BIM技術(shù)在公路設(shè)計中的應(yīng)用

田亞云、延喜寧、田建文

（1.榆林市公路局路橋設(shè)計院，陜西 榆林 719000；2.榆林市公路局，陜西 榆林 719000）

0 引言

在我國現(xiàn)階段的公路設(shè)計中，BIM 技術(shù)尚處在發(fā)展階段，BIM 技術(shù)的引進，將為我國建筑業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造出一個很好的發(fā)展空間，而且可以為項目后續(xù)節(jié)約更多的資金。鑒于BIM 具有諸多優(yōu)點，本文根據(jù)實際情況，提出了如何在公路設(shè)計中更好地應(yīng)用BIM 技術(shù)，通過分析，可以使公路設(shè)計的設(shè)計方案更具科學(xué)性以及合理性，可以有效推動公路設(shè)計行業(yè)的轉(zhuǎn)型。

1 BIM 技術(shù)概述

1.1 BIM 技術(shù)基本內(nèi)涵

BIM 技術(shù)是針對當(dāng)前的工程應(yīng)用需求開發(fā)出來的一種新的設(shè)計方法，能夠?qū)⒕唧w的項目數(shù)據(jù)導(dǎo)入計算機中，實現(xiàn)對項目的規(guī)劃和空間建模；可以對設(shè)計進行更加精確的修改、調(diào)整方案。這項技術(shù)的核心是能夠參與到工程的全過程中，并在工程的施工建設(shè)和后期的運營管理中起到持續(xù)作用。

1.2 BIM 技術(shù)特點

1.2.1 可視化

BIM 技術(shù)是三維技術(shù)，在設(shè)計時只需要增加相應(yīng)的幾何和非幾何數(shù)據(jù)，既可以幫助建立報告和3D 建模，又可以保證工程設(shè)計、施工和運營過程中的交流和決策，具有高度可視化的特點[1]。

1.2.2 信息化

信息化發(fā)展是指發(fā)展、培養(yǎng)以計算機為主要的智能技術(shù)，并將其作為新時代生產(chǎn)力的代表。而BIM 技術(shù)則是依靠信息化技術(shù)實現(xiàn)提高生產(chǎn)效率的目的，其本身便具備良好的信息獲取、傳遞、處理、再生、利用功能。另外，BIM 技術(shù)所生成的工程信息并非單獨的，它具有一定的規(guī)模和組織程度。因此，BIM 技術(shù)具有信息化的特點。

1.2.3 協(xié)同化

BIM 技術(shù)的協(xié)同化，是指用BIM 技術(shù)以達(dá)到技術(shù)變革的目的，BIM 技術(shù)在實際工作中的應(yīng)用可以有效改變過去各部門之間的關(guān)系，防止大量數(shù)據(jù)丟失。在具體實施過程中，采用數(shù)字信息模式，可以使施工單位能夠在同一平臺中開展各項工作，從而提高設(shè)計質(zhì)量，實現(xiàn)更好的設(shè)計效果。

2 BIM 技術(shù)在公路設(shè)計中應(yīng)用具備的優(yōu)勢

2.1 提升建模效率

將BIM 技術(shù)應(yīng)用到公路設(shè)計中，可以使相關(guān)設(shè)計者對公路道路狀況、營運功能、周邊環(huán)境等方面的信息進行綜合集成，同時通過可視化模型的建立，使這些信息可以在工程設(shè)計中得到更好的體現(xiàn)，從而為公路工程的合理規(guī)劃提供依據(jù)。與常規(guī)CAD 技術(shù)相比較，BIM 技術(shù)已從單純的基于圖形建模轉(zhuǎn)向了三維建模；通過3D 建模，使設(shè)計者可以更好地展現(xiàn)出較為復(fù)雜的立體形狀，從而使設(shè)計者在現(xiàn)實中更好地反映出其設(shè)計效果。這種方法不但可以有效解決以前圖紙設(shè)計中常見的弊端，減少設(shè)計誤差，還可以有效提高設(shè)計效率。此外，BIM 技術(shù)在公路設(shè)計中的應(yīng)用，可以將原有的平面圖進行優(yōu)化，從而達(dá)到更好的設(shè)計效果，這在提高模型的設(shè)計質(zhì)量、提高工作效率方面具有十分重大的現(xiàn)實價值。

