交通基礎設施領域的BIM技術應用

文/中交第二公路勘察設計研究院有限公司 馮鵬程 田甜 陳中治

進入21世紀，BIM作為一種新技術正在掀起一場建筑業的信息化革命，并逐步擴展到交通基礎設施領域。

國內外BIM技術在交通領域的應用現狀

國外BIM技術在交通領域的發展

BIM最早由美國提出并應用，隨后逐漸擴展到英國、北歐、澳大利亞、日本、韓國等發達國家。這些國家結合自身實際，通過制定行業管理辦法、編制相關BIM標準、組建研發聯盟機構等不同方式，積極探索BIM技術在本國工程建設項目中的應用。

英國是全球BIM應用增長最快且成效最為顯著的國家之一，主要得益于英國政府的強制性要求。2011年5月，英國內閣辦公室發布了政府建設戰略文件，其中有整個章節是關于建筑信息模型(BIM)的。這章明確要求，到2016年，政府要求全面協同3D-BIM，并將全部的文件以信息化管理。除政府的強勢推動之外，英國各民間團體組織也發揮了積極力量，英國標準學會（BSI）等機構不斷制訂/修訂配套的BIM標準和文件。由此可見，英國的BIM技術推廣不僅是深入的，而且是全范圍、全領域的。

國內BIM技術在交通領域的發展

2004年，Autodesk公司在中國的AutoCAD2005產品發布會上，首次在中國提出BIM技術。“十一五”期間，BIM進入國家科技支撐計劃重點項目。2016年7月至今，交通運輸部先后下發了《關于實施綠色公路建設的指導意見》《關于打造公路水運品質工程的指導意見》《交通運輸部辦公廳關于印發推進智慧交通發展行動計劃（2017-2020年）的通知》等一系列文件，均要求在項目中采用BIM技術。

2017年9月交通運輸部下發的《關于開展公路BIM技術應用示范工程建設的通知》中明確在項目設計、施工、運維不同階段BIM的應用，同時確定第一批公路BIM示范項目；2017年12月《交通運輸部辦公廳關于推進公路水運工程BIM技術應用的指導意見》明確，到2020年要初步建立相關標準體系，明顯提升BIM技術應用的深度、廣度、設計能力，有效推進BIM基礎平臺建設，復雜項目實現BIM技術進行項目管理及養護決策等一系列要求。

在行業政策發布的同時，國內多個省市先后提出了關于推進BIM技術應用的文件，推動BIM在本區域內的發展。如上海發布了《關于進一步加強上海市建筑信息模型技術推廣應用的通知》，廣東發布了《關于開展建筑信息模型BIM技術推廣應用工作的通知》，北京發布了《民用建筑信息模型設計標準》等。

在標準制訂方面，清華大學BIM課題組于2011年12月發布了《中國建筑信息模型標準框架研究》。2012年1月，住房和城鄉建設部開始制定國家BIM標準，該系列標準分為3個層次和5本標準。除國標外，在制造業、市政行業和鐵路行業，也發布了相應的行業標準，一些發達地區也制定了相應的地方標準。在交通基礎設施領域，交通運輸部也開始制定公路行業標準，在2018年內發布公路標準的征求意見稿。在政府的主導和相關團體、機構的推動下，中國正在交通基礎設施領域掀起一場BIM技術研究和應用的熱潮。

BIM技術在交通領域的研發與應用

中交第二公路勘察設計研究院有限公司依據自身經驗將交通基礎設施領域的BIM模型分為環境模型和工程模型。環境模型包含項目區域的地形、地物和地質模型，工程模型則包含工程本身如路基、橋梁、隧道、交通工程、互通等眾多專業的模型。

應用先進的勘測手段建立環境模型

在交通基礎設施領域，BIM的基礎首先是環境模型的搭建，中交第二公路勘察設計研究院有限公司的BIM技術團隊（簡稱“BIM研發團隊”）根據不同區域范圍有針對性地選擇勘測手段搭建環境模型。在野外大范圍環境中，采用激光掃描技術完成地形數據采集。以直升機或汽車為搭載平臺，集成激光雷達、全球定位系統、數字影像等先進技術手段，安全、快速、準確、密集獲取高精度三維地表信息，獲取的信息可直接應用于構建地表三維模型。

