BIM在公路設(shè)計中的應(yīng)用研究

晉亞彬

摘 要：在信息時代，信息技術(shù)逐漸影響著公路工程設(shè)計，充分利用先進(jìn)的信息技術(shù)可以有效地提高公路工程設(shè)計的科學(xué)性、準(zhǔn)確性和可行性，保證公路工程建設(shè)的順利進(jìn)行。近年來，我國大力開展公路工程，但影響公路工程設(shè)計水平的因素很多，對設(shè)計質(zhì)量要求也很高。因此，在公路工程設(shè)計中應(yīng)合理運用BIM技術(shù)，減少各種不確定因素的影響，不斷修改和完善方案，確保方案質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：BIM;公路設(shè)計;應(yīng)用研究

1 BIM技術(shù)的概念及特點

1.1 概念

BIM技術(shù)通常指的是建筑信息模型，設(shè)計人員通過多種方式獲取工程數(shù)據(jù)信息，然后結(jié)合工程實際情況，建立具有相關(guān)真實信息的模型。BIM技術(shù)最早的應(yīng)用是建筑工程。隨著BIM技術(shù)在建筑工程中的作用越來越明顯，逐漸推廣應(yīng)用到其他領(lǐng)域。BIM技術(shù)是建立在真實有效的數(shù)據(jù)信息基礎(chǔ)上的，因此數(shù)據(jù)信息采集的準(zhǔn)確性是影響B(tài)IM技術(shù)應(yīng)用效果的關(guān)鍵因素。1.2 特點

目前，BIM技術(shù)在公路工程中的應(yīng)用仍處于探索階段。人們要研究BIM技術(shù)特點，優(yōu)化BIM技術(shù)的相關(guān)軟件應(yīng)用，為我國公路工程科學(xué)、可靠的設(shè)計提供技術(shù)支持，加快我國公路建設(shè)進(jìn)度。從整體來看，BIM技術(shù)具有可視性、協(xié)同性、準(zhǔn)確性和模擬性。

1.2.1 可視性

BIM技術(shù)具有可視性，它可以實現(xiàn)對周圍環(huán)境的可視化和公路路面、路基的設(shè)計，清晰地呈現(xiàn)公路工程的三維情況和三維模型，展現(xiàn)公路工程建設(shè)的方方面面。三維模型的呈現(xiàn)可以讓設(shè)計師在三維模型中找到靈感。

1.2.2協(xié)同效應(yīng)

公路工程設(shè)計涉及多個環(huán)節(jié)，需要加強(qiáng)各部門之間尤其是設(shè)計單位與施工單位之間的溝通。BIM具有協(xié)同效應(yīng)，可以提供協(xié)同服務(wù)，為相關(guān)單位提供信息，使信息得以共享，使與項目相關(guān)的每個主體都能準(zhǔn)確表達(dá)需求，減少溝通不暢造成的失誤，有效節(jié)約設(shè)計成本，避免設(shè)計人員為了獲取數(shù)據(jù)信息而重復(fù)工作，提高設(shè)計方案的有效性[1]。

1.2.3準(zhǔn)確度

BIM技術(shù)以采集的數(shù)據(jù)為參數(shù)，直觀地顯示公路工程的三維模型。通過大數(shù)據(jù)分析，設(shè)計人員可以快速計算出工程現(xiàn)有面與設(shè)計面之間的土方量，生成土方調(diào)配表，確定工程的挖填方量、土方堆放位置和移動方向，進(jìn)而確定工程材料需求。各種數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確計算，降低了工程建設(shè)的出錯率。

1.2.4 模擬性。

不同于其他技術(shù)，BIM技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)可視化模擬。設(shè)計人員可以利用計算機(jī)技術(shù)的分析能力和篩選能力，有效獲取相關(guān)參數(shù)，并建立公路工程三維立體模型，優(yōu)化設(shè)計方案。在公路工程中，設(shè)計人員運用BIM技術(shù)，能夠快速確定公路的坡度、線型、交互式平面交叉路口模型等，由于施工圖和標(biāo)注始終處于最新狀態(tài)，設(shè)計人員可以集中精力優(yōu)化設(shè)計。

