基于Bentley的公路BIM協同設計與施工管理應用研究

龍波 彭欣

摘要：文章基于Bentley平臺，通過對公路項目的初期方案設計、深化設計及施工階段進行BIM協同設計與施工管理應用研究，利用BIM技術的綜合優勢逐一解決公路項目中存在的工程難點問題，形成了針對公路工程項目建設過程BIM應用實施的流程和方法，對于提升公路工程項目設計、施工建設水平具有重要的意義。

關鍵詞：BIM技術;協同設計;施工管理

Based on the Bentley platform，and through the BIM collaborative design and construction management application study for the initial design，deepening design and construction stage of highway project，this article uses the comprehensive advantages of BIM technology to solve the engineering difficulties in highway project one by one，and forms the process and method for the BIM implementation and application in the construction process of highway engineering projects，which is of great significance for improving the design and construction level of technical highway engineering projects.

BIM technology;Collaborative design;Construction management

0 引言

公路交通作為交通運輸系統的重要組成部分，是國民經濟的命脈，對經濟的發展起著重要的推動作用。推動公路的建設技術手段升級革新是發展現代公路交通的重要途徑。

BIM技術以建筑物的各項信息數據作為模型的基礎，進行建筑模型的建立，通過數字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息[1]。BIM作為一種全新的理念，涉及到工程建設項目的全生命的各個周期。BIM技術在民用建筑領域應用較為廣泛，但是針對于交通領域，BIM技術的應用依舊遠遠落后于建筑領域。

本文以BIM設計施工一體化融合應用為指導思想，研究BIM技術在公路項目建設過程中的應用。

1 公路工程建設項目特點與難點

與其他工程項目相比，公路項目有著自己的特點與難點：

（1）項目跨區域大，綜合管理協調困難。項目規模通常較大，距離長，涉及較多的地區敏感點和眾多地方管理部門。

（2）征地拆遷量大，項目沿線常常穿越多個規劃區及與地方道路、鐵路有交叉，溝通協調難度大。

（3）控制性工程技術條件復雜。公路工程項目中通常包含技術復雜的特大型橋梁及特長隧道。

（4）項目沿線地質和地貌環境復雜。

2 BIM組織及實施方案

2.1 應用目標

針對公路工程建設的特點，通過采用無人機傾斜攝影技術、交通組織、虛擬建造等技術，結合BIM模型的三維可視化、三維方案快速設計與調整、動態碰撞檢查等優勢，逐一解決公路工程建設項目中存在的難點問題。

2.2 軟硬件環境

結合不同BIM軟件平臺的優勢及公路工程建設的特點進行綜合考慮，在公路項目中采用符合土木工程行業習慣特點的Bentley的軟件進行BIM技術的應用更為合適，如圖1所示。在方案設計階段，通過利用OpenRoads ConceptStation、PowerCivil、ContextCapture等軟件實現道路、建筑、橋梁等模型的快速設計。在深化設計階段，利用Bentley平臺的一系列專業軟件，如OpenBridge Modeler、ProStructures、OpenRoads Designer等，對道路橋進行詳細設計。此外，在施工階段可自主研發基于BIM的項目管理系統。硬件方面則需配備多臺大內存和高性能圖形顯卡的工作站、專用儲存設備以及航拍使用的無人機等。

2.3 實施方案與建模標準

利用BIM技術進行模型創建時，宜根據公路工程建設項目各階段的應用需求采用不同的模型精度標準，避免陷入“過度建模”的誤區。隨著工程項目建設過程信息的積累和逐步深化，進行從近似到精確的創建，減少不必要的細節，既能減輕設計師的工作量，同時也能提高軟件的運行速度。遵循這一原則，在項目各階段可分別采用不同的精度進行模型的創建和交付。

首先，在公路工程項目的方案設計階段可采用Bentley的OpenRoads ConceptStation軟件作為基礎平臺，并通過利用無人機傾斜攝影技術生成三維實景模型重構項目工程環境，同時結合PowerCivil、SketchUp等軟件建立起模型精度為LOD100的道路、橋梁、隧道、服務區等構筑物BIM模型，形成項目的真實三維場景展示，實現項目前期階段的快速概念設計。

勘察設計階段在項目方案設計的基礎上采用LOD200～LOD300的模型精度分別進行詳細的BIM設計。主要是采用Bentley的MicroStation、OpenRoads Designer、ProStructures等專業軟件進行詳細設計，實現對關鍵節點的精細化設計、工程量統計、二維出圖等。

設計完成后根據需要采用LOD300～LOD400的模型精度對重要的隧道、橋梁進行施工階段的深化設計，并根據施工分部分項進行EBS編碼分解，應用到施工管理階段。

3 BIM在公路項目設計與施工中的綜合應用

3.1 場地勘測的應用

近些年來，傾斜攝影技術在工程領域的應用越來越廣泛。傾斜設計測量技術是利用飛行平臺搭載多個傳感器，分別從垂直、傾斜等角度獲取地面同一地物的不同影像[2]。在勘察階段，可采用無人機對項目沿線進行航測，獲取高分辨率的影像資料，并通過ContextCapture軟件生成三維實景模型（如圖2所示），作為項目設計的基礎資料。在創建實景模型的同時還可快速生成三維地形曲面，能夠解決傳統測繪采樣點不足的問題，減少測繪成本。

