BIM技術(shù)在公路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用與實(shí)踐研究

摘要：所謂BIM技術(shù)，是一種應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)、建造、管理的數(shù)據(jù)化工具。在信息技術(shù)快速發(fā)展的當(dāng)下，BIM（建筑信息模型）技術(shù)在公路設(shè)計(jì)與施工中得到了更加廣泛地應(yīng)用，并在提升公路設(shè)計(jì)水平等方面發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。在本研究中，將針對(duì)BIM技術(shù)的特點(diǎn)及其在公路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行重點(diǎn)研究。通過本研究，希望能夠進(jìn)一步強(qiáng)化BIM技術(shù)在公路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用水平。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);公路設(shè)計(jì);應(yīng)用現(xiàn)狀

一、引言

所謂BIM技術(shù)，即建筑信息模型技術(shù)。這一概念最早在美國被提出和應(yīng)用。而在我國，BIM技術(shù)的引進(jìn)和應(yīng)用時(shí)間已經(jīng)超過10年。在很多大型工程的設(shè)計(jì)和施工中，還技術(shù)都得到了比較廣泛地應(yīng)用[1]。在這一前提下，針對(duì)該技術(shù)在公路施工中的應(yīng)用情況與實(shí)際應(yīng)用措施進(jìn)行研究就具備了重要的意義。在本文中，將對(duì)BIM技術(shù)的特點(diǎn)、在公路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用現(xiàn)狀和加強(qiáng)該技術(shù)應(yīng)用水平的措施進(jìn)行重點(diǎn)研究。

二、BIM技術(shù)的特點(diǎn)

與傳統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)相比，BIM技術(shù)具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和造價(jià)精準(zhǔn)性等特點(diǎn)。在這些特點(diǎn)的影響下，一方面，由于應(yīng)用了BIM技術(shù)進(jìn)行工程設(shè)計(jì)和施工，我國公路施工企業(yè)的設(shè)計(jì)與施工水平都得到了顯著提升。另一方面，在應(yīng)用BIM技術(shù)之后，設(shè)計(jì)與施工人員能夠更加直觀的發(fā)現(xiàn)工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)和施工中存在的問題并加以解決。可以說，這些特點(diǎn)為BIM技術(shù)的廣泛應(yīng)用提供了有力的基礎(chǔ)保障。

（一）可視化

BIM技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的最主要功能之一就是構(gòu)建建筑的三維模型。在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)，建筑工程的設(shè)計(jì)圖紙都是二維圖紙。而BIM技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)圖紙的立體化和三維化，并在這一基礎(chǔ)上構(gòu)建可視化的建筑三維立體模型。與傳統(tǒng)的二維圖紙相比，依托BIM技術(shù)構(gòu)建的三維模型在可視化這一特征方面處于更高的水平。在當(dāng)下，隨著工程建設(shè)技術(shù)水平的不斷提升，各種類型的工程建設(shè)工作在設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)思路方面變得愈發(fā)復(fù)雜。因此，具有可視化特點(diǎn)的BIM技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值也得到了更大幅度地提升。例如，在進(jìn)行公路工程設(shè)計(jì)的過程中，利用BIM技術(shù)可以生成精確的橋梁和隧道構(gòu)造圖，并在這一基礎(chǔ)上進(jìn)行施工[2]。如圖1所示，圖1中的三維立體圖像為某公路橋梁橋墩部位。

（二）協(xié)調(diào)性

在公路工程設(shè)計(jì)過程中，需要應(yīng)用建筑學(xué)、結(jié)構(gòu)學(xué)和機(jī)電專業(yè)的相關(guān)知識(shí)與人員。而在這相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)，公路工程設(shè)計(jì)中上述各個(gè)不同系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)水平一直無法得到大幅度提升。而在應(yīng)用BIM技術(shù)之后，這一問題得到了很好地解決。之所以如此，最主要的原因就是該技術(shù)具有非常好的協(xié)調(diào)性，能夠在工程設(shè)計(jì)和施工過程中對(duì)各個(gè)不同部門和系統(tǒng)之間的工作進(jìn)行有效地協(xié)調(diào)，從而保障工程設(shè)計(jì)與施工的順利進(jìn)行。同時(shí)，在具備良好協(xié)調(diào)性的基礎(chǔ)上，BIM技術(shù)的應(yīng)用，也使得公路項(xiàng)目建設(shè)過程中公路主體結(jié)構(gòu)與附屬設(shè)施的配套性得到了更大程度地提升[3]。