在建筑物密集區域，則可采用無人機傾斜攝影完成地形、地物的數據采集。通過在無人機上搭載多臺相機，從正攝和其他4個傾斜角度采集影像數據，實現地物模型分離，形成地形、地物三維模型。

將地形、地物模型與依據地質勘察資料而創建的地質模型融合，再疊加路網、水網等地理信息，最終形成環境模型。

研發作業工具參數化構建工程模型

通過長期的應用實踐，BIM研發團隊結合交通基礎設施領域的專業特點，研究出了多款作業工具，以實現參數化構建工程模型。如在公路工程領域，團隊研發出了路線和橋梁專業BIM自動建模軟件，其在繼承傳統設計軟件的專業流程基礎之上，實現了參數化設計，并輸出圖紙與BIM模型。這種方式不僅能解決效率問題，同時更能保證模型與設計信息的一致性，能較好地適應設計生產的需要。

除常規工程模型外，研發團隊還針對特殊結構類工程模型，在通用建模軟件上結合工程特點進行二次開發，實現參數化建模。如在隧道工程方面，結合隧道工程特點，按照施工工法分類，分別建立了鉆爆法和盾構法隧道工程構件庫，并開發了輔助建模軟件；在軌道交通方面，結合城市軌道交通的特點，按照建筑、結構、暖通、給排水、電氣、系統六大專業，分別建立工程族庫，并開發了輔助建模軟件。

在我國西部地區，橋梁通常要跨越高深峽谷，峽谷中的風對橋梁安全是一大威脅。針對這種情況，BIM技術可以通過建立分析模型，在設計階段模擬出大橋的抗風能力。

緯地交通工程軟件中的BIM技術及應用

數字化的成果交付

公路與城市道路作為帶狀工程，往往里程長，組成元素種類多，且數量大，如某山區高速公路全長約300公里，橋隧比45%，互通式立交25處，項目區域范圍1000余平方公里，基礎數據達到200G以上，工程規模巨大。為了實現這類項目的交付，BIM研發團隊研發了基于互聯網的模型集成平臺——BIM云平臺，該平臺能夠融合多源數據、支持通用數據格式，并能實現大體量BIM成果輕量化遠程使用。另外，值得一提的是，該平臺結合正在編寫的公路行業BIM標準，從公路工程構件分類出發，結合自身特點，提出了更細化更具操作性的數據結構形式，平臺執行的標準更加符合工程應用需求，同時也具備良好的前瞻性。以BIM云平臺為依托，不僅能集成“GIS+BIM”，同時實現了模型信息的關聯存儲與統計，模型相關的工程信息，如幾何尺寸、材料型號、設計技術、產品性能等均可在云平臺中體現，從而實現工程項目的數字化交付。

施工、運營階段的BIM應用

BIM技術貫穿項目的設計、施工、運營所有階段，前一階段的BIM模型數據為后一階段的工作開展提供數據支持。BIM作為信息存儲載體，可在施工、運營階段的應用發揮重要作用。在設計成果數字化交付的基礎之上，BIM研發團隊將BIM云平臺的BIM模型構件與工程建設管理系統中的工程對象相關聯，實現BIM模型與建設管理數據的互聯互通，建設管理系統可根據需要隨時調取BIM云平臺中的數據用于施工期的項目管理，BIM云平臺也可以將建設管理系統中的項目管理信息、文件存儲、整合，并交付項目運營階段，以實現BIM技術在項目全壽命周期中的應用。

交通領域的BIM技術發展建議與展望

隨著BIM技術在國內建筑領域應用的不斷深入，將繼續引領相關領域的信息革命已經成為共識。而在交通基礎設施領域，由于發展時間短，相關標準、制度尚未出臺，設計單位、業主、施工單位等對BIM的認識不到位、不統一，BIM技術在該領域的發展受到很大制約。

為此，首先應完善標準體系，制定收費辦法，明確經費的出處與收費的標準。其次應規范BIM工作的具體內容，明確要做什么，并且進一步說明需要BIM工作的深度，也就是交付成果要求，這樣才能保障BIM技術的良性發展。