公路設施建管養一體化的BIM標準研究

楊鴻 陳忱 王興武 吳一凡 徐磊如

摘要：本文以S38線王格爾至夏河段公路改建工程為依托，考慮施工和運維需求，根據公路工程信息模型應符合設計需求從而確定公路工程信息模型的建立、應用、交付應以模型單元為基本對象。模型單元的應用為解決項目系統在信息交換過程中對信息理解和認識一致提供了依據。

關鍵詞：公路工程;BIM模型;應用標準

中圖分類號：F542.6????? 文獻標識碼：A??? 文章編號：2096-6903（2020）06-0000-00

0 引言

近年來，BIM技術發展迅速，影響范圍越來越廣?；贐IM模型的可視化、協調性和模擬性，可以管理和輔助項目的整個生命周期，有助于降低投資風險，確保工程質量和施工安全，提高運行維護期間的資產管理及應急管理水平。而一體化標準體系應在一體化服務平臺建成部署之前（或同時）發布，指導一體化服務平臺涉及的各層級管理單位和底層數據支撐系統提早獲悉一體化標準體系，利于一體化服務平臺上線運行和應用成果的推廣。為了貫徹執行國家和行業的有關 BIM 技術政策，以及甘肅省相關指導意見。規范和指導BIM技術在甘肅省公路建設全壽命期的應用，能夠為支撐公路工程建管養一體化服務平臺的實施，提高BIM數據與其他信息系統業務數據融合應用效率和效益，因此需進行公路設施建管養一體化BIM標準研究。

1 公路設施建管養一體化BIM標準研究的必要性

隨著BIM技術在交通工程項目中的深入應用，公路工程項目中的一些難題得到了解決。但由于缺乏適應于交通行業應用的分類編碼和實施標準，導致建管養過程中不同信息化系統對BIM模型及其信息的理解和認識不一致，造成三維信息模型存儲格式不規范，工程項目建設管理養護階段信息系統無法與三維模型準確關聯，構造物模型信息接入標準不一致，模型交付標準不明確，模型精度無法管控，模型信息傳輸過程中數據完整性無法保證。現有的BIM標準體系難以支持公路工程全生命周期的應用，限制了BIM技術在中國的推廣和應用。

為規范和統一不同專業和不同階段BIM數據的共享與傳遞，約束BIM應用分類與編碼統一性，構建各系統之間三維模型數據傳輸準確性和成果交付的完整性，必須建立一套可行的標準。因此，公路工程建管養BIM分類與編碼標準的研究，能為項目建設過程中應用規則的制定提供一定參考，對我國公路工程BIM 標準體系的完善和健全具有重要意義。

2 國內研究現狀

在交通行業信息化發展過程中，交通部做了很多計劃工作，如《交通電子政務標準化指導意見》、《電子政務工程技術指南》、《交通行業信息標準體系》、《交通部信息化建設指南》等。這對規范整體信息化建設起到了重要推動作用，但還有很長的路要走。從項目建設到交付和維護，大量的基礎數據和內容是相互關聯的。數據格式不一致的問題日益嚴重，這嚴重影響了更高層次、更大范圍的施工維護管理的實施。

在BIM標準建設方面，我國已將BIM技術列入國家戰略性、前瞻性技術來研究推動。繼2015年國務院發布了《中國制造2025》和“互聯網+”行動計劃，住房城鄉建設部發布了《關于推進建筑信息模型應用的指導意見》后，2017年交通運輸部發布了《關于印發推進智慧交通發展行動計劃》，明確提出推進建筑信息模型（BIM）技術在重大交通基礎設施項目全生命周期的應用。

國內BIM技術應用相對成熟的建筑業早于2012年就啟動了BIM標準編制工作，并于2016年正式發布《建筑信息模型應用統一標準》，該標準所涵蓋的領域都局限為民用建筑。

交通運輸部正積極推進BIM技術在公路工程項目管理方面的應用和標準研制。交通運輸部在《交通運輸部辦公廳關于開展公路BIM技術應用示范工程建設的通知》（交通運輸部[2017]1283號，2017年9月11日）和《交通運輸部關于推進公路水運工程BIM技術應用的指導意見》（交通運輸部[2017] 205號）中指出，交通運輸行業應加快制定BIM技術應用的相關標準。跟蹤并積極參與BIM國際標準制定過程，加快符合中國國情的BIM標準研究和制定，鼓勵科研、設計、施工、維護管理、咨詢等單位共同研究BIM標準，開發BIM技術應用基礎平臺，促進應用共享，鼓勵技術聯盟、BIM中心等機構加強溝通協調和數據交流，為BIM標準的建立和統一創造條件。然而，相關的國家及地方標準尚未形成。