（三）模擬性

在進(jìn)行公路工程設(shè)計(jì)和施工的過程中，BIM技術(shù)中的相關(guān)軟件不僅能夠快速建立三維立體模型，而且能夠通過模擬動(dòng)畫的形式模擬出項(xiàng)目施工的各個(gè)步驟。在這一基礎(chǔ)上，三維模型就變?yōu)槟M化的四維模型。同時(shí)，BIM技術(shù)還能夠?qū)υ牧线M(jìn)場(chǎng)、施工中的勞動(dòng)力分配等活動(dòng)進(jìn)行事前模擬，并在這一基礎(chǔ)上對(duì)事先制定好的施工方案進(jìn)行更加科學(xué)的優(yōu)化與創(chuàng)新，進(jìn)一步提升施工的效率和質(zhì)量。例如，在圖2中，就是針對(duì)公路橋梁施工過程進(jìn)行的模擬。通過觀察可以看出，該圖面是某公路施工中路面鋪設(shè)步驟的四維施工模擬圖。可以說，正是由于具備了模擬性這一特點(diǎn)，導(dǎo)致BIM技術(shù)在公路工程設(shè)計(jì)和施工中具有了更大的應(yīng)用價(jià)值。

（四）優(yōu)化性

在經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的當(dāng)下，公路項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和施工工作變得愈發(fā)復(fù)雜。因此，單獨(dú)依靠施工設(shè)計(jì)人員自身的素質(zhì)難以保障設(shè)計(jì)和施工方案的盡善盡美。而在應(yīng)用BIM技術(shù)之后，該技術(shù)能夠利用相關(guān)的計(jì)算機(jī)軟件和模擬技術(shù)一次生成多個(gè)施工方案，便于設(shè)計(jì)者和施工單位進(jìn)行更加全面的對(duì)比和選擇。從這一角度來看，BIM技術(shù)具有非常好的優(yōu)化性特點(diǎn)。

（五）造價(jià)精確性

BIM技術(shù)的核心就是將各個(gè)構(gòu)件的相關(guān)數(shù)據(jù)信息形成可視化的參數(shù)，并在這一基礎(chǔ)上通過對(duì)構(gòu)件進(jìn)行模擬化的拉伸、旋轉(zhuǎn)等操作，能夠?qū)Ω鱾€(gè)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)和對(duì)質(zhì)量的要求進(jìn)行更加全面地了解，并在這一基礎(chǔ)上通過對(duì)采購方案進(jìn)行優(yōu)化達(dá)到對(duì)采購成本與工程造價(jià)進(jìn)行精確控制的目標(biāo)[4]?？梢哉f，這一特點(diǎn)對(duì)BIM技術(shù)的應(yīng)用于推廣起到了相當(dāng)大的促進(jìn)作用。

三、公路設(shè)計(jì)中常用的BIM技術(shù)應(yīng)用平臺(tái)

在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的當(dāng)下，只依靠一類軟件進(jìn)行BIM技術(shù)的運(yùn)用已經(jīng)無法滿足公路工程設(shè)計(jì)的需求。因此，各種以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)的新型計(jì)算機(jī)軟件開始面世和應(yīng)用，并成為BIM技術(shù)的重要應(yīng)用平臺(tái)。在本文中，將針對(duì)Autodesk、Bentley、Nemetschek、Dassault幾種BIM技術(shù)應(yīng)用平臺(tái)進(jìn)行簡要的介紹。

（一）Autodesk

Autodesk軟件是由Autodesk公司研發(fā)和設(shè)計(jì)的一款設(shè)計(jì)軟件。該軟件依托BIM技術(shù)設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)方案和圖紙的三維立體建模，并在這一基礎(chǔ)上提升工程設(shè)計(jì)的速度與質(zhì)量。與其他軟件相比，該軟件的最主要優(yōu)勢(shì)之一就是操作簡單。同時(shí)，由于軟件中擁有第三方開發(fā)的內(nèi)容，因而工程設(shè)計(jì)者能夠在進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)的過程中查看和參考成功的工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案對(duì)自身的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化和完善。因此，現(xiàn)階段Autodesk軟件在公路工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用比較廣泛。

