BIM技術在公路設計中的應用與實踐研究

摘要：所謂BIM技術，是一種應用于工程設計、建造、管理的數據化工具。在信息技術快速發展的當下，BIM（建筑信息模型）技術在公路設計與施工中得到了更加廣泛地應用，并在提升公路設計水平等方面發揮了至關重要的作用。在本研究中，將針對BIM技術的特點及其在公路設計中的應用進行重點研究。通過本研究，希望能夠進一步強化BIM技術在公路設計中的應用水平。

關鍵詞：BIM技術;公路設計;應用現狀

一、引言

所謂BIM技術，即建筑信息模型技術。這一概念最早在美國被提出和應用。而在我國，BIM技術的引進和應用時間已經超過10年。在很多大型工程的設計和施工中，還技術都得到了比較廣泛地應用[1]。在這一前提下，針對該技術在公路施工中的應用情況與實際應用措施進行研究就具備了重要的意義。在本文中，將對BIM技術的特點、在公路設計中的應用現狀和加強該技術應用水平的措施進行重點研究。

二、BIM技術的特點

與傳統的工程設計與施工技術相比，BIM技術具有可視化、協調性、模擬性、優化性和造價精準性等特點。在這些特點的影響下，一方面，由于應用了BIM技術進行工程設計和施工，我國公路施工企業的設計與施工水平都得到了顯著提升。另一方面，在應用BIM技術之后，設計與施工人員能夠更加直觀的發現工程項目設計和施工中存在的問題并加以解決。可以說，這些特點為BIM技術的廣泛應用提供了有力的基礎保障。

（一）可視化

BIM技術在實際應用中的最主要功能之一就是構建建筑的三維模型。在相當長的時間內，建筑工程的設計圖紙都是二維圖紙。而BIM技術的應用，實現了設計圖紙的立體化和三維化，并在這一基礎上構建可視化的建筑三維立體模型。與傳統的二維圖紙相比，依托BIM技術構建的三維模型在可視化這一特征方面處于更高的水平。在當下，隨著工程建設技術水平的不斷提升，各種類型的工程建設工作在設計方案和設計思路方面變得愈發復雜。因此，具有可視化特點的BIM技術的應用價值也得到了更大幅度地提升。例如，在進行公路工程設計的過程中，利用BIM技術可以生成精確的橋梁和隧道構造圖，并在這一基礎上進行施工[2]。如圖1所示，圖1中的三維立體圖像為某公路橋梁橋墩部位。

（二）協調性

在公路工程設計過程中，需要應用建筑學、結構學和機電專業的相關知識與人員。而在這相當長的一段時間內，公路工程設計中上述各個不同系統之間的協調水平一直無法得到大幅度提升。而在應用BIM技術之后，這一問題得到了很好地解決。之所以如此，最主要的原因就是該技術具有非常好的協調性，能夠在工程設計和施工過程中對各個不同部門和系統之間的工作進行有效地協調，從而保障工程設計與施工的順利進行。同時，在具備良好協調性的基礎上，BIM技術的應用，也使得公路項目建設過程中公路主體結構與附屬設施的配套性得到了更大程度地提升[3]。

（三）模擬性

在進行公路工程設計和施工的過程中，BIM技術中的相關軟件不僅能夠快速建立三維立體模型，而且能夠通過模擬動畫的形式模擬出項目施工的各個步驟。在這一基礎上，三維模型就變為模擬化的四維模型。同時，BIM技術還能夠對原材料進場、施工中的勞動力分配等活動進行事前模擬，并在這一基礎上對事先制定好的施工方案進行更加科學的優化與創新，進一步提升施工的效率和質量。例如，在圖2中，就是針對公路橋梁施工過程進行的模擬。通過觀察可以看出，該圖面是某公路施工中路面鋪設步驟的四維施工模擬圖。可以說，正是由于具備了模擬性這一特點，導致BIM技術在公路工程設計和施工中具有了更大的應用價值。

（四）優化性

在經濟和科學技術快速發展的當下，公路項目的設計和施工工作變得愈發復雜。因此，單獨依靠施工設計人員自身的素質難以保障設計和施工方案的盡善盡美。而在應用BIM技術之后，該技術能夠利用相關的計算機軟件和模擬技術一次生成多個施工方案，便于設計者和施工單位進行更加全面的對比和選擇。從這一角度來看，BIM技術具有非常好的優化性特點。