綜合以上分析，從目前的公路設施建管養一體化總體情況來看，我省亟需建立建管養一體化數據接入及BIM標準，指導建管養一體化平臺的建設。

3 公路設施建管養一體化BIM標準研究的具體情況

為規范BIM模型在交通工程全生命期應用的技術要求，提升甘肅省公路工程建設水平，制定了甘肅省公路設施建管養一體化BIM應用標準，標準遵循《公路工程設計信息模型應用標準》和《公路工程信息模型統一標準》中的相關規定，規范了公路工程信息模型的建立、應用、交付和審核等內容，制定的專業涵蓋道路、橋梁、涵洞、隧道、交安工程和沿線設施，適用于建管養一體化平臺中BIM模型的生產需求及各等級新建和改擴建公路工程。

3.1基本規定

公路工程信息模型應符合設計需求并考慮施工和運維的需求，設計期宜搭建統一的協同平臺，供工程建設各相關方共享公路工程信息模型，設計期的公路工程信息模型在建立、應用和交付中的坐標系統應與項目地形圖坐標系統一致，使用樁號定位，提交的設計圖紙和工程量統計表宜基于公路工程信息模型輸出，模型單元在項目中宜賦予唯一存在的序列碼，序列碼的制定規則宜結合實際情況開展。

公路工程BIM模型的建立、應用、交付應以模型單元作為基本對象，宜選擇參數化的建模方法，對無法參數化的可使用非參數化的建模方法，當構件中幾何精度與屬性不一致時，應以屬性信息為準，在達到項目要求的同時，建議采用較低的建模方法。模型建立過程中可包含需求的多余信息，但在信息輸入時應減少多余信息的輸出。

3.2模型構架

信息模型的架構應由項目、標段、單位工程、分部工程、分項工程和部位構件六級構成，并具有可擴展性。模型擴展可根據工程需要，增加子單位工程、子分部工程和子分項工程，以及子單位工程、子分部工程和子分項工程的信息。

信息模型應包括路線、路基、路面、橋梁、隧道、交通工程及沿線設施等模型，車道、路肩、分隔帶、綠化帶歸到路面部分。路線模型應包括平面和縱斷面等內容;路基模型應包括路基土石方、排水、支擋防護、小橋和涵洞等內容;

路面模型應包括面層、基層、底基層、墊層和路緣石等內容;橋梁模型應包括上部結構、下部結構、橋面系和附屬工程等內容;隧道模型應包括洞口、洞身、輔助通道、防排水和路面等內容。隧道監控設施、照明設施、通風設施和消防設施等;

交通工程及沿線設施模型應包括交通安全設施、管理設施和服務設施等內容。

3.3模型創建

BIM模型各元素的編碼應由單位工程、分部工程、子分部、分項工程、子分項、部位6級代碼組成，分部分項的劃分應滿足《公路工程質量檢驗評定標準》（JTG F80/1-2017）的劃分要求，編碼層級應根據自己項目的實際情況靈活調整。分部分項的編碼由分類碼和序列碼組成，具體規定如下。

分部工程的分類碼為：A，子分部的分類碼為：a，分項工程的分類碼為：B，子分項的分類碼為：b。部位元素的編碼由BIM建模軟件中的元素唯一ID構成。單位工程標識符，如表1所示。

表1 單位工程標識符

分部分項名稱

分類碼規定

分部工程

A

子分部

a

分項工程

B

子分項

b

部位

BIM模型唯一識別ID

例如：某橋梁工程某一個樁基的編碼：L005-A01-B01-8238，L005表示第005號橋梁（L為橋梁工程標識符），A01表示橋梁工程的第一個分部工程——橋梁下部結構，B01代表橋梁下部結構的第一個分項工程樁基，8238代表BIM軟件自動隨機生成的構件元素ID。

3.4模型審核與交付

模型審核宜遵循《公路工程信息模型應用統一標準》和本標準的規定進行完整性、一致性和規范性的審核。審核必須嚴格執行現行的標準規范、項目合同、《公路工程信息模型應用統一標準》和本標準的規定，宜由建設單位指定相關方審核，審核的范圍宜涵蓋項目合同約定的所有模型，以及由模型生成的圖紙和報表等文檔。

設計期應根據項目需求和實際條件，選擇合適的深度等級。應遵循《公路工程信息模型應用統一標準》中的規定，引用4種不同的基本深度，除規定的基本深度等級外，建設單位可根據具體項目的需要，在基本等級之間，擴展其它深度等級，如LOD1.X、LOD2.X、LOD3.X、LOD4.X等級等。

3.5模型應用

公路工程信息模型應用應貫穿于整個設計期，降低項目成本，提高項目質量，可開展單專業的應用，亦可開展多專業的聯合應用，根據應用的結果反饋并更新模型。

應用流程上首先應收集項目地形圖、影像資料、實景模型等項目勘測資料和項目設計資料，同時選擇合適的模型深度等級，模型深度等級可參考但不局限于本標準第五章模型交付的規定;然后建立項目場地模型和路線，并根據需求創建道路、橋梁、涵洞、隧道和交通工程及沿線設施模型;模型應用之前，對建立的場地模型和各專業模型進行整合，整合之后進行碰撞檢查。