（二）Bentley

在BIM設(shè)計(jì)軟件中，Bentley公司研發(fā)的主要用于設(shè)計(jì)公路、橋梁、機(jī)場(chǎng)、大廈等大型工程建設(shè)項(xiàng)目。在該軟件系統(tǒng)中，擁有很多系統(tǒng)自帶的BIM模型。由于公路、橋梁等大型工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)具有很多共同特點(diǎn)，因而設(shè)計(jì)人員只需要針對(duì)系統(tǒng)自帶的類似模型進(jìn)行改變和創(chuàng)新就能夠完成工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)工作?？梢哉f，該軟件的應(yīng)用能夠大幅度減少設(shè)計(jì)人員的工作量，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)工作效率和質(zhì)量的進(jìn)一步提升。

（三）Nemetschek

在軟件中應(yīng)用BIM技術(shù)最早開始于Nemetschek公司。通過將BIM技術(shù)融入軟件之中，Nemetschek公司開發(fā)了多款用于工程設(shè)計(jì)的軟件，并在工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)與建設(shè)過程中得到了比較廣泛地應(yīng)用。但是由于該軟件平臺(tái)中的系統(tǒng)功能與我國大多數(shù)工程項(xiàng)目建設(shè)企業(yè)使用的設(shè)計(jì)軟件并不匹配，導(dǎo)致Nemetschek軟件在我國的應(yīng)用范圍相對(duì)比較有限。在當(dāng)下，該軟件在歐美國家的大型工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用比較廣泛。

（四）Dassault

法國Dassault公司針對(duì)大型工程設(shè)計(jì)中BIM技術(shù)的應(yīng)用方式也進(jìn)行了深入研究，并在這一基礎(chǔ)上開發(fā)了多款工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)軟件。與其他類型的軟件相比，Dassault設(shè)計(jì)的軟件更加適用于對(duì)大型建筑工程進(jìn)行設(shè)計(jì)。例如，我國的北京奧運(yùn)會(huì)主會(huì)場(chǎng)鳥巢就是在Dassault公司研發(fā)的多款設(shè)計(jì)軟件的支持下設(shè)計(jì)和施工的。而在公路工程設(shè)計(jì)和施工中，該軟件技術(shù)的應(yīng)用相對(duì)較少。

四、BIM技術(shù)在公路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

通過以上研究可以發(fā)現(xiàn)，在當(dāng)下，BIM技術(shù)在建筑和公路設(shè)計(jì)施工中都得到了比較廣泛地應(yīng)用。由于該技術(shù)具有可視化、協(xié)調(diào)化等特點(diǎn)，因而其大范圍的應(yīng)用促進(jìn)了建筑和公路施工設(shè)計(jì)水平的進(jìn)一步提升。但是必須看到，在公路設(shè)計(jì)和施工中應(yīng)用BIM技術(shù)，也逐漸暴露出了一些問題。因此，需要制定更加科學(xué)的措施促進(jìn)BIM技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用水平的進(jìn)一步提升。在本文中，將針對(duì)該技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀、面臨的實(shí)際問題和解決措施進(jìn)行全面研究。

（一）應(yīng)用現(xiàn)狀

在我國，為通過交談建設(shè)進(jìn)一步刺激經(jīng)濟(jì)發(fā)展，我國政府部門和相關(guān)企業(yè)在道路交通設(shè)施建設(shè)方面投入了相當(dāng)大的精力和海量的資金。在這一基礎(chǔ)上，BIM技術(shù)的應(yīng)用也變得愈發(fā)頻繁。由于BIM具有可視化、協(xié)調(diào)性等特征，因而能夠在設(shè)計(jì)和施工方案的制定過程中發(fā)揮出非常大的作用[5]。

眾所周知，在當(dāng)下，我國很多公路施工企業(yè)的設(shè)計(jì)方案仍然停留在平面圖紙階段，設(shè)計(jì)人員在這一基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)，并在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行考察之后對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行調(diào)整。但是在BIM技術(shù)模式下，已經(jīng)可以事先設(shè)計(jì)圖紙的三維立體建模。在這一基礎(chǔ)上，越來越多的施工企業(yè)開始在工程設(shè)計(jì)階段應(yīng)用BIM技術(shù)，并希望通過該技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)工作效率與質(zhì)量的進(jìn)一步提升。例如在圖3中，某公路項(xiàng)目設(shè)計(jì)中應(yīng)用了BIM技術(shù)進(jìn)行了三維立體建模。通過圖3可以發(fā)現(xiàn)，在三維立體模型中，公路的周邊環(huán)境、設(shè)計(jì)路線等信息都得到了比較直觀的反應(yīng)，因而能夠幫助設(shè)計(jì)者對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行更加科學(xué)的優(yōu)化和完善[6]。