（五）造價精確性

BIM技術的核心就是將各個構件的相關數據信息形成可視化的參數，并在這一基礎上通過對構件進行模擬化的拉伸、旋轉等操作，能夠對各個構件的結構和對質量的要求進行更加全面地了解，并在這一基礎上通過對采購方案進行優化達到對采購成本與工程造價進行精確控制的目標[4]。可以說，這一特點對BIM技術的應用于推廣起到了相當大的促進作用。

三、公路設計中常用的BIM技術應用平臺

在科學技術飛速發展的當下，只依靠一類軟件進行BIM技術的運用已經無法滿足公路工程設計的需求。因此，各種以BIM技術為基礎的新型計算機軟件開始面世和應用，并成為BIM技術的重要應用平臺。在本文中，將針對Autodesk、Bentley、Nemetschek、Dassault幾種BIM技術應用平臺進行簡要的介紹。

（一）Autodesk

Autodesk軟件是由Autodesk公司研發和設計的一款設計軟件。該軟件依托BIM技術設計，能夠實現對設計方案和圖紙的三維立體建模，并在這一基礎上提升工程設計的速度與質量。與其他軟件相比，該軟件的最主要優勢之一就是操作簡單。同時，由于軟件中擁有第三方開發的內容，因而工程設計者能夠在進行項目設計的過程中查看和參考成功的工程項目設計方案對自身的設計方案進行進一步優化和完善。因此，現階段Autodesk軟件在公路工程設計中的應用比較廣泛。

（二）Bentley

在BIM設計軟件中，Bentley公司研發的主要用于設計公路、橋梁、機場、大廈等大型工程建設項目。在該軟件系統中，擁有很多系統自帶的BIM模型。由于公路、橋梁等大型工程項目的設計具有很多共同特點，因而設計人員只需要針對系統自帶的類似模型進行改變和創新就能夠完成工程項目設計工作。可以說，該軟件的應用能夠大幅度減少設計人員的工作量，從而實現設計工作效率和質量的進一步提升。

（三）Nemetschek

在軟件中應用BIM技術最早開始于Nemetschek公司。通過將BIM技術融入軟件之中，Nemetschek公司開發了多款用于工程設計的軟件，并在工程項目設計與建設過程中得到了比較廣泛地應用。但是由于該軟件平臺中的系統功能與我國大多數工程項目建設企業使用的設計軟件并不匹配，導致Nemetschek軟件在我國的應用范圍相對比較有限。在當下，該軟件在歐美國家的大型工程設計中應用比較廣泛。

（四）Dassault

法國Dassault公司針對大型工程設計中BIM技術的應用方式也進行了深入研究，并在這一基礎上開發了多款工程項目設計軟件。與其他類型的軟件相比，Dassault設計的軟件更加適用于對大型建筑工程進行設計。例如，我國的北京奧運會主會場鳥巢就是在Dassault公司研發的多款設計軟件的支持下設計和施工的。而在公路工程設計和施工中，該軟件技術的應用相對較少。

四、BIM技術在公路設計中的應用

通過以上研究可以發現，在當下，BIM技術在建筑和公路設計施工中都得到了比較廣泛地應用。由于該技術具有可視化、協調化等特點，因而其大范圍的應用促進了建筑和公路施工設計水平的進一步提升。但是必須看到，在公路設計和施工中應用BIM技術，也逐漸暴露出了一些問題。因此，需要制定更加科學的措施促進BIM技術研發與應用水平的進一步提升。在本文中，將針對該技術的應用現狀、面臨的實際問題和解決措施進行全面研究。

（一）應用現狀

在我國，為通過交談建設進一步刺激經濟發展，我國政府部門和相關企業在道路交通設施建設方面投入了相當大的精力和海量的資金。在這一基礎上，BIM技術的應用也變得愈發頻繁。由于BIM具有可視化、協調性等特征，因而能夠在設計和施工方案的制定過程中發揮出非常大的作用[5]。

眾所周知，在當下，我國很多公路施工企業的設計方案仍然停留在平面圖紙階段，設計人員在這一基礎上進行設計，并在對現場進行考察之后對設計方案進行調整。但是在BIM技術模式下，已經可以事先設計圖紙的三維立體建模。在這一基礎上，越來越多的施工企業開始在工程設計階段應用BIM技術，并希望通過該技術的應用實現設計工作效率與質量的進一步提升。例如在圖3中，某公路項目設計中應用了BIM技術進行了三維立體建模。通過圖3可以發現，在三維立體模型中，公路的周邊環境、設計路線等信息都得到了比較直觀的反應，因而能夠幫助設計者對設計方案進行更加科學的優化和完善[6]。

