòu)主要是鋼桁架時(shí)，要采用BIM軟件中的ProStructures技術(shù)。橋梁下部結(jié)構(gòu)建立模型時(shí)，要考慮的是橋墩的各個(gè)參數(shù)，其間可以采用BIM軟件中的MicroStation技術(shù)，對(duì)橋墩單元庫(kù)參數(shù)進(jìn)行分析，根據(jù)不同的橋墩參數(shù)，構(gòu)建不同的橋墩模型，同時(shí)要考慮橋墩的墩徑和墩高、橋墩的樁徑和樁長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的參數(shù)變化，及時(shí)優(yōu)化模型。

3.2.4 構(gòu)建隧道模型。我國(guó)公路工程受地質(zhì)地貌因素影響較大，經(jīng)常會(huì)有隧道工程設(shè)計(jì)。隧道工程設(shè)計(jì)考驗(yàn)著設(shè)計(jì)單位的設(shè)計(jì)水平，也直接關(guān)系施工安全和運(yùn)行安全，而利用BIM技術(shù)構(gòu)建隧道模型，能夠有效預(yù)防不可預(yù)估因素。其間，既要構(gòu)建隧道主體結(jié)構(gòu)模型，又要構(gòu)建隧道橫通道、隧道洞門、隧道通風(fēng)井等結(jié)構(gòu)的模型。構(gòu)建隧道主體結(jié)構(gòu)模型時(shí)，應(yīng)注意的是隧道橫斷面模型設(shè)計(jì)，BIM技術(shù)可以確保隧道襯砌結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)信息準(zhǔn)確，保證標(biāo)準(zhǔn)橫斷面尺寸信息精確，最大限度減少誤差。對(duì)于隧道其他結(jié)構(gòu)模型的設(shè)計(jì)，主要考慮的是位置設(shè)定，根據(jù)主體結(jié)構(gòu)模型比例，調(diào)整橫通道、隧道洞門和通風(fēng)井等模型位置，為隧道工程設(shè)計(jì)提供更加有效的安全信息，提高隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[6]。人們要充分利用BIM技術(shù)的可視化特點(diǎn)，把握建模參數(shù)與實(shí)際工程的匹配度。

3.2.5 構(gòu)建交叉工程模型。在公路工程設(shè)計(jì)中，最常使用的是平面交叉設(shè)計(jì)。利用BIM技術(shù)構(gòu)建交叉平面工程模型時(shí)，需要注意的是，首先確定公路路面邊線的空間位置、平面交叉路脊線的空間位置，兩點(diǎn)確定后，建立三角網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而對(duì)平面交叉豎向進(jìn)行設(shè)計(jì)。構(gòu)建平面交叉工程模型時(shí)，要考慮人行道因素，增加平面設(shè)計(jì)的完整性。

3.2.6 構(gòu)建景觀綠化模型。景觀綠化設(shè)計(jì)對(duì)公路后期運(yùn)行、養(yǎng)護(hù)具有重要意義，在前期設(shè)計(jì)中，景觀綠化模型真實(shí)、合理、可行對(duì)公路交通運(yùn)行安全，城市市容市貌優(yōu)化都有促進(jìn)作用。因此，利用BIM技術(shù)構(gòu)建景觀綠化模型，能夠提高景觀設(shè)計(jì)的實(shí)效性，通過模型的可視化對(duì)景觀綠化種類及類別及時(shí)進(jìn)行調(diào)整、更換，最大限度地節(jié)約成本。

4 結(jié)語(yǔ)

公路工程設(shè)計(jì)充分利用BIM技術(shù)，有助于提高公路工程設(shè)計(jì)水平和施工質(zhì)量，方便后期養(yǎng)護(hù)管理。在公路工程中，BIM技術(shù)應(yīng)用主要通過設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行和維護(hù)等方面體現(xiàn)。BIM技術(shù)在公路工程設(shè)計(jì)中的大力推廣和應(yīng)用有利于我國(guó)交通運(yùn)輸業(yè)的長(zhǎng)期發(fā)展，對(duì)擴(kuò)大交通運(yùn)輸業(yè)規(guī)模，加快工程建設(shè)進(jìn)度，延長(zhǎng)公路使用壽命，保證道路交通安全都有重要意義。從目前來(lái)看，充分發(fā)揮BIM技術(shù)在公路工程設(shè)計(jì)中的作用，仍需要較長(zhǎng)時(shí)間，因此，公路工程設(shè)計(jì)人員要加強(qiáng)對(duì)BIM技術(shù)的理論研究與實(shí)踐探索，重視BIM技術(shù)在公路工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，充分發(fā)揮BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，提升公路工程設(shè)計(jì)水平。

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