在將使用BIM技術(shù)生成的路線模型與地形模型結(jié)合之后，能夠非常直觀的發(fā)現(xiàn)新建公路工程與原有地形地貌之間的交互關(guān)系。在這一基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)人員能夠提出更加科學(xué)的設(shè)計(jì)方案，并通過設(shè)計(jì)和構(gòu)建橋梁、隧道的方式實(shí)現(xiàn)工程施工效率與施工質(zhì)量的進(jìn)一步提升。之后，還能夠應(yīng)用BIM技術(shù)生成更加精確的施工效果圖。

（二）遇到的困難

在將BIM技術(shù)應(yīng)用于公路項(xiàng)目設(shè)計(jì)和施工的過程中，也逐漸出現(xiàn)了一些需要解決的問題。其中，最主要的問題之一就是現(xiàn)有的BIM技術(shù)更加適用于建筑設(shè)計(jì)和施工。由于公路設(shè)計(jì)施工與建筑的設(shè)計(jì)施工存在較大差異，因而導(dǎo)致BIM技術(shù)在公路項(xiàng)目設(shè)計(jì)中無法達(dá)到最佳的應(yīng)用效果。在具體表現(xiàn)方面，建筑施工設(shè)計(jì)中有比較集中的設(shè)計(jì)主體，因而能夠輕松做到設(shè)計(jì)和施工的標(biāo)準(zhǔn)化。而在公路設(shè)計(jì)和施工中，應(yīng)用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的難度則相對(duì)較大，因而導(dǎo)致其對(duì)公路設(shè)計(jì)和施工效率的提升無法發(fā)揮最大的促進(jìn)作用。同時(shí)，由于公路施工需要面對(duì)復(fù)雜的路況和地形，因而對(duì)公路設(shè)計(jì)BIM技術(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理的技術(shù)難度比較大。在當(dāng)下，無論國內(nèi)外的軟件開發(fā)企業(yè)在這一方面都沒有形成能夠?qū)嶋H應(yīng)用的研究成果[7]。

（三）解決措施

鑒于BIM應(yīng)用于公路項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)存在的現(xiàn)實(shí)困難，需要采取科學(xué)的措施加以應(yīng)對(duì)和解決。在具體措施方面：

1. 雖然現(xiàn)階段BIM技術(shù)在公路設(shè)計(jì)中無法達(dá)到最佳應(yīng)用效果，但與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)相比仍然具有無可比擬的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。因此，需要公路施工企業(yè)在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上進(jìn)一步增加BIM技術(shù)的應(yīng)用范圍，并在這一前提下對(duì)BIM技術(shù)應(yīng)用過程中形成的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)進(jìn)行總結(jié)，為BIM技術(shù)的進(jìn)一步升級(jí)提供更多能夠借鑒的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。這一措施不僅能夠幫助施工企業(yè)提升自身的設(shè)計(jì)與施工水平，而且能夠幫助軟件研發(fā)企業(yè)和相關(guān)部門進(jìn)一步加快BIM技術(shù)的研發(fā)與升級(jí)進(jìn)程，從而為該技術(shù)在公路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用提供基礎(chǔ)保障。

2. 我國各大高校需要進(jìn)一步加大培養(yǎng)BIM技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用人才的力度，通過在高校中增加相關(guān)專業(yè)和引進(jìn)國外先進(jìn)研究成果等方式提升自身的教育水平，培養(yǎng)出更多的BIM技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用人才。在這一基礎(chǔ)上，我國的BIM技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用水平就能夠得到更進(jìn)一步的提升[8]。

五、結(jié)論

綜上所述，在公路設(shè)計(jì)與施工中，BIM技術(shù)的應(yīng)用不僅能夠促進(jìn)設(shè)計(jì)與施工水平的進(jìn)一步提升，而且能夠幫助公路施工企業(yè)進(jìn)一步加強(qiáng)自身的設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量。但是在當(dāng)下，由于BIM技術(shù)并非專門用于公路設(shè)計(jì)的技術(shù)，因而其實(shí)際應(yīng)用效果還存在一定的提升空間。在本研究中，針對(duì)這一問題進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并為其制定了解決方案。通過本研究，希望能夠幫助公路施工企業(yè)進(jìn)一步強(qiáng)化BIM技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用水平，實(shí)現(xiàn)我國公路建設(shè)水平的進(jìn)一步提升。

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通訊作者：陳彥君，1985年3月，男，漢族，內(nèi)蒙古武川人，就職于內(nèi)蒙古交通設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，高級(jí)工程師，碩士研究生。研究方向：公路工程。