BIM技術在公路工程中的應用

王 友 參

(中鐵十四局集團第二工程有限公司，山東 泰安 271000)

1 工程概況

1.1 工程簡介

延崇高速公路(北京段)工程七標全線位于北京市延慶區境內,中標金額7.8億元，建設工期33個月，出京線全長5.039 km；進京線全長5.053 km。主要工程有3隧2橋，其中隧道單線總長9 627 m，橋梁單線總長238 m，橋隧占比高達98%，隧道采用雙向四車道設計，為分離式隧道。

1.2 BIM技術的應用

作為世園會、冬奧會配套性工程，該項目具有建設標準高(創建品質工程、綠色公路、智慧公路示范項目)、環保要求高(穿越松山、玉渡山、野鴨湖保護區)、社會關注度高(世園會、冬奧會配套項目)等特點，該項目政治意義重大，建設難度高，建設工期緊。

為保質保量如期完成，項目在建設過程中廣泛應用BIM技術指導現場施工作業，通過大數據展示等直觀的方式，進行可視化的管理模式，加強參與各方對項目的理解，降低溝通成本。利用revit軟件建立高精度BIM模型，并通過與VR技術相結合，模擬現場施工作業環境，進行可視化安全技術交底，對現場危險源形成預判，確保施工安全，保證施工質量。

2 公路工程特點概述

以延崇高速為例，建設工期33個月，線路全長33.2 km，設置橋梁9座，隧道6座，互通立交5座，分離式立交1座，管理養護區1處，服務區1處，隧道處2所，北京段全線橋隧比約92%，工程投資估算約153億元，穿越松山、玉渡山、野鴨湖保護區等環境敏感點，工程創建品質工程、綠色公路、智慧公路示范項目，建設標準極高，施工與運行期面臨著復雜的地質構造及活動斷層、不均勻沉降、涌水涌泥、滑坡、泥石流、坍塌、地震等眾多風險因素，總體來看，公路工程建設過程通常具有以下特點。

2.1 多點、線性、廣面

公路工程建設規模一般都比較大，例如延崇高速線路全長33.2 km，從體量上分析是線性的，從建設里程上來講從幾十公里到上千公里的都有，涉及的施工區域有時要跨過幾個行政區域，施工范圍非常廣再加上橋梁隧道工程的特殊性，工程的建設是很少只由一家單位單獨來完成的，通常要多標段招投標，牽涉到多家施工企業，時間跨度通常要幾年。

2.2 體量大、專業多、造價高、投資大

公路工程建設項目投資是非常巨大的，其建設工程合同的價額基本上是幾千萬、上億甚至幾百億，如全長33.2 km的延崇高速工程，由于橋隧占比高(橋隧比約92%)，建設要求嚴等特點，投資估算達153億元，體量大、專業多、造價高、投資大是公路工程的鮮明特點。

2.3 作業環境和地形地質條件復雜

以延崇高速為例，建設過程線路穿越松山、玉渡山、野鴨湖保護區等環境敏感點，公路工程的大跨度，決定了其面臨的氣候、地質、土地、水土保持、文物、社會經濟都會有差異，任何一項的變化都會影響公路工程的順利施工，甚至在施工過程中會發現突發情況進而變更原有定線，復雜的作業環境和地質條件決定了公路工程的不可控性。

2.4 質量要求高，質量安全管理難度大

延崇高速工程創建品質工程、綠色公路、智慧公路示范項目，建設標準極高，施工與運行期面臨著復雜的地質構造及活動斷層、不均勻沉降、涌水涌泥、滑坡、泥石流、坍塌、地震等眾多風險因素，質量安全管理難度極大。

3 BIM技術在公路工程的應用

3.1 工程可視化

在設計前通過無人機傾斜攝影、測繪機器人、激光掃描輸出，獲取高分辨率、高精度的影像數據，構建三維實景結合GIS數據，無論從效率和精度上，較GPS又上了一個臺階。在設計前，數字地形、地質、水系水文、現有道路交通、現有建筑物等模型最終集成為一個完整的數字化的設計環境，這是一個真實的、精確的、可測量的三維現狀環境，交付給設計工程師使用。在設計工作完成后，將多個線路、路基、橋梁、場地、站場、隧道共同組成一個建筑渲染動畫，直觀展示了設計方案的可行性和景觀方案，在向上級部門匯報時一目了然，也有利于模型的傳遞。模型可以360°觀察也可以隨時查詢每個構件的基本屬性，充分展示了設計效率高、方案直觀明了、調整便捷、準確的BIM技術特點，如圖1所示。

