BIM在高速公路建設(shè)前期標(biāo)準(zhǔn)化管理中的應(yīng)用

張博+楊洋

[摘 要] 針對目前高速公路前期建設(shè)管理越來越趨于集約化、復(fù)雜化的事實，文章基于現(xiàn)階段BIM協(xié)同理念，分析了BIM理念運用于高速公路前期標(biāo)準(zhǔn)化管理的可行性，針對前期標(biāo)準(zhǔn)化管理的BIM協(xié)同模型建模要求，詳細(xì)介紹了BIM協(xié)同模型建模過程，提出了在前期標(biāo)準(zhǔn)化管理中各工程參與方借助BIM協(xié)同理念實施標(biāo)準(zhǔn)化管理的思路，合理地將BIM理念應(yīng)用于高速公路建設(shè)前期標(biāo)準(zhǔn)化中。

[關(guān)鍵詞] BIM；高速公路；標(biāo)準(zhǔn)化管理；建設(shè)前期

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2017. 03. 084

[中圖分類號] TP311 [文獻標(biāo)識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2017）03- 0151- 04

0 引 言

隨著我國交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進程的不斷推進，高速公路全壽命周期建設(shè)管理越來越呈現(xiàn)出精細(xì)化、集約化、智能化等特點，工程建設(shè)難度和復(fù)雜程度也不斷提升，這對高速公路建設(shè)管理思路提出新的要求。高速公路建設(shè)前期工作主要是指公路建設(shè)項目實施前一系列決策工作，主要包括可行性研究和初步設(shè)計等工作[1]。建設(shè)前期作為工程統(tǒng)籌、資金管理[2]、驗證工程可行性的重要時期，需要考慮因素較多，必須嚴(yán)肅管理過程，進行科學(xué)決策，傳統(tǒng)意義上的前期管理已不能夠滿足現(xiàn)階段工程需求。這就要求在公路工程前期管理做足功課，致力于加強建設(shè)項目前期標(biāo)準(zhǔn)化管理水平。本文在闡述高速公路建設(shè)前期管理標(biāo)準(zhǔn)化管理的基礎(chǔ)上，探討了BIM協(xié)同理念在前期標(biāo)準(zhǔn)化管理中的應(yīng)用。

1 BIM應(yīng)用于前期標(biāo)準(zhǔn)化管理的可行性分析

BIM（Building Information Modeling）理念是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，將建筑項目的結(jié)構(gòu)信息和功能特征形象化，模塊化，數(shù)據(jù)化[3]，能夠?qū)⒔ㄖこ坍?dāng)中的所有建造信息統(tǒng)一集成構(gòu)建一個信息共享平臺[4]，更加細(xì)致、直觀、真實且有深度地表征建筑項目時空信息，使得不同管理專業(yè)人員在項目不同壽命階段對項目建設(shè)信息進行獲取、分析，有效提高項目管理的決策水平。

在現(xiàn)階段高速公路前期管理，能夠借助BIM三維協(xié)同設(shè)計模型自身可視化、信息化的特點，充分考慮高速公路全壽命周期內(nèi)建設(shè)要求，有效控制由于前期管理不足引起的問題，加強前期設(shè)計深度，進行專業(yè)協(xié)調(diào)與施工模擬[5]，建立起聯(lián)系設(shè)計、施工、管理各方且貫穿高速公路建設(shè)全壽命周期的信息共享平臺，減少前期設(shè)計不足給后期施工建設(shè)及運營造成的影響，提高決策質(zhì)量、優(yōu)化工程投資、提高設(shè)計水平、保證工程進度、保證建設(shè)效益。故將BIM理念應(yīng)用在高速公路前期管理中是可行的，同時BIM協(xié)同模型的優(yōu)勢是能夠有效推進前期管理標(biāo)準(zhǔn)化的。圖1為高速公路BIM模型與設(shè)計、投資采購、施工、運營的關(guān)系圖。

2 BIM三維協(xié)同模型建模過程

在高速公路前期標(biāo)準(zhǔn)化管理過程中，通過BIM三維協(xié)同設(shè)計模型實現(xiàn)高速公路全過程信息管理，首先要進行BIM三維協(xié)同設(shè)計模型的建立。高速公路BIM三維協(xié)同設(shè)計模型的建立可分為道路、橋梁、附屬設(shè)施三大部分，可同時在Bentley三維協(xié)同設(shè)計平臺上實現(xiàn)，軟件平臺功能見圖2。

根據(jù)BIM三維協(xié)同設(shè)計思想，對擬建高速公路工程中路線、橋梁、設(shè)備等進行三維模型構(gòu)建，并形成高速公路三維模型標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件庫，以方便對工程進行前期標(biāo)準(zhǔn)化管理。在BIM三維協(xié)同模型及標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件庫構(gòu)建過程中遵循如下要求：

（1）模型采用統(tǒng)一坐標(biāo)體系，以便施工、運營等階段系統(tǒng)性管理；

（2）標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件庫嚴(yán)格遵守規(guī)范要求，對不同構(gòu)件的適用范圍及部位予以說明；