3.2 方案階段的應用

由于傳統設計手段的局限性，經常造成設計與業主的需求不匹配，相互溝通不暢的局面。通過基于BIM模型和實景模型構建的真實三維場景進行方案設計，運用可視化的方式，可向業主傳達真實的設計意圖。此外，通過BIM模型與三維實景模型結合（如圖3所示），為項目的選線、優化及耕地的占用和建筑物的征拆提供科學的依據。

3.3 詳細設計應用

在前期階段成果的基礎上可利用BIM技術進行詳細設計。對于道路，可利用自定義橫斷面模板進行快速設計，并分類統計工程量。同時，可通過建立上、下部結構參數化構件庫，調整參數來適應不同的跨徑、橋位，實現對常規橋梁的快速設計，從而提高設計效率。

此外，可利用MicroStation、ProStructures等專業軟件對復雜的特大型橋梁進行精細化BIM設計，解決傳統手段對復雜結構表達不清的問題。并且通過三維參數化模型單元將傳統用表格形式表達的斜拉橋索塔鋼錨梁、斜拉索錨拉板、錨具等結構進行實體化，通過BIM技術的三維可視化優勢可以直觀便捷地檢查設置的參數是否正確，確定索塔鋼錨梁、斜拉索錨拉板等構件的尺寸、空間位置關系是否存在矛盾及沖突的情況，減少或避免施工過程中產生的變更。

利用專業的鋼結構軟件Prosteel，可對特大型橋梁的鋼混組合梁進行詳細的BIM設計。通過利用軟件的自動算量、詳圖功能實現對鋼結構的工程量的快速統計和二維出圖。

高速公路服務區作為交通形象的窗口，展示某地區高速公路建設水平的高低，其重要作用不亞于高速公路其他任何一個組成部分。高速公路服務區景觀規劃和設計必須強調與周邊生態、自然、人文、經濟環境的相互協調[3]。對于高速公路服務區的設計，可利用BIM技術進行場地布置與總體方案優化。此外，基于BIM模型，可對服務區進行云渲染，分析不同時間段的光照強度效果，以使建筑物與周邊環境達到和諧統一（見圖4）。

3.4 基于BIM的施工全過程管理應用

基于BIM的設計成果，針對復雜結構，如特大型橋梁、隧道、服務區等，可實現三維可視化技術交底，使施工人員更好地理解設計意圖，確保施工質量，減少不必要的返工（見圖5）。

研發基于BIM的項目施工管理系統，將BIM技術與施工過程進行系統性結合，可對公路工程項目進行精細化管理。在數字資料管理方面，可實現技術文檔、設計圖紙、技術方案等材料與BIM模型的關聯，便于施工技術員查找相關資料，實現施工過程的資料記錄、查詢和追溯。在施工工序與進度控制方面，通過將工序控制與施工進度相關聯，并與BIM施工模型相掛接，可實時反映項目實際進度，通過與項目的計劃進度相對比，可隨時直觀地了解項目的進度動態，便于管理人員有針對地進行調整，加強對項目的管控，確保項目能夠按照既定的目標進行。在安全質量管理方面，通過手機終端將現場的質量、安全問題以圖片、視頻、文字等數據信息的形式利用云技術與BIM模型相關聯，推送給相關責任人進行整改，并以標簽圖片的形式在BIM模型端展現實際的現場處理情況，協助管理人員對質量、安全問題進行直觀管理，實現工程項目的安全、質量問題處理過程留痕。

4 應用特點總結

（1）基于BIM與實景模型的真實三維場景的方案策劃與場地分析

通過無人機航拍和三維實景建模相結合，如圖6所示，建立實景模型并集成到核心BIM平臺進行分析研究，為公路項目的方案設計和場地布置提供科學的依據。

（2）跨平臺與終端的多源數據融合和共享

通過將BIM模型建立在同一個服務器中，可以在網頁端、PC端、移動終端同時訪問同一個模型，實現跨平臺和跨終端的多源數據融合和共享（見圖7）。

（3）設計施工一體化融合應用

利用BIM技術進行三維設計，在滿足傳統交付成果的同時，還可根據施工需求按照分部分項對設計的BIM模型進行EBS編碼拆分，并上傳到施工管理平臺數據庫中，實現設計施工之間數據的無縫銜接。從設計源頭進行BIM總體應用規劃，基于同一數據源進行項目的BIM實施，避免以往單階段或局部BIM應用的局限性（見圖8）。

5 結語

本文通過在公路工程項目初期的方案設計、深化設計及施工階段開展BIM協同設計與施工管理應用研究，解決了公路工程項目中存在的規模和空間距離大、征地拆遷量大、沿線地質地理環境復雜等難點問題，形成了一套針對公路工程項目建設過程BIM應用實施的流程與方法。

參考文獻：

[1]黃 強.論BIM[M].北京：中國建筑工業出版社，2016.

[2]肖雄武.基于特征不變的傾斜影像匹配算法研究與應用[D].西安：西安科技大學，2014.

[3]蘇清華，馬建榮.高速公路服務區景觀規劃及改造對策研究[J].公路交通科技（應用技術版），2016（7）：244-246.