BIM技術(shù)在道路工程中的應(yīng)用

王勝霞

摘要：借鑒BIM技術(shù)在建筑行業(yè)的成功使用經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合道路工程前期客流預(yù)測、道路設(shè)計(jì)各個(gè)階段設(shè)計(jì)、施工全過程以及后期運(yùn)維全過程相關(guān)信息技術(shù)，提出了將BIM技術(shù)運(yùn)用于城市道路工程設(shè)計(jì)一施工全過程中的思路。采用一站式的基于BIM技術(shù)的多軟件協(xié)同作業(yè)方式，建立包含整個(gè)流程的平臺(tái)，采用IFC標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)傳輸結(jié)構(gòu)，通過BIM技術(shù)建立總體場景，將所有專業(yè)集成，模擬設(shè)計(jì)、施工等多個(gè)步驟，得出方案比選結(jié)果及方案存在的漏洞，最終達(dá)到可直觀判斷方案整體協(xié)調(diào)性的效果。研究成果對于BIM技術(shù)在中國道路設(shè)計(jì)中的發(fā)展提供了技術(shù)路線、設(shè)計(jì)理念以及技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);道路工程;模型;信息

中圖分類號：U415 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0引言

BIM（Building Information Modeling），目前被廣泛翻譯為建筑信息模型，但其實(shí)BIM可以應(yīng)用于幾乎所有的建設(shè)行業(yè)。BIM技術(shù)的基本原理是建模一仿真一分析，建模的數(shù)據(jù)來源于項(xiàng)目的基礎(chǔ)資料，包括地形地貌、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)等。信息、標(biāo)準(zhǔn)是以工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎(chǔ)，通過模型的建立，運(yùn)用數(shù)字信息仿真模擬建設(shè)項(xiàng)目的真實(shí)信息。BIM是通過三維的建設(shè)模型代替?zhèn)鹘y(tǒng)的二維圖紙表達(dá)的一種設(shè)計(jì)思路，是一種更高級的表現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖方式。將BIM技術(shù)運(yùn)用在建設(shè)項(xiàng)目全過程，設(shè)計(jì)意圖表達(dá)更加完整、設(shè)計(jì)變更率降低，還可以從源頭控制項(xiàng)目投資，同時(shí)它具有信息完備性、信息關(guān)聯(lián)性、信息一致性、可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性八大特點(diǎn)。

目前該技術(shù)廣泛應(yīng)用于建筑行業(yè)，技術(shù)較為成熟，在市政道路項(xiàng)目方面尚且處于摸索階段，但是發(fā)展趨勢已經(jīng)逐漸明朗，不久后BIM將會(huì)運(yùn)用到市政項(xiàng)目的設(shè)計(jì)一施工全過程中。信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用是提升工程管理、設(shè)計(jì)、施工效率的有效方式之一，充分利用信息技術(shù)及多種信息技術(shù)問的集成，提升不同主體間的溝通能力，加強(qiáng)工程管理等都是在當(dāng)前條件下可以實(shí)現(xiàn)的有效方式。

1道路工程特點(diǎn)分析

道路工程分城市道路系統(tǒng)和公路系統(tǒng)，城市道路的平面線位需嚴(yán)格遵循城市的總體路網(wǎng)規(guī)劃，但其他附屬工程復(fù)雜，需考慮沿線交叉口、非機(jī)動(dòng)車、行人、兩側(cè)建筑物以及地下管線等，主要設(shè)計(jì)難點(diǎn)是兼顧道路橫斷面、平面以及縱斷面設(shè)計(jì)的同時(shí)考慮沿線交叉口功能、路基路面設(shè)計(jì)、沿線橋涵的設(shè)計(jì)、景觀綠化、交通安全、監(jiān)控、給排水以及地下管線的鋪設(shè)等多個(gè)專業(yè);公路的選線考慮因素有地理位置、社會(huì)情況、自然條件和工程的難易等，主要設(shè)計(jì)難點(diǎn)在于線路選取是否為最佳位置。道路設(shè)計(jì)過程中的每一個(gè)專業(yè)、每一個(gè)指標(biāo)都有嚴(yán)格的規(guī)范，各專業(yè)之間相互限制、約束，須相互協(xié)調(diào)。