2.2 保證設(shè)計準(zhǔn)確

將BIM 技術(shù)應(yīng)用到公路設(shè)計工作中，能較好地利用復(fù)合體積算法、平均斷面算法等先進算法，可以更高效、科學(xué)、準(zhǔn)確地計算原地面線和設(shè)計線的土方。此外，BIM 技術(shù)自身還可以形成土方配比圖標(biāo)，對土方開挖的深度進行解析，從而確定土坑、棄土堆的位置、土方量移動和具體方向，為工程建設(shè)的后續(xù)提供有利環(huán)境。另外，BIM 技術(shù)的應(yīng)用使設(shè)計者可以根據(jù)已有的模型來決定整個項目所需要的物料數(shù)量，利用這些資料進行成本控制，可以提高工程造價控制的整體水平。因此，BIM 技術(shù)在公路設(shè)計中的應(yīng)用，既能最大限度地利用BIM 技術(shù)的優(yōu)勢，又能對工程造價、工程量等進行科學(xué)的研究，可以對后續(xù)的工程造價控制和施工效果起到很好的保障作用[2]。

2.3 加強溝通聯(lián)系

在傳統(tǒng)的公路設(shè)計中，由于各環(huán)節(jié)的設(shè)計工作相互獨立，缺乏密切的聯(lián)系，因此在實際施工中很容易產(chǎn)生各種矛盾和沖突。BIM 技術(shù)在公路設(shè)計中的應(yīng)用，能夠推動工程建設(shè)的整合，增強工程的協(xié)調(diào)能力。指導(dǎo)各有關(guān)部門協(xié)調(diào)工作，以達(dá)到有效的信息共享。這樣既可以促進各個部門之間的密切關(guān)系，又可以通過研究來確定最合理的施工方案，可以有效根據(jù)施工過程中各個方面的矛盾，制定相應(yīng)對策，保證項目的進展更為順暢。由此可見，BIM 技術(shù)在公路設(shè)計中的應(yīng)用，可以為公路建設(shè)的各種后續(xù)工作提供有力保障，并為各部門之間的交流提供有效渠道，進一步保證項目的順利進行。

2.4 優(yōu)化設(shè)計模式

無論是哪一種設(shè)計，修改、優(yōu)化、調(diào)整都是不可或缺的一部分，以前的公路設(shè)計工作都是在設(shè)計完成之后，才會發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的缺陷，或者在設(shè)計階段修改設(shè)計圖。然而，因為BIM 技術(shù)在公路設(shè)計中的應(yīng)用，使得設(shè)計者能夠直接檢查、比較、分析公路工程的動態(tài)效果，從而把靜態(tài)設(shè)計工作動態(tài)化。就算有變化，工程量、進度等調(diào)整工作也會相對容易一些。BIM 技術(shù)使得工程調(diào)試工作變得簡單明了，只需簡單地進行模型運算就可以精確地調(diào)整方案，再通過對調(diào)整后的方案進行合理性檢驗，從而使資源得到最大限度的發(fā)揮。

3 BIM 技術(shù)在公路設(shè)計中的應(yīng)用現(xiàn)狀

當(dāng)前，BIM 技術(shù)在公路設(shè)計中的應(yīng)用受到諸多因素的制約。具體而言，首先，由于公路工程的特殊性，使BIM 技術(shù)的應(yīng)用變得更加困難。公路工程具有涉及范圍廣、距離遠(yuǎn)等特點，相對其他建設(shè)項目，需要對周邊環(huán)境進行更為細(xì)致的考慮，從而使施工難度增大。因此，BIM 技術(shù)在實際公路設(shè)計中的應(yīng)用還存在著一定的困難，與其他工程BIM 技術(shù)的應(yīng)用效果相比，相對較差。其次，缺乏相應(yīng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的支撐，使其在實際中的應(yīng)用效果不明顯。BIM 技術(shù)在我國建筑工程中得到了廣泛的應(yīng)用，積累了豐富的經(jīng)驗，并且我國也正在制定相應(yīng)的BIM 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，確保數(shù)據(jù)輸入速度和格式一致。但BIM 技術(shù)在國內(nèi)的公路設(shè)計工作中還處于初級階段，不僅經(jīng)驗不足，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也不健全。此外，由于公路工程本身的特性，所涉及的信息太多，使得技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)不能得到有效確定。再次，缺乏與公路設(shè)計相關(guān)功能的支撐，缺乏相應(yīng)的應(yīng)用系統(tǒng)。BIM 技術(shù)是一項融合了信息化管理、三維建模等技術(shù)的新型技術(shù)，要提高BIM 技術(shù)在公路設(shè)計中的實際應(yīng)用效果，必須提高BIM 技術(shù)的輔助功能，但目前我國在這一領(lǐng)域尚有不足之處，比如有關(guān)三維建模的軟件，國內(nèi)有些軟件與國外的技術(shù)水平有很大的差距，這些功能上無法充分地適應(yīng)公路設(shè)計工作的要求，無法充分發(fā)揮BIM 技術(shù)的作用，進而對公路設(shè)計工作產(chǎn)生不利影響。最后，缺少專門的應(yīng)用人員，缺乏優(yōu)秀的人才。BIM 技術(shù)是一項受到政府高度重視、業(yè)界公認(rèn)的新技術(shù)，各高校紛紛設(shè)立相應(yīng)的專業(yè)，以提高學(xué)生的素質(zhì)。然而，就目前BIM 技術(shù)的培訓(xùn)現(xiàn)狀來看，BIM 技術(shù)的培訓(xùn)主要集中在建設(shè)領(lǐng)域，而對公路設(shè)計等方面的人才培訓(xùn)意識不強。這導(dǎo)致了BIM技術(shù)在公路設(shè)計中的應(yīng)用缺乏專業(yè)人才給予支撐，不能確保BIM 技術(shù)在工程領(lǐng)域的推廣[3]。

