BIM技術在公路設計中的應用與思考

李志華，甘先永

（長沙理工大學 交通運輸工程學院 湖南 長沙 410076）

BIM技術在公路設計中的應用與思考

李志華1，甘先永2

（長沙理工大學 交通運輸工程學院 湖南 長沙 410076）

介紹了BIM技術理念，以及BIM技術在國中應用現狀。同時說明BIM技術在公路設計中存在的幾大優勢，分析了其推廣的必要性。又從公路設計本身的限制、專業軟件缺乏和技術人員匱乏等方面分析BIM技術在公路設計中推廣面臨的困難和挑戰，并提出了對應的解決方法。最后，展望了BIM技術在公路設計行業中的發展前景。

BIM技術；公路設計；三維建模；AutoCADCivil 3D

一、BIM國內應用現狀

BIM ( Building Information Modeling)即建筑信息模型技術，是以工程項目的各種相關信息數據為基礎建立模型，并通過數字信息模擬建筑物所具有的真實信息。BIM是對工程項目物理特征和功能特性的數字化表達。自 2003年我國開始引入BIM技術，在過去的十多年中，BIM技術在我國發展迅速。在建筑、機電、機械等領域應用越來越廣，許多具有影響力的大型工程，比如中信投資大型綜合體項目“中國尊”、上海中心大廈、天津周大福中心等都采用BIM技術進行項目管理。其中，總高632米的“上海中心”大廈是中國第一個全BIM項目，項目通過應用BIM技術不僅提升了規劃管理水平和建設質量還大大減少材料損耗，降低了工程成本。

2015年6月，住建部發布《關于推進建筑信息模型應用的指導意見》，強調了BIM在建筑領域應用的重要意義，明確要求到2020年末甲級勘察設計單位以及特一級施工企業掌握并實現BIM與企業管理系統和其他信息技術的一體化集成應用。可見，我國政府行政層面正采取切實可行的措施，大力推進BIM技術的發展應用。

到目前為止，可以認為我國的設計行業經歷了兩次技術革命，一次是從傳統手繪圖紙到CAD作圖，第二次就是從二維設計到三維甚至是多維，也就是BIM技術。設計行業走進BIM時代，不僅僅是工具和手段的更新，更是設計方法和思維模式的更新。公路行業也積極的嘗試，引入并應用BIM技術并取得了一定的成果。2014年，項目建設方為提高邢汾高速公路建設工程的管理水平，聯合清華大學開發了“基于BIM的邢汾高速公路4D建設管理系統”，并成功應用于實際工程中。

二、BIM技術在公路設計中應用推廣的優勢

在公路工程中，設計是施工建設的前提，設計的科學性、合理性對整個工程起到決定性作用。公路工程采用傳統的2D設計已經出現不適用性，容易出現遺漏、考慮不周等情況。采用BIM技術可以實現公路設計模擬與優化調整，實現在BIM模型框架下的地形、景觀、照明等方面的協同設計，減少方案沖突，提高設計效率，節約時間及費用。目前，國內公路設計人員對于BIM技術的理解并不充分，認為BIM只是CAD的3D版而已，并非如此。BIM技術貫穿在項目的整個生命周期中，BIM的優勢不僅僅體現在設計階段的作圖上，更主要的是在設計優化分析，施工過程可視化模擬，成本協同控制以及后期運營維護上。BIM并不是指某一個軟件，而是一種理念——以數據為中心的全生命周期理念。

公路是一個空間三維實體，應用BIM技術進行公路設計是今后發展的大趨勢。其優勢主要有以下幾點：

（一）可視化建模

利用軟件將公路設計中的路線信息、路面信息、周邊景觀信息等通過整合，建立一個可視化的3D信息模型，解決傳統的CAD圖紙無法表達復雜的三維形態的問題。借助三維模型，直觀的顯示設計成果，快速準確的查找圖紙中的“錯 漏碰 缺”，減少設計失誤，使常規的二維設計提升為三維可視化設計，可大幅度地提升設計質量和設計效率。

（二）精確的工程量計算與分析

利用復合體積算法或平均斷面算法，快速地計算原地面線和設計線之間的土方量。還可以通過軟件自動生成土方調配圖表，用以分析適合的填挖距離，以此確定缺土坑和棄土堆的大概位置，和要移動的土方量和移動方向。并且還可以從公路模型中提取工程材料數量，進行項目成本及時分析控制。

（三）多領域協同作業

擺脫傳統公路設計中相互獨立的局面，解決平、縱、橫設計分離的問題，提供一體化設計平臺。同時讓各項目參與方能夠在統一的數據平臺之下共同作業，達成數據共享，實現了不同專業間的協同和信息傳遞功能，提高相互之間的溝通協調能力。

（四）優化性

設計是反復修改、優化調整的過程。傳統的公路設計中稍有變更就要修改各種圖紙相關信息，耗費了大量時間。應用BIM技術，在設計過程中可實時查看道路的三維動態效果，使靜態設計提升為動態設計，隨時查看多種設計方案，通過比較選出最優方案。進行設計變更時也能隨設計方案的改變，自動調整工程量，施工進度等，實現更合理的安排工程資源。

（五）模擬性

通過設定相關參數，實現在計算機上的駕駛模擬，讓設計人員對線形、坡度、景觀等有更直觀的感受，做到“所見即所得”，對于不合理的地方及時調整，提高設計質量。在施工階段還可通過施工模擬直觀的反映施工流程，優化各道工序，進行施工進度的管理。