3.5.1可視化宜進行下列分析

（1）路線選線與自然環境總體協調分析。

（2）路基邊坡防護與周圍植被等自然環境協調分析。

（3）橋梁結構和造型美學設計，與周圍景觀的協調分析。

（4）隧道洞口與周圍地形的自然環境協調分析。

（5）改擴建高速公路工程項目交通組織模擬。

3.5.2 方案比選宜進行下列分析

（1）根據路線所選定走廊帶和主要控制點，不同路線方案進行比選。

（2）高填路基與橋梁、深挖路塹與隧道、整體式與分離式路基方案比選。

（3）土石方調配中挖移作填、集中取（棄）土、填料改良處理等方案比選。

（4）橋梁多種橋型、造型、景觀等方案比選。

（5）隧道洞口方案比選，隧道支護結構方案比選。

（6）交通仿真分析，基于交通仿真研究報告優化公路工程設計方案。

3.5.3安全性評價宜進行下列分析

（1）根據沿線地形、地質、環境、交通需求、路線設計速度和指標等因素，分析路線平縱面、視距、超高、加寬等主要控制指標。

（2）路面抗滑能力、邊坡穩定性、路基排水能力、路側凈區寬度和路側危險程度評價。

（3）對路基與橋涵連接處、路基填挖方交界處、高填路基和深挖路塹進行路基沉降量和不均勻變形分析。

（4）橋下凈空分析、基礎不良地質與承載力分析，橋梁整體有限元計算與局部構件分析。

（5）隧道洞口穩定性分析、結構受力體系分析、突水涌泥分析、大變形評價分析、分析并建議相應的施工工法。

（6）基于公路工程信息模型和 VR技術，進行不同運行速度公路模擬駕駛，驗證公路工程項目安全性報告。

3.5.4環境保護宜進行下列分析

（1）路線沿線交通量變化對區域噪聲、廢氣和珍稀動植物的影響分析。

（2）路基填高、?。墸┩翀鐾恋刭Y源利用分析;路基開挖、?。墸┩翆λ帘３值挠绊憽?/p>

（3）橋梁用地規模與社會環境協調發展的分析，墩臺壓縮河床對河道沖刷的影響。

（4）隧道洞口開挖對山區地表植被的影響分析，以及隧道施工過程中廢渣場地的選址，排水處理、防護及綠化設計，防范塌方和環境污染風險。

3.5.5其它公路工程信息模型應用

（1）二維圖紙輸出和工程量統計復核。

（2）構件預制加工和拼裝。

（3）災害情況下的隧道內人員疏散模擬。

4 模型元素屬性數據字段

為了滿足BIM模型在建設、管理和維護全生命周期中的應用，BIM模型構件的創建應符合如下數據字段的要求，如2所示。

表2?? BIM模型數據字段的要求

數字內容

數據類型

命名

備注

元素ID

字符串

ElementID

單位工程

字符串

UnitProject

分部工程

字符串

Divisional

子分部

字符串

SubDivision

分項工程

字符串

Item

子分項

字符串

SubItem

部位

字符串

Part

體積

字符串

Volume

默認單位為立方米，保留小數點后兩位

表面積

數值型

SurfaceArea

默認單位為平方米，保留小數點后兩位

材質

數值型

Texture

5 結語

建立統一BIM模型、存儲與協同交互基準和通用原則是BIM技術在交通行業實施落地以及示范推廣的前提條件，為發揮工程的示范效應，要對BIM經驗和應用成果進行總結，建立BIM在甘肅省交通行業應用的地區標準，并在后續推廣應用期間不斷完善更新。

BIM應用標準主要研究分類和編碼。分類編碼是BIM技術標準中的語義標準，是指在特定范圍內對信息的結構體系進行組織和描述的一種方法。通過統一的分類和編碼，我們可以實現在不同系統中對信息理解的統一。目前，在公路工程建設、管理和養護過程中，還沒有關于信息模型語義標準的相關研究。本研究以信息分類體系和編碼理論體系、公路信息分類與編碼、公路工程標準工程量清單、預算定額工程量分類體系等理論為基礎，構建了一套交通工程分類與編碼體系，保證了BIM技術在交通工程建設項目中的管理和應用。

參考文獻

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收稿日期：2020-05-08

作者簡介：楊鴻（1990—），男，陜西洋縣人，碩士研究生，工程師，研究方向：BIM技術應用。

Research on the BIM Standard of the Integration of Highway Facilities Construction， Management and Maintenance

YANG Hong，CHEN Chen，WANG Xingwu，WU Yifan，XU Leiru

（Gansu Transportation Planning Survey and Design Institute Co.， Ltd.，Lanzhou? Gansu? 730000）

Abstract：In Gansu province bureau of science and technology project "research on gansu province highway facilities built custody integration data standards as the basis， with the line S38 Wang Geer to summer river highway reconstruction project as the backing， according to the highway engineering information model should meet the design requirements and the need to consider the construction and operational， to determine the establishment of the highway engineering information model， application， delivery should be model unit as the basic object， in order to solve project system in the process of information exchange of information provide a basis for the understanding and awareness is consistent.

Keywords：highway engineering;building information modeling;application of standard