在市政項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中交叉節(jié)點(diǎn)是設(shè)計(jì)難點(diǎn)，也是方案的關(guān)鍵。交叉節(jié)點(diǎn)分為平面交叉和立體交叉，平面交叉設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是交叉口尺寸，立體交叉的設(shè)計(jì)牽扯因素較多，形式較多，在空間存在交叉，設(shè)計(jì)難度較大，需要考慮的專業(yè)也較多。其中最關(guān)鍵的步驟在于立交選型，BIM技術(shù)可以幫助搭建空間結(jié)構(gòu)，進(jìn)行空間分析，實(shí)現(xiàn)專業(yè)自身和與其他專業(yè)的銜接自查，包含專業(yè)較多、精度較高，深度探索方案實(shí)施的可行性，定量分析方案各項(xiàng)指標(biāo)，有助于設(shè)計(jì)人員定性分析方案的優(yōu)缺點(diǎn)，對于選出最佳方案很有幫助。

2BIM特點(diǎn)

BIM技術(shù)工作原理是通過數(shù)字信息的導(dǎo)人將建筑實(shí)體動(dòng)態(tài)三維呈現(xiàn)，但是表現(xiàn)形式只是BIM技術(shù)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，BIM主要的優(yōu)勢在于可以檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的合理性、正確性，以及后期施工過程全模擬，避免設(shè)計(jì)沖突、施工沖突、施工延誤以及設(shè)計(jì)美觀度的直觀體現(xiàn)。

3BIM技術(shù)道路行業(yè)規(guī)范化技術(shù)路線

道路設(shè)計(jì)過程需要各個(gè)專業(yè)問信息傳遞、回饋、對接。為保證各個(gè)專業(yè)以及設(shè)計(jì)流程的高效、順暢，可以采用一站式的基于BIM技術(shù)的多軟件協(xié)同作業(yè)方式，建立包含整個(gè)流程的平臺(tái)，采用IFC標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)傳輸結(jié)構(gòu)。IFC（Industry Foundation Class）產(chǎn)生于1994年Au-todesk公司發(fā)起的一項(xiàng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，用于定義建筑信息可擴(kuò)展的統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式，功能為輔助建筑、工程以及施工軟件這三個(gè)程序之間的互傳。IFC標(biāo)準(zhǔn)的核心技術(shù)內(nèi)容分為兩個(gè)部分，一個(gè)是工程信息如何描述，另一個(gè)是工程信息如何被獲取。IFC標(biāo)準(zhǔn)可以促成不同軟件數(shù)據(jù)源的有效鏈接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在產(chǎn)品全生命周期各階段的共享和交互。目前各BIM應(yīng)用軟件也基本上完成了對IFC數(shù)據(jù)格式的支持開發(fā)，IFC標(biāo)準(zhǔn)是BIM技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。