三、BIM技術在公路設計中面臨的困難

BIM作為一項新技術在公路設計中的雖已有推廣，且相比傳統的二維設計表現出一定的優勢。但由于起步較晚，應用也比較少，主要是面臨著以下的問題：

（一）公路工程自身的限制

公路工程是線性工程，點多、線長、面廣是公路工程最基本的特點。進行公路設計時要考慮自然環境、地形、地質等因素，設計方案的確定受外界環境影響大。在此之前，BIM的應用對象往往是單個建筑物，對于公路設計這樣跨度大、區域廣的工程，技術尚不成熟。對于公路設計中的單位工程，比如隧道、橋梁、或者涵洞之類的，可能更容易實現。

（二）BIM標準缺失

BIM技術在建筑行業已經得到普遍推廣，但是在市政和公路行業還處于迷茫階段，尤其是公路行業。除公路工程自身特點限制外，就是建筑行業的BIM技術已經有了較為成熟的 IFC標準，而其它行業尚無相關標準或統一接口。對于公路設計領域，值得我們思考的是，BIM的成果有哪些？BIM出圖的標準是什么？這都需要一個規范的行業標準。

（三）缺乏專業軟件

BIM技術通俗的講就是先把項目在電腦上“演示”一遍，就要求每個行業有專業 BIM軟件。在二維時代，就有天正建筑 CAD，緯地公路交通輔助設計系統(HintCAD)，鴻業市政公路等。正如建筑行業的Revit，公路設計也應有專業的設計軟件。相較國外成熟的BIM技術軟件，我國在這方面尚處初級階段。現階段，投入使用的公路設計三維平臺主要有AutoCAD Civil 3D，Microstation Inroad等。

AutoCADCivil 3D，是公路設計中應用最普遍的BIM軟件。無論從設計三維可視化，還是造價控制、運營維護等方面AutoCAD Civil 3D都有突出的優勢。但是它無法完成橋梁和隧道的設計。如果地形需要設置橋梁，就需要把路線導入別的軟件進行設計，這不僅操作麻煩，還致使設計效率降低，這完全悖于BIM的理念。

Microstation Inroad，也是一款專業的公路設計軟件，包含了從建立數字地面模型、道路幾何設計、建立三維道路模型等一系列功能模塊。但它也無法完成完整的橋梁建模，無法進行橋梁結構的詳細設計，只能設計簡單的橋梁上部結構。

另外，還有鴻業科技的 Roadleader路立得和針對公路選線階段的曠達路線規劃系統和CARD1研發的KorFin。 目前為止，仍沒有任何一款可以獨立完成公路設計的專業軟件，且現有的軟件功能太單一，并沒有很大程度的提高設計效率。

（四）技術人員匱乏

當前BIM技術在公路設計領域的推廣應用面臨的一個重大問題是技術人員的匱乏。

BIM作為一種新的技術理念仍不被廣泛認可，有一些設計人員認為公路設計就是一個“線性”的工程，不像建筑有這么多的專業，會出現專業間的沖突、管線碰撞等一系列的問題，稍有沒有多大必要去應用和推廣。這種錯誤的心態對BIM技術的推廣也有一定的阻礙。

四、解決方法

針對BIM技術在公路設計中面臨的問題，提出以下解決方法：

（一）將BIM與GIS集成應用到公路設計過程中，結合先進的三維地理信息技術，提高長線工程和大規模區域性工程的管理能力。

（二）BIM技術相關的國家標準還未頒布施行，建立一個標準化體系迫在眉睫。

（三）依據設計人員的需求，開發一款功能齊全、操作簡單的公路BIM設計軟件，定能大幅度的提高設計效率。

（四）為了培養和選拔BIM專業技術人員和高級管理人員，即建筑信息模型工程師（Building Information Modeling Engineer英文名稱縮寫：BIME），工業和信息化部已經設立BIM技能等級考試。相信不久的將來，這一問題將得到很好地解決。

五、前景展望

隨著公路行業的不斷發展和市場競爭的日益加劇，公路工程設計也應該有更高的要求。目前，政府和行業都在積極推廣BIM技術。在這樣的一個大環境下，BIM技術在公路設計中的應用逐步趨于成熟。對于目前存在的問題和困難，只要我們轉變理念、積極處理現存問題，研發出功能齊全的BIM軟件，培養專業的BIM技術人員，將BIM技術應用到更多的公路設計項目中，一定會為公路設計帶來新的革命。

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[10]BIM技術助山區“美麗公路”建設-筑龍新聞 http://news.zhulong.com/ read/detail213262.html

與gis結合，以前是gis加cad，現在是gis與bim。比如civil 3d的土方量計算，三維地面。還有隧道內的機電布置，更多的是做一個數據平臺。目前在兩者數據轉換，傳輸是一個問題，國家也沒標準。還有建設期，后期的運維系統，模型是要用到bim的。

BIM ( Building Information Modeling)即建筑信息模型技術，指的是包含建筑物全部信息的模型系統，在建筑物設計、建造、維護、管理的全生命周期發揮作用。作為新一代設計理念和技術，其已被國外諸多著名的建筑、結構、施工公司在項目中成功應用，是設計行業

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