2 BIM技術(shù)在公路設(shè)計中應(yīng)用優(yōu)勢

2.1 提升工程數(shù)據(jù)計算精準(zhǔn)度

BIM技術(shù)在公路工程設(shè)計中的應(yīng)用，可以在三維模型上清晰、全面地顯示公路工程信息，方便技術(shù)人員將綜合信息與公路工程實際信息進(jìn)行比較，及時發(fā)現(xiàn)工程設(shè)計方案中存在的不足，完善設(shè)計方案，避免在實際施工中發(fā)生工程事故，有效規(guī)避工程施工風(fēng)險，提高公路工程施工的整體安全性。將BIM技術(shù)應(yīng)用于公路工程設(shè)計中，通過計算機(jī)技術(shù)、大數(shù)據(jù)和專業(yè)人工篩選信息數(shù)據(jù)，可以有效提高工程數(shù)據(jù)信息采集的準(zhǔn)確性，同時也提高了公路工程數(shù)據(jù)信息采集的效率，為編制科學(xué)合理的公路工程設(shè)計提供有力的數(shù)據(jù)支持。

2.2加強(qiáng)各部門之間的聯(lián)系，加強(qiáng)互動

傳統(tǒng)的公路工程設(shè)計缺乏與業(yè)主的溝通，只是在設(shè)計前，設(shè)計完成后，業(yè)主的意見不能及時準(zhǔn)確地體現(xiàn)在設(shè)計方案中，需要多次修改，不僅浪費時間，而且增加了人工成本。BIM技術(shù)能有效改善這一問題，BIM技術(shù)能有效連接不同部門、不同施工環(huán)節(jié)，促進(jìn)各項目參與方的交流，整合不同的優(yōu)秀建議，實現(xiàn)資源的高效配置，提高公路設(shè)計方案的實用性和完整性。

3 BIM技術(shù)在公路工程設(shè)計中的應(yīng)用

3.1 多結(jié)構(gòu)對象的BIM建模與整合

公路工程涉及地形、道路、橋梁、隧道等結(jié)構(gòu)物。不同類型的軟件需要結(jié)合起來建立相應(yīng)的模型。不同軟件的數(shù)據(jù)格式、模型精度和坐標(biāo)位置不盡相同，需要將不同對象的建模結(jié)果集成到一個統(tǒng)一的場景中，以滿足工程設(shè)計的需要。以Autodesk軟件系統(tǒng)為例，系統(tǒng)總結(jié)了公路工程多結(jié)構(gòu)對象BIM建模與集成方法。

3.1.1地形創(chuàng)建

以地形點云、電子地形圖和等高線數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，構(gòu)造地形面。結(jié)合道路中心線、橫斷面、縱斷面的設(shè)計數(shù)據(jù)，構(gòu)建道路組合體，完成多級級配路面模型，為道路選線和土方計算提供準(zhǔn)確的地面模型。

3.1.2自動創(chuàng)建道路模型

道路模型的建設(shè)，即道路橫斷面和縱斷面的設(shè)計，要求道路寬度、路基填挖、道路平整以及道路附屬設(shè)施的組裝與實際道路相一致。Civil 3D可以通過自定義的方法自動創(chuàng)建道路橫斷面模型。與建立的真實地形模型擬合后，能真實反映已建道路，節(jié)省了設(shè)計階段道路橫斷面圖的繪制環(huán)節(jié)。

3.2設(shè)計方案審查

在公路設(shè)計階段，BIM模型可以根據(jù)公路工程項目的實際需要，實現(xiàn)對設(shè)計方案的快速評審和優(yōu)化調(diào)整，提前驗證方案的可行性，減少方案沖突，提高設(shè)計效率，節(jié)約時間和成本。