3.2 正向化設計

有了一套完整的勘察設計資料，各專業的工程師就可以利用各類正向設計系統，直接展開設計工作。BIM正向設計是采用參數化的方法，將設計主要工作內容提前至方案設計階段，加強對設計作品全生命周期的管控能力，目標是在保證質量的同時降低設計成本。公路工程的各類結構構件在不同跨上形式不一，繁雜多變，應用正向建模方法，根據不同構件的外形特征、尺寸標注和變化規律分類別建立各自的參數化模型，如圖2所示，進而形成企業的產品庫。在類似構件設計時，只需要修改相關參數就可以直觀生動地觀察新構件，有利于提高建模速度和方案對比[1]。

在多專業協同中，BIM優勢更加明顯，尤其是當工程隱蔽性較強、且關鍵工序具有不可撤銷性時，BIM使協調問題得到了事先解決。當所有設計工作完成后，采用數字化的成果交付方式交付設計成果，可以方便檢索相關工程信息，非專業人員也可以交互地了解所需的設計信息。

3.3 施工組織模擬

BIM在公路工程中一個主要應用點就是施工組織模擬，BIM技術可以場地布置、施工元素、施工對象和施工組織設計，具體地將工程結構模型和道路交通導改模型運用在模擬軟件中，根據施工期間交通導改方案及進度組織計劃，可以將結構施工進度模擬和道路交通導改模擬有機結合在同一環境中，直觀查看項目施工場地隨時間推移而實時變化的情形，對施工組織的全過程進行模擬，并以此評價交通導改計劃與結構施工計劃二者的協調性。若存在與施工組織設計和方案內容不符合或者偏差等問題，可及時修訂。同時在視頻軟件中適當添加文字和標注，使其在模擬漫游和細節展示時更加直觀闡明方案模擬的內容和重點。

3.4 工程量管理

利用BIM技術，將模型導入工程造價軟件，通過材料的選擇將行人的參數自動記錄，可生成不同階段的造價清單對項目的資金產生完成統計和控制。同時根據施工進度管理信息，通過選擇造價參數，使其能生成不同的造價清單，將項目施工過程中的人員、機械、材料等信息融合到一個平臺中，建立5D模型，使平臺能夠更加有效地在項目各分部之間完成人工和機械等資源的動態優化和調配。建模前深入調研該工程計量規則，并以此確定模型中的工程量拆分界面，最終以從模型中自動提取的工程量數值實現了基于工程量清單的工程量統計及交付，發揮了BIM模型在工程量計算及復核方面的實際價值[2]。

4 目前存在的問題

4.1 軟件間有隔閡

市場上有眾多軟件，這些軟件各有特點，都能獨立完成設計作品。一個設計公司使用一個軟件公司的產品就可以完成設計任務，但軟件各有所長，當想利用別的軟件功能時，由于數據接口沒有打通，還需要重復建模。設計師不應該將大量工作放在建模中，不能因為軟件的隔閡而不能產生一些精彩效果。這主要是BIM標準制定還處于初級階段，BIM理論和實施策略充滿不確定性。目前的BIM應用的一大障礙就是數據互識，這牽涉到了投資方、設計方、施工方等多個行業參與者，都會在BIM標準的指引下進入利益再分配的過程，因此建議國家有關部門開展相關標準制訂，打通軟件接口，方便用戶操作。

4.2 軟件本身有局限性

BIM初始應用于房屋建筑工程，由于有的軟件主要應用于建筑行業開發，而對于公路工程，其橋梁、隧道、涵洞比較多，軟件對中心線及參數化整體驅動支持度不高，導致在建模過程中手段有限。而且公路行業非標準構件多，現有軟件沒有豐富的構件庫，在建模初期絕大部分構件要自己構建，影響建模效率。要真正發揮BIM的特點，需要參數化構件與模塊化組件的積累，形成可以供其他單位使用的企業級構件庫，輕松實現整合模型和拆分模型。

5 結語

本文結合延崇高速公路工程建設中BIM的應用為例，結合公路工程項目特點，對BIM技術在公路工程建設過程中的應用進行較為系統闡述，BIM技術可應用于整個項目生命周期過程中，尤其在項目建設過程。通過各種技術手段對數據進行采集，建立高精度的BIM模型，實現對工程更加直觀、細致、深入的了解，更加高效率、直觀、便捷地了解工程細部特征屬性，協同多個專業領域在同一平臺進行整合，提前模擬項目建設過程中可能出現的異常情況，項目建設過程中同步相關數據，可實現BIM模型與工程建設同步推進，動態變化，與工程造價軟件配合使用，可協助工程量管理，更好發揮了BIM模型在工程量計算及復核方面的實際價值。公路工程建設過程中，針對項目建設特點，深入研究應用BIM技術，可更好地發揮BIM的技術優勢，實現公路工程更加優質、高效、安全、環保建設完成的目的。