BIM技術在改擴建公路工程的應用與研究

萬磊、鄒林、王誼

（中國建筑土木建設有限公司，北京 100067）

0 引言

要想提高公路工程的實施效果，就需要全面提升在設計階段BIM 等工程技術應用項目的高效性、自動性和全面性。在實際設計活動中，由于存在著不少BIM 技術難題，因此工程設計機構需要在保證高速公路工程總體穩(wěn)定與安全性的前提下，完善施工效益。在設計實踐中需要實現工程理論和實際緊密結合，進一步提高對BIM 技術應用的控制能力，從而整體提高公路工程的效益與應用能力。

1 BIM 技術的概念

BIM 技術創(chuàng)建于20世紀70年代，其技術被認定是建造工程全生命周期中的模型被整合在一個模塊中，這個模塊包括關于施工進度以及工程狀態(tài)等的數據。BIM 是一種大規(guī)模數據庫系統(tǒng)，其中包括關于建筑材料的全部數據，它可用來處理整個工程生命周期內的各種數據。以往的施工項目采取圖紙方式，通過對圖紙數據進行計算以實現管理，很難和特定的工程尺寸形成直接的聯(lián)系。BIM 作為一種綜合技術，利用數據的元素模擬房屋的構造并揭示房屋構件的主要物理特征。在BIM 技術的幫助下，可以通過建立3D 模型來進行對實際建設項目的3D 顯示，同時通過對成品建筑進行預模擬來完善產品設計過程。該建筑以非可視化的2D 平面結構圖為基礎，因此在3D 空間中，人們很容易忽視建筑物的主要特點，從而降低工程設計精度以及后期的及時性。

2 公路工程設計階段BIM 技術應用的重要性

公路工程設計階段BIM 的應用必須貫徹到位，完善的三維數據模型也需要應用到公路工程控制和管理的流程中。唯有在三維數據模型應用中進一步完善BIM 技術，才能真正提升公路工程數據處理和分析的技術性、科學性。在現階段，公路工程設計階段BIM 技術應用已經具有越來越明顯的安全性和越來越強烈的實用性，這同時也是為了提高工程設計效率、管理效果和滿足施工質量的需要。在公路工程設計階段中需要全面考量工程施工過程對設計執(zhí)行結果的影響。

另外，根據施工的規(guī)范和特點，在現階段需要更加注重構建施工管理綜合模型。在當前實施城鎮(zhèn)化的過程中，公路工程數據模型構建的自動度、高效性是十分關鍵的，是進一步提升城鎮(zhèn)化管理水平和運營能力的關鍵方面，為維護城鎮(zhèn)化的安全運行，還需要強化與高速公路建設信息分析等環(huán)節(jié)的數據共享，更加注重整體建模、工程分析的技術要求，以達到在高速公路設計階段BIM 信息技術應用的最好效果。只有充分把控模型制作的實際情況和性能需求，才能不斷推進設計階段BIM 技術應用的功能發(fā)揮，實現更加良好的效益。

3 公路工程設計階段BIM 技術應用中存在的問題

3.1 設計階段BIM 技術應用的效果不足

設計階段BIM 技術應用中對于各方面因素的考慮不夠到位，設計人員往往忽略了某一個方面的影響，只是依據要求來計算數據，而忽視了現實中的種種客觀條件，如自然條件、地理環(huán)境、交通狀況等。公路工程設計中的結構設計、材料審核與選擇、工程運營維護方面也考慮得不夠全面，導致公路工程承載能力不足，整體性能和使用質量降低。因為在現階段對公路工程建設中BIM 技術應用工作的關注度還不夠，使得BIM 技術應用成效不足，與此同時在公路工程模型建設之前的家族庫建設、施工數據計算并未形成相應的效率和效益，使得建模制作效果不夠，也無法保證工程的平穩(wěn)與安全。所以，在實踐過程中缺少對設計階段BIM 技術使用的關注度，一方面破壞了工程設計經濟效益和實際應用功能，另一方面在設計階段的BIM 技術使用過程中加大了不必要的資源和能源消耗。