3.2.1碰撞檢測

利用BIM技術(shù)的碰撞檢測功能，可以在設(shè)計過程中檢測鋼筋與預(yù)應(yīng)力、橋梁設(shè)施、隧道管線等構(gòu)件的碰撞問題，輔助方案比選，優(yōu)化空間布局。

3.2.2關(guān)鍵部件的力學(xué)分析和驗證

在橋梁工程設(shè)計階段，結(jié)構(gòu)的受力分析是保證工程質(zhì)量的關(guān)鍵。目前國內(nèi)常用的專業(yè)軟件有ABAQUS、Midas、ANSYS等。以ABAQUS軟件為例，首先將BIM模型轉(zhuǎn)換成通用的FBX格式或obj文件導(dǎo)入ABAQUS。將多個組件對象模型組合成整體模型。根據(jù)實際需要，設(shè)置邊界條件，增加荷載工況，劃分模型網(wǎng)格進(jìn)行仿真計算。根據(jù)計算結(jié)果，對整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析、優(yōu)化、反復(fù)迭代，最終形成設(shè)計階段的力學(xué)分析結(jié)果，并將計算模型傳遞到施工和運維階段，為后期的力學(xué)分析提供可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。

3.2.3隱蔽工程的明示

在公路工程中，BIM技術(shù)可以直觀地檢查橋梁工程、隧道工程和道路排水溝等隱蔽工程，特別是橋梁樁基、承臺和隧道工程沿線的施工信息。設(shè)計師可以從任何角度和剖面直觀地觀看設(shè)計，有效地提高了設(shè)計的準(zhǔn)確性。通過BIM技術(shù)的應(yīng)用，準(zhǔn)確、詳細(xì)地記錄了沿線地下隱蔽工程的信息，為施工、運營和維護(hù)階段提供了方便的服務(wù)。

3.3 工程量計算

3.3.1 鋼筋用量計算

在Revit中對族部件進(jìn)行鋼筋用量函數(shù)的編制，在族屬性設(shè)置中將不同種類鋼筋進(jìn)行分類，鋼筋用量與族參數(shù)做關(guān)聯(lián)，通過計算函數(shù)驅(qū)動，只需要改變族部件的尺寸就可以自動計算出不同型號鋼筋的用量，以此來進(jìn)行項目成本的計算，提升項目成本計算效率。

3.3.2 混凝土計算

Revit根據(jù)構(gòu)件自身尺寸可以自動計算出構(gòu)件體積，根據(jù)實際需求將混凝土折損系數(shù)加入計算函數(shù)中，相應(yīng)構(gòu)件混凝土用量就可以自動算出。在項目審計查閱時，只需要查看結(jié)構(gòu)屬性就可以直接觀察到相應(yīng)構(gòu)件的混凝土用量，從而與實際工程所需用量進(jìn)行分析比較。

3.3.3 土方量計算

在civil 3D中，對于不同的分析對象，可以分別用地表體積、放坡體積和橫斷面體積來計算開挖體積。根據(jù)實際地形設(shè)置的開挖基準(zhǔn)，可選擇放坡形式，并根據(jù)設(shè)計要求自動計算出相應(yīng)的土方量。如果地表完全準(zhǔn)確地反映了地形，那么，土方量的計算結(jié)果也完全準(zhǔn)確。在提高工程測量效率的同時，也解決了實際工程中土方量計算困難的問題。

結(jié)束語

BIM技術(shù)是一種新興的三維工程建模技術(shù)，廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)，特別是在公路設(shè)計中，取得了一定的成果。因此，要重視BIM技術(shù)在公路設(shè)計中的應(yīng)用，為提高公路設(shè)計水平提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，促進(jìn)我國公路事業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展，加快我國城鎮(zhèn)化建設(shè)，提高國家整體競爭力。

參考文獻(xiàn)

[1]BIM應(yīng)用于市政橋梁設(shè)計的研究和實踐[J].張茜茜. 科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新.2019（20）

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[3]BIM技術(shù)在公路工程中的應(yīng)用[J].鄭忠照. 中國高新科技.2019（04）