對于城市道路而言，道路平面及縱斷面設(shè)計(jì)必須遵循城市總體規(guī)劃，建模基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要包括：道路沿線地形地貌、城市總體規(guī)劃、地勘資料、周邊建筑物范圍、地下管線布置情況;公路設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于選線的科學(xué)性、合理性以及經(jīng)濟(jì)性，建模基礎(chǔ)為：地形地貌、不良地質(zhì)勘察情況。建模步驟（如圖1所示）：（1）將上述影響因素輸入至系統(tǒng)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，系統(tǒng)自動(dòng)識別并同步進(jìn)行分析各個(gè)因素對整體設(shè)計(jì)的影響;（2）實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案落地;（3）公路項(xiàng)目空間關(guān)系簡單，可通過3D模型，直觀判斷方案與周邊的環(huán)境互適性、用地適應(yīng)性以及周邊其他建筑銜接性，市政道路工程空間關(guān)系復(fù)雜，通過BIM技術(shù)建立總體場景，將所有專業(yè)集成，可直觀判斷方案整體協(xié)調(diào)性，主要包括路線方案起終點(diǎn)的高程是否與既有路相接、縱坡是否與相交道路進(jìn)行順接，路基路面設(shè)置是否合理，下穿或者上跨方案凈空是否滿足要求、與地下管線是否存在碰撞，景觀設(shè)置是否與周邊環(huán)境相適宜，各專業(yè)設(shè)計(jì)方案指標(biāo)是否符合規(guī)范，為技術(shù)可行性提供保障;（4）方案比選功能，通過工程經(jīng)濟(jì)學(xué)、美觀度、安全性等多個(gè)方面量化進(jìn)行比較，推薦較優(yōu)的方案;（5）通過輸入預(yù)測的未來年交通量，BIM技術(shù)進(jìn)行區(qū)域交通仿真演示，突出項(xiàng)目建設(shè)必要性;（6）在項(xiàng)目施工圖階段，整個(gè)工程過程中工序較多，存在很多的交叉、沖突，施工過程安排不合理就會(huì)延誤工期，造成經(jīng)濟(jì)損失。BIM技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)施工全過程模擬，同時(shí)優(yōu)化施工決策，形成最佳施工次序，保證施工可操作性，明確提升施工效率和工程質(zhì)量，提升其準(zhǔn)確性，形成良好的發(fā)展循環(huán)。目前建筑行業(yè)較為成熟的BIM技術(shù)應(yīng)用也主要在于施工過程的控制，通過模型的反饋，整體的施工過程得到提升，成本也在這個(gè)過程中得到有效控制，減少了返工、誤工的概率，同時(shí)有效規(guī)避了可能出現(xiàn)的施工風(fēng)險(xiǎn)。

4結(jié)束語

時(shí)代高速發(fā)展，信息化、自動(dòng)化將會(huì)惠及每一個(gè)行業(yè)。當(dāng)初CAD的出現(xiàn)使得工程制圖速度和效率得到質(zhì)的飛躍，但是根據(jù)時(shí)代特點(diǎn)和行業(yè)發(fā)展，目前單純的制圖軟件已經(jīng)不能滿足行業(yè)的發(fā)展，BIM三維制圖終將取代CAD二維設(shè)計(jì)。

目前建筑行業(yè)已經(jīng)成熟運(yùn)用BIM技術(shù)，道路設(shè)計(jì)中存在牽扯專業(yè)眾多、空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜等困難，但BIM技術(shù)可以將多個(gè)模塊多個(gè)功能融合，在方案比選、空間關(guān)系碰撞以及最后效果展示等方面有著獨(dú)一無二的優(yōu)勢，未來發(fā)展前景廣闊。以往道路設(shè)計(jì)依賴經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，缺少一定的科學(xué)性和創(chuàng)新性，運(yùn)用建模可以補(bǔ)充這個(gè)缺陷，使得方案更具科學(xué)性、經(jīng)濟(jì)性。目前在施工工程設(shè)計(jì)以及施工領(lǐng)域，BIM技術(shù)尚處于摸索階段，且僅僅運(yùn)用在某個(gè)階段，例如地基處理、橋梁設(shè)計(jì)或者施工進(jìn)度管理等，并沒有將項(xiàng)目從設(shè)計(jì)到施工整體貫穿起來，缺少連貫性。目前根據(jù)建筑項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)可知，工程設(shè)計(jì)三維化是大勢所趨，將BIM技術(shù)運(yùn)用在道路、公路建設(shè)項(xiàng)目的各個(gè)分支上并進(jìn)行整合，數(shù)字模型和三維視頻終將替代圖紙出圖，設(shè)計(jì)成果直觀呈現(xiàn)，同時(shí)設(shè)計(jì)和施工過程緊密聯(lián)系，相互制約，提高建設(shè)項(xiàng)目的可行性、科學(xué)性、經(jīng)濟(jì)性，建設(shè)工程將會(huì)實(shí)現(xiàn)偉大的革命轉(zhuǎn)變。