在將使用BIM技術生成的路線模型與地形模型結合之后，能夠非常直觀的發現新建公路工程與原有地形地貌之間的交互關系。在這一基礎上，設計人員能夠提出更加科學的設計方案，并通過設計和構建橋梁、隧道的方式實現工程施工效率與施工質量的進一步提升。之后，還能夠應用BIM技術生成更加精確的施工效果圖。

（二）遇到的困難

在將BIM技術應用于公路項目設計和施工的過程中，也逐漸出現了一些需要解決的問題。其中，最主要的問題之一就是現有的BIM技術更加適用于建筑設計和施工。由于公路設計施工與建筑的設計施工存在較大差異，因而導致BIM技術在公路項目設計中無法達到最佳的應用效果。在具體表現方面，建筑施工設計中有比較集中的設計主體，因而能夠輕松做到設計和施工的標準化。而在公路設計和施工中，應用BIM技術實現標準化的難度則相對較大，因而導致其對公路設計和施工效率的提升無法發揮最大的促進作用。同時，由于公路施工需要面對復雜的路況和地形，因而對公路設計BIM技術進行標準化處理的技術難度比較大。在當下，無論國內外的軟件開發企業在這一方面都沒有形成能夠實際應用的研究成果[7]。

（三）解決措施

鑒于BIM應用于公路項目設計時存在的現實困難，需要采取科學的措施加以應對和解決。在具體措施方面：

1. 雖然現階段BIM技術在公路設計中無法達到最佳應用效果，但與傳統的設計技術相比仍然具有無可比擬的技術優勢。因此，需要公路施工企業在現有的基礎上進一步增加BIM技術的應用范圍，并在這一前提下對BIM技術應用過程中形成的經驗和教訓進行總結，為BIM技術的進一步升級提供更多能夠借鑒的實踐經驗。這一措施不僅能夠幫助施工企業提升自身的設計與施工水平，而且能夠幫助軟件研發企業和相關部門進一步加快BIM技術的研發與升級進程，從而為該技術在公路設計中的應用提供基礎保障。

2. 我國各大高校需要進一步加大培養BIM技術開發與應用人才的力度，通過在高校中增加相關專業和引進國外先進研究成果等方式提升自身的教育水平，培養出更多的BIM技術開發與應用人才。在這一基礎上，我國的BIM技術研發與應用水平就能夠得到更進一步的提升[8]。

五、結論

綜上所述，在公路設計與施工中，BIM技術的應用不僅能夠促進設計與施工水平的進一步提升，而且能夠幫助公路施工企業進一步加強自身的設計與施工質量。但是在當下，由于BIM技術并非專門用于公路設計的技術，因而其實際應用效果還存在一定的提升空間。在本研究中，針對這一問題進行了詳細的分析，并為其制定了解決方案。通過本研究，希望能夠幫助公路施工企業進一步強化BIM技術的實際應用水平，實現我國公路建設水平的進一步提升。

參考文獻：

[1]陳志，楊艷群，楊秀靖，林君君，楊軼彬，陳倬.BIM技術在公路改擴建工程交通導改中的應用[J].交通工程，2019，19（05）：6-10.

[2]趙玉石.BIM技術在高速公路工程建設中應用[J].交通世界，2019，14（27）：144-145.

[3]丁瑞鋒，王綏慶.BIM技術在公路設計中的應用與展望[J].城市建設理論研究（電子版），2019，11（07）：83.

[4]李金龍，王欣南，陳中治，望開潘.BIM技術在公路橋梁設計中的應用淺析[J].低溫建筑技術，2019，41（02）：67-69.

[5]張萬庭.基于BIM技術的公路路線設計分析[J].人民交通，2018，15（09）：60-61.

[6]何曉君.BIM技術在公路設計中的應用價值研究[J].公路交通科技（應用技術版），2018，14（08）：85-87.

[7]高子堯.長韶婁高速公路起點段線形方案比選及BIM技術應用[D].長沙理工大學，2017.

[8]嚴麗娟.建筑信息模型（BIM）在高速公路項目管理中的應用研究[D].長江大學，2016.

通訊作者：陳彥君，1985年3月，男，漢族，內蒙古武川人，就職于內蒙古交通設計研究院有限責任公司，高級工程師，碩士研究生。研究方向：公路工程。