3.2 公路工程設計的能力和水平偏低

設計階段BIM 的使用能力欠缺也是造成施工性能問題的最主要因素。在設計階段，部分工程設計技術人員由于自己技術能力和工程設計水平的局限，在設計工作中未能清楚地標示設計文件，對橋梁的受力方式和受力部位也無法清晰形象地表達，從而造成公路工程部分構件的受力集中，受力分析不科學，整體承載能力降低。BIM 的應用設計中需要考慮工程人員素質和技術能力，以此為基礎確定出正確、合理的工程量估算策略與方法。設計人員在工程實踐中沒有做出進一步完善的方案，導致公路工程數據模型構建措施未能發(fā)揮出應有的效果。另一主要原因是公路工程族庫建設時在信息分析工作中出現了缺陷，如數據分析技術不能滿足國家相關規(guī)定與規(guī)范，在進行建設的整體模擬過程中也無法達到對三維數據模型的需求，從而大大降低了在設計階段對BIM 技術應用的力度。

4 BIM 方法在公路改擴建工程不同時期的應用

4.1 設計階段

BIM 道路設計是一個綜合型的信息系統(tǒng)設計，融合了土木建筑工程和通信安全等方面的知識，它們由多個學科設計者的研究和結果所集成。由于公路建設項目的復雜性以及跨學科的設計概念和藍圖之間往往彼此矛盾，因此造成建設項目返工速度較慢，項目建造時間也更長。BIM 技術可用來解釋在不同學科建設項目中的競爭，從而優(yōu)化工程項目設計質量，減少土地所有者的建造成本。隨著項目的逐步實施，相關部門將不斷改革創(chuàng)新，關于該項目的資訊也將逐步增多。

4.2 合理設計施工方案

在原來的工程設計階段，由于各個技術工程的技術人員相互之間無法實現高效的互動和交流，因此非常容易產生設計方案的變更、后期返工等情況。而通過應用BIM 技術能夠清楚顯示工程設計方案，從而便于在各個專業(yè)工程技術人員之間做出合理調度，并迅速解決出現的情況，具體應用方法如下。由于通過應用BIM 技術能夠直接向項目管理技術人員展示工程施工方案，從而可以使他們直觀清楚地看到整個高速公路的施工流程，并充分理解不同工期時點與工期過程間存在的時間交錯問題，從而使整個公路工程建設的質量大幅度改善，而且也能夠使整個工程建設方案的質量穩(wěn)定性獲得良好保證。通過在公路建筑施工過程中應用BIM 技術，可以搞好對建設施工現場的勘察工程，從而減少建設施工現場中引起重大安全事故的概率，使建筑施工安全狀況得以大幅度改善。在公路的建筑施工過程中必須保證模板設置正確，焊接嚴密，不得發(fā)生滲漏的現象。

4.3 數據信息化

為了在道路施工中應用BIM 技術，工作人員需要將相應的數據和要求導入計算機設備，并建立相應的施工模式，以便達到數據信息化要求。到目前為止，和土木工程有關的主要工作是將各種數據以圖紙的方式展示，或以紙質方式提供給使用者。尤其是在近年來，人們利用BIM 技術為建筑設計者制作3D 模型創(chuàng)造條件，而建筑設計模型也隨著建筑設計的多樣化和復雜化，對設計者的需求也日益提高。而與此同時，建筑設計者又面對著嚴峻考驗。利用BIM 設計技術能夠獲取大量和可視化排水的建筑設計模型信息和資料，為順利進行建筑設計工作提供了良好的依據。

4.4 智能工程

BIM 技術在高速改擴建工程中的應用，完全說明了建造項目正朝著高度智能的方向發(fā)展。而采用BIM 技術施工高速公路將擴大智能信息技術的應用范圍，可在工程實施過程中對施工動態(tài)信息進行連續(xù)管理，由此也可以大大提高項目的施工效率。另外，通過視覺建筑模擬手段，BIM 技術能夠進一步優(yōu)化建筑方案。利用BIM 技術，能夠促進高速公路建設項目的多元化并最大限度地增加項目利潤。