4 BIM 技術(shù)在公路設(shè)計中的有效應(yīng)用對策

4.1 積極融合多種技術(shù)

由于公路建設(shè)具有工程量大、涉及范圍廣等特點，因此在技術(shù)上的應(yīng)用難免會出現(xiàn)一些問題，這就使得BIM 技術(shù)在實踐中的應(yīng)用變得越來越困難。所以，在實際的工程中，應(yīng)積極地把BIM 技術(shù)與其他技術(shù)相融合，根據(jù)公路工程的實際情況，采用多種工藝配合設(shè)計，減少設(shè)計難度，保證設(shè)計的合理、科學(xué)和全面。如將BIM 技術(shù)與GIS 技術(shù)相融合，一方面能解決工程項目的規(guī)模大、工程量大、環(huán)境復(fù)雜等問題。另一方面，利用BIM 技術(shù)可以實現(xiàn)對工程方案進行合理設(shè)計。這種方法在大規(guī)模的項目中，具有很高的實用意義。

4.2 制定完善應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)

為確保BIM 技術(shù)在公路設(shè)計工作中的有效應(yīng)用，將BIM 技術(shù)的實用性得到充分體現(xiàn)，制定相應(yīng)的規(guī)范就顯得尤為必要，只有強化BIM 標(biāo)準(zhǔn)化體系建設(shè)，才有可能為技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展做出一些貢獻。所以，BIM 技術(shù)在公路設(shè)計中的應(yīng)用，必須得到政府的高度關(guān)注和大力扶持，并得到業(yè)內(nèi)專家的大力扶持，就技術(shù)規(guī)范中的缺陷進行剖析和研究，并提出相應(yīng)的改進對策，從而制定相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范，確保BIM 技術(shù)在公路設(shè)計中的發(fā)展。比如，BIM 技術(shù)中關(guān)于數(shù)據(jù)的格式問題，要盡早實現(xiàn)統(tǒng)一，以保證它在實際中可被快速地錄入，為得到更好的分析和優(yōu)化的設(shè)計方案提供保障。

4.3 提高軟件開發(fā)效率

BIM 技術(shù)的實施需要軟件加持，BIM 技術(shù)的作用才能真正地得到體現(xiàn)，從而為公路設(shè)計后續(xù)工作的順利進行奠定基礎(chǔ)。所以，目前的公路設(shè)計師必須積極結(jié)合實際設(shè)計要求，深入剖析目前BIM 技術(shù)在公路設(shè)計中的問題，并與不同的軟件開發(fā)者進行有效合作，從而提供公路設(shè)計專業(yè)軟件的研究和開發(fā)工作。這樣可以確保BIM 軟件的性能得到不斷完善，從而使設(shè)計工作簡化，使之設(shè)計出與公路設(shè)計工作實際需要相適應(yīng)的軟件，為提高我國公路設(shè)計工作質(zhì)量提供技術(shù)上的支持。

4.4 加大人才培養(yǎng)力度

在進行公路設(shè)計過程中，技術(shù)人才的質(zhì)量和能力，決定著設(shè)計的合理性和應(yīng)用的有效性。為此，我國必須提高目前設(shè)計人員的專業(yè)技術(shù)水平，并開展相應(yīng)的培訓(xùn)活動，使其可以更好地應(yīng)用BIM 技術(shù)，持續(xù)提高專業(yè)技術(shù)人才的整體水平。與此同時，目前國內(nèi)急需大力培養(yǎng)新型公路設(shè)計技術(shù)人員，以BIM 技術(shù)為主，從人才方面為BIM 技術(shù)在公路設(shè)計中的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)[4]。