（3）應(yīng)保證擬建工程模型精準(zhǔn)度，保證前期不同專業(yè)碰撞檢測有效性；

（4）模型可視化及數(shù)據(jù)共享，采取分級模式對數(shù)據(jù)系統(tǒng)化管理；

（5）遵循系統(tǒng)化原則，考慮信息在各方傳遞共享時的兼容性。

2.1 道路模型建立

高速公路道路三維建模主要通過PowerInroads 軟件實現(xiàn)，其線型設(shè)計主要為積木法和導(dǎo)線法，能夠滿足道路路線設(shè)計規(guī)范要求。道路建模過程如圖3所示。

在進行道路模型建模過程中，依據(jù)CAD施工圖進行翻模，將設(shè)計好的線型直接導(dǎo)入后進行路線設(shè)計。后參考CAD二維設(shè)計圖，復(fù)制線型完成線型設(shè)計，激活地模文件，完成縱斷面設(shè)計。建模過程中根據(jù)擬建公路等級，確定道路橫斷面、路基路面結(jié)構(gòu)和邊坡形式，設(shè)置橫斷面模板。在設(shè)置橫斷面模板時應(yīng)建立模板各點特征及約束關(guān)系，以實現(xiàn)道路變寬定義各層材質(zhì)，方便后期在三維模型內(nèi)進行工程量統(tǒng)計。進一步根據(jù)橫斷面模板，沿道路中心線進行路廊設(shè)計，路廊設(shè)計時結(jié)合工程實地坐標(biāo)，保證道路模型在整個模型中的位置。最后設(shè)置土木單元，包括交通標(biāo)志標(biāo)線、立交出入口等基礎(chǔ)單元。

2.2 橋梁模型建立

高速公路橋梁構(gòu)造物較多，形式趨于多樣化，在建模前先對不同類型模塊進行具體建模。通過建立下部結(jié)構(gòu)單元、根據(jù)參考線插入下部結(jié)構(gòu)單元、上部結(jié)構(gòu)橫斷面模板、橋梁路廊設(shè)計、上下部結(jié)構(gòu)組裝等五部分完成橋梁模型的建立。

關(guān)鍵位置關(guān)系借助簡單點線面元素首先通過AECOsim建立各類型的下部構(gòu)件單元（包括墩、樁等），并對其定義屬性，方便后期工程量統(tǒng)計。在已建立的下部結(jié)構(gòu)單元基礎(chǔ)上，從路線設(shè)計模型和地模中提取三維道路中線和地面線，并繪制平面分跨線，以道路中心線作為主梁結(jié)構(gòu)建模骨架，將橋梁模型確定，并依據(jù)繪制參考線插入已建好的下部結(jié)構(gòu)單元，保證橋梁模型主要樁基在高速公路工程全線中的位置準(zhǔn)確性。將工程中各橋梁段涉及的不同類型梁的截面CAD圖導(dǎo)入為模板，基于已建立好的下部單元在整個模型中的位置建立上部結(jié)構(gòu)各點的約束關(guān)系以實現(xiàn)橋梁變寬。在進行橋梁路廊設(shè)計時，根據(jù)橫斷面模板，沿道路中線設(shè)計橋梁路廊，利用點控制實現(xiàn)橋梁變寬。后將上下部結(jié)構(gòu)與橋梁路廊進一步組裝，從而形成完整橋梁主體模型。整體效果如圖4所示。

2.3 附屬設(shè)施模型建立

在上述模型基礎(chǔ)上，進行附屬設(shè)施三維模型單元構(gòu)建。附屬設(shè)施三維模型設(shè)計可分為實體類和非實體類。

在建立實體類模型時，先建立構(gòu)件單元，主要包括標(biāo)志牌、信號燈、路燈等，利用AECOsim建立構(gòu)件單元，并分別對其定義屬性以便進行工程量統(tǒng)計。在已建立好的道路、橋梁模型基礎(chǔ)上分別提取三維道路中線和地面線，依據(jù)參考線插入工程實際中實體類構(gòu)件單元，插入過程中應(yīng)基于統(tǒng)一坐標(biāo)系，及時發(fā)現(xiàn)單元沖突并進行優(yōu)化。

非實體類主要包括標(biāo)識牌內(nèi)容、交通標(biāo)線等，無需建立構(gòu)件單元，而是將標(biāo)牌等單元的版面信息圖片逐個貼至模型。對于路面上的標(biāo)線采取投影方式，將CAD標(biāo)線圖壓印到模型上。

3 BIM三維協(xié)同設(shè)計模型應(yīng)用

在完成三維協(xié)同設(shè)計模型后，應(yīng)在Bentley軟件平臺中對所建模型進行動態(tài)模擬，動態(tài)檢驗。要求所建模型均能正常模擬，保證模型系統(tǒng)性，模塊真實性，信息準(zhǔn)確性。進一步可借助已建好協(xié)同設(shè)計模型進行高速公路前期標(biāo)準(zhǔn)化管理。