4.5 資源共享

和以前的建設工作一樣，建設企業(yè)的各個部分都必須彼此協(xié)作，不過大多數企業(yè)當前的建設部分還是單一的，相互之間缺乏交流與互動。通過采用BIM 信息技術，能夠達到共享設計信息資料的目標，并且技術人員能夠利用相關信息系統(tǒng)作為支撐，進而顯著提高施工管理水平。同樣，使用BIM 信息技術能夠提高部門間的協(xié)同，從而減少建筑施工中的差錯。另外，BIM 信息技術還能夠在高速公路施工期間使用，以更加豐富數據。

5 提高路橋工程設計階段BIM 技術應用水平的策略

5.1 在設計階段應用BIM 技術自動計算工程量

路橋項目建設時需要在設計階段使用BIM 的自動測算工程量，因為包含的各種施工數據都比較復雜，信息量相當大，信息處理和分析操作都相當困難，所以采用BIM 的模型數據庫存放大量信息，并且利用電腦實現高效率讀取。BIM 數據庫還能夠進行工程量的自動分類與測算，在這個過程中大大減少因人工運算而出現的故障現象。路橋設計變更以后，BIM 技術自動測算的工作量也相應變更，從而保證工程量數據的準確性和科學性。

另外，利用BIM 設計的關系數據庫，能夠形成路橋建筑三維數據模型，其信息模塊可以集成各種信息，包含構件圖塊、模板、視圖的各種圖元，且各種圖元之間彼此關聯(lián)。通過使用BIM 的基礎軟件構建的數據庫，能夠準確高效地獲得實物數據。此外，工作人員利用數據庫接口也能夠獲得實物數據。設計人員應當加強數據模型構建的模型制作，數據模型構建內容具備復雜性，應不斷優(yōu)化模型制作手段，將設計階段BIM 技術應用落實到位，督促設計單位嚴格按照規(guī)范進行設計，按照工程管理的要求制作模型。此外，在設計階段BIM 技術應用過程中應緊緊把控族庫建設與數據計算的效果，將成本控制與工序管理落實到細節(jié)之處。按照設計要求來落實設計階段BIM 技術應用，實現更加合理、協(xié)調的工程量計算措施，必須加強路橋工程整體模型的信息共享和工程量數據分析，實現路橋工程設計階段BIM 技術應用的高質量進行。

5.2 創(chuàng)新協(xié)同化的工作模式和工程管理模式

BIM 技術在設計階段的應用可以完善路橋建設基本標準，應用協(xié)同化的工作模式來充分提升路橋設計的質量，設計人員通過選取技術水準高的BIM 技術軟件，統(tǒng)一插件與接口輸出形式，可以實現設計標準的統(tǒng)一，充分實現設計人員的工作需求。此外，通過創(chuàng)新協(xié)同化的工作模式和施工管理機制，施工人員能夠合理調配施工整體模式，從而達到更為優(yōu)秀的施工效益，并充分發(fā)揮在設計階段BIM 信息技術應用工作的有效性，以更規(guī)范的設計要求和標準來提高施工運營管理的效益與功能。關于項目施工過程中必須落實的前期數據準備工作，通過深入研究數據系統(tǒng)，在保證工程總體平穩(wěn)與安全的基礎上，逐步完成關于工程數據模型的建設質量和施工效益。

6 結語

工程項目通過應用BIM 技術實現了現場布局及優(yōu)化，大大減少了場布土地面積和臨水臨電管理費，同時充分發(fā)揮了已有資源，有效降低了前期投資。把原來獨立建設的水泥拌制站、瀝青拌和站、水穩(wěn)拌制站統(tǒng)一規(guī)劃到某個體系中，共用同一組篩分體系、同一套管理體系，因此大大減少了土地使用面積，降低了場站建設管理費用。應用BIM 技術危險建筑可視化方案分析，結果更加直觀、精準，有效保障了施工安全并提升了建筑品質，節(jié)省了工程時間。同時，應用BIM 技術全面分析輔助方案的設計論證，有效地加強了方案設計論證效果。