5 BIM 技術(shù)應(yīng)用展望

從國家的創(chuàng)新發(fā)展策略和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的角度來分析，BIM 技術(shù)在國內(nèi)還有很大的發(fā)展?jié)摿?。雖然BIM技術(shù)已經(jīng)在我國各行各業(yè)得到廣泛應(yīng)用，已經(jīng)掀起了技術(shù)改革的新浪潮，但在狂熱的技術(shù)改革之中，也要清醒地思考，在工程的執(zhí)行與可持續(xù)發(fā)展中，要秉持追求卓越的精神，不要過分追求“短、平、快”，而忽視長遠(yuǎn)的利益與品質(zhì)。注重實效，摒棄過度包裝；循序漸進，避免不求甚解；要堅持從基層做起，以“工匠精神”為根本，對BIM 技術(shù)進行完善和推廣。BIM 的全名是建筑信息模型，其核心就是建模和信息。由于建模是信息的載體，它的作用是傳達(dá)，所以BIM 技術(shù)的核心仍然是信息。BIM 技術(shù)是當(dāng)前國內(nèi)公路設(shè)計中的一項重要技術(shù)，但仍處在模型化階段，尚未真正深入信息之中，因此，在未來的道路上，BIM 技術(shù)的應(yīng)用主要有兩個方面。

5.1 三維正向設(shè)計

如果說最初的技術(shù)轉(zhuǎn)型是手工繪圖向CAD 制度的轉(zhuǎn)變，那么CAD 向BIM 則是技術(shù)上的另一次革命。三維正向設(shè)計，就是利用BIM 技術(shù)完成所有的設(shè)計工作，不再依靠傳統(tǒng)的二維圖紙。通過三維建模貫通整個設(shè)計過程后，BIM 技術(shù)將充分利用其協(xié)同化特點。由于傳統(tǒng)的平面圖缺少即時的信息傳輸能力，如果在設(shè)計中發(fā)生了修改，很有可能要重畫一張設(shè)計圖，從而會對多個領(lǐng)域產(chǎn)生一定的干擾，從而大大降低工程的進程。BIM 可以實時地進行建模，一旦發(fā)生變化，所有的模型都會發(fā)生變化，再也不會出現(xiàn)重新繪畫的情況，從而增強了各部門之間的協(xié)同性和設(shè)計效率[5]。

與此同時，BIM 建模的可視化使得設(shè)計者更容易掌握，初學(xué)者在剛接觸平面圖形時，常常很難看懂，要經(jīng)過長時期的積累和掌握，方能逐漸上手，而BIM 建模可以讓設(shè)計師們看到真正的建筑，這樣就可以降低入行門檻，加快培養(yǎng)專業(yè)人士的步伐。

BIM 技術(shù)具有可出圖性能，能夠快速地畫出任何截面的平面圖形，模型中設(shè)定尺寸標(biāo)注樣式，能夠快速地按照模型的大小信息進行各種大小標(biāo)記，而不是在平面圖紙上進行標(biāo)記，大大提升了成果出具的效率和質(zhì)量。

5.2 貫穿工程全生命周期的信息傳遞

BIM 的信息既可以應(yīng)用于設(shè)計階段，也可以應(yīng)用到施工、管理、維護等各個環(huán)節(jié)。以BIM 為基礎(chǔ)構(gòu)建的數(shù)字化管理體系滿足設(shè)計、施工等各層面的工作需要，并在整個工程全過程中多方參與專業(yè)間的信息交流、協(xié)同管理，從而達(dá)到對工程的全面預(yù)報和監(jiān)測。BIM 可以將不同階段的數(shù)據(jù)、過程和資源聯(lián)系起來，將全行業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈貫穿起來，為公路工程工業(yè)化發(fā)展提供技術(shù)保證，從而推動交通運輸行業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。

6 結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，我國的道路建設(shè)項目日益增多，這就為公路設(shè)計和施工帶來了新的挑戰(zhàn)。目前，BIM 技術(shù)的發(fā)展必須在軟件的支持下，整合多種技術(shù)，制定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，開展軟件開發(fā)，加強技術(shù)培訓(xùn)，才能真正提高BIM 技術(shù)的應(yīng)用水平，為我國公路設(shè)計的發(fā)展起到推動作用。