在高速公路前期標(biāo)準(zhǔn)化管理中，BIM三維協(xié)同設(shè)計模型的使用涉及全壽命周期內(nèi)不同時間各個參與單位，基于BIM云數(shù)據(jù)中心的信息傳遞如圖5所示。各單位在協(xié)同設(shè)計模型中所處位置不同，不同單位在建好模型系統(tǒng)的操作權(quán)限及功能需求也不盡相同。

高速公路前期標(biāo)準(zhǔn)化管理可借助BIM三維協(xié)同設(shè)計模型優(yōu)勢，可以在平臺中添加施工信息、材料信息、運營信息等，形成涵蓋全過程、全參與方的信息傳輸體系，可實現(xiàn)信息的整理與傳遞。建立好BIM三維協(xié)同設(shè)計模型后，可通過模型直觀工程實體各部分，從而在項目前期標(biāo)準(zhǔn)化管理中可以進行項目整體評估。相比傳統(tǒng)高速公路前期管理，采用BIM協(xié)同模型的前期標(biāo)準(zhǔn)化管理有以下優(yōu)勢：進行設(shè)計校核，深化設(shè)計；提前進行專業(yè)協(xié)調(diào)，進行碰撞測試，避免沖突；便捷工程量統(tǒng)計，優(yōu)化資源配置等。

BIM協(xié)同設(shè)計模型的應(yīng)用，使得管理者在前期管理中進行不同階段間的BIM協(xié)同，也可完成不同專業(yè)間的BIM協(xié)同。協(xié)同模型與構(gòu)建的標(biāo)準(zhǔn)件在工程前期統(tǒng)一進行標(biāo)準(zhǔn)化管理，可保證BIM模型數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與延續(xù)性，降低傳統(tǒng)工程建設(shè)管理過程中的反復(fù)建模，降低不同階段間由于信息割裂引起的設(shè)計錯誤。在前期工程標(biāo)準(zhǔn)化管理過程中，因盡可能的將現(xiàn)階段產(chǎn)生的數(shù)據(jù)完整傳遞到下一階段，以便下階段的再利用，最大化實現(xiàn)在不同建設(shè)時間段，同一模型、同一構(gòu)件的數(shù)據(jù)能夠在不同專業(yè)角度進行操作。BIM理念推行使得前期標(biāo)準(zhǔn)化管理中能對后期投資、施工、運營等階段統(tǒng)籌兼顧，促進后續(xù)不同階段性節(jié)點的專業(yè)間的有效協(xié)調(diào)。

在高速公路前期標(biāo)準(zhǔn)化管理過程中，不同參與者借助BIM三維協(xié)同設(shè)計模型進行前期標(biāo)準(zhǔn)化管理的角度不盡相同。高速公路建設(shè)管理者和運營管理者可借助BIM三維協(xié)同設(shè)計模型在前期標(biāo)準(zhǔn)化管理實現(xiàn)如下功能：首先提供項目的技術(shù)資料、基本數(shù)據(jù)和系統(tǒng)運行所需要的軟硬件及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境；協(xié)調(diào)各職能部門和相關(guān)參與方，根據(jù)工作要求安裝軟件系統(tǒng)、設(shè)置用戶權(quán)限；各部門業(yè)務(wù)人員和管理決策人員按照其工作任務(wù)、職責(zé)和權(quán)限，通過內(nèi)網(wǎng)客戶端或者外網(wǎng)瀏覽器進入軟件系統(tǒng)，完成日常管理和深化設(shè)計等。參與方在使用管理模型時可通過外網(wǎng)瀏覽器進入項目綜合管理系統(tǒng)，按照應(yīng)用主體方的要求，填報施工進度、資源、質(zhì)量和安全等實際工程數(shù)據(jù)，也可進行施工信息查詢，輔助施工管理。設(shè)計方借助模型配合應(yīng)用主體方案實施BIM應(yīng)用，提交設(shè)計圖紙及相關(guān)技術(shù)資料，如果具有BIM設(shè)計或建模能力，應(yīng)提交項目的BIM或者3D模型，以避免重復(fù)建模，降低BIM應(yīng)用成本。

4 結(jié) 論

基于BIM協(xié)同理念，高速公路建設(shè)參與單位在前期標(biāo)準(zhǔn)化管理過程中較為全面地考慮到公路工程全壽命周期各階段。管理者可以借助BIM模型進行主要構(gòu)筑物關(guān)系分析、線位合理性分析、各專業(yè)碰撞檢測、材料統(tǒng)計、工程量核算等。BIM協(xié)同模型應(yīng)用也使得前期標(biāo)準(zhǔn)化管理有效將工程周期內(nèi)各階段聯(lián)系起來，提高設(shè)計質(zhì)量，優(yōu)化設(shè)計方案，更好的進行施工管理、營運管理。現(xiàn)階段我國BIM協(xié)同設(shè)計理念還不十分完善，這就要求高速公路參與建設(shè)管理的工作者不斷積累經(jīng)驗，不斷推進高速公路前期管理標(biāo)準(zhǔn)化進程，從而使得高速公路工程管理體系越來越完善。

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