BIM技術(shù)在公路工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析

李金武

（甘肅省交通科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司，甘肅 蘭州 730030）

眾多與公路橋梁有關(guān)的工程一般規(guī)模較大，設(shè)計(jì)過程都顯得相對復(fù)雜，在發(fā)展中提出更高的技術(shù)要求。因此，只有在建設(shè)的過程中建立與BIM信息模型相一致的施工模型才能夠使得該技術(shù)更好地運(yùn)用于施工過程中，進(jìn)而提高設(shè)計(jì)方案的可行性，BIM技術(shù)也可以在發(fā)展中更好地滿足施工企業(yè)的實(shí)際需要，因此被公路工程設(shè)計(jì)人員廣泛應(yīng)用。

1.BIM技術(shù)的概念

BIM作為一種常用的建筑信息模型一直都被廣泛地運(yùn)用于公路工程建設(shè)和運(yùn)營過程中。項(xiàng)目內(nèi)部的不同參與方會借助一個(gè)合適的平臺來操作不同的信息，并借助軟件來指揮整個(gè)項(xiàng)目施工的過程。隨著BIM技術(shù)的深入研究，與BIM技術(shù)相關(guān)的軟件平臺正不斷完善。到目前為止，BIM技術(shù)正被運(yùn)用于不同行業(yè)中。到2017年，我國所頒布的《建筑信息模型施工應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》對BIM進(jìn)行了全面的定義：它指的就是在一定的建設(shè)工程周期內(nèi)運(yùn)用數(shù)字來表達(dá)建筑物內(nèi)部物理和功能，最終再提升運(yùn)營效果。常規(guī)的BIM技術(shù)可以借助計(jì)算機(jī)技術(shù)來形成一個(gè)較為完整和有一定邏輯關(guān)系的工程信息庫，這樣才能夠提供更加高質(zhì)量的服務(wù)。

目前常見的BIM技術(shù)主要是由美國著名的Autodesk公司在2002年提出的概念，目的就是為了更好地實(shí)現(xiàn)建筑信息的集成，并學(xué)會將建筑的設(shè)計(jì)、施工和項(xiàng)目的終結(jié)更好地結(jié)合在一起，并方便更多的人進(jìn)行查閱。如果能夠高效地運(yùn)用BIM技術(shù)不僅可以更好地提升工作效率，更可以直接降低工作的成本。目前，常見的BIM技術(shù)已經(jīng)在全球范圍內(nèi)被認(rèn)可。

簡單看，BIM技術(shù)的含義主要有以下三點(diǎn)內(nèi)容：第一，BIM技術(shù)是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)的，最終目的是為了集成與不同建筑工程項(xiàng)目有關(guān)的數(shù)據(jù)信息，并更好地表現(xiàn)出不同類型工程項(xiàng)目的特性。第二，BIM技術(shù)是一個(gè)較為完善的信息模型，可以將建筑項(xiàng)目內(nèi)部不同生命周期階段的數(shù)據(jù)更好地集中在一起，最終對整個(gè)工程項(xiàng)目進(jìn)行描述，也才能夠提供可以被查詢的數(shù)據(jù)。第三，BIM數(shù)據(jù)作為一種單一的數(shù)據(jù)源，實(shí)際可以解決不同工程數(shù)據(jù)之間存在的不同問題，更是項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的重要平臺。

2.BIM技術(shù)在公路工程設(shè)計(jì)中的優(yōu)點(diǎn)

常見的BIM技術(shù)之所以能夠融入公路工程建設(shè)中，主要表現(xiàn)出如下幾點(diǎn)優(yōu)勢：

2.1 可視化

公路設(shè)計(jì)的整個(gè)過程并不簡單，在設(shè)計(jì)時(shí)會包含較多的數(shù)據(jù)。多數(shù)設(shè)計(jì)人員不僅需要在設(shè)計(jì)的過程中考慮到多個(gè)方面的因素，更需要從不同角度出發(fā)來考慮設(shè)計(jì)方案的合理性[1]。只有高效地運(yùn)用BIM技術(shù)才能夠構(gòu)建較強(qiáng)的三維模型，并讓模型朝著可視化的方向發(fā)展，模型運(yùn)行的成果不僅可以被運(yùn)用于不同種類的效果圖內(nèi)部，更可以讓整個(gè)項(xiàng)目在建設(shè)和運(yùn)行的過程都可以在可視化的狀態(tài)下高效進(jìn)行。

2.2 協(xié)調(diào)性

多數(shù)BIM技術(shù)具有很強(qiáng)的協(xié)調(diào)性。一般在設(shè)計(jì)公路工程時(shí)，不同專業(yè)的設(shè)計(jì)人員難免會存在溝通不到位的現(xiàn)象，也會存在一定的沖突。但是如果能夠有效地運(yùn)用協(xié)調(diào)性較高的BIM技術(shù)就可以在第一時(shí)間有效地解決各大專業(yè)中存在的碰撞問題。

2.3 優(yōu)化性

所有BIM的模型都可以在較短的時(shí)間內(nèi)勘察整條公路的信息。其主要的信息是由幾何信息、物理信息和其他不同類型的信息有效地融合在一起，并借助計(jì)算機(jī)來生成不同類型的方案，最終才能夠在控制有關(guān)維度的基礎(chǔ)上選擇出更高級的設(shè)計(jì)方案。如果遇到較為復(fù)雜的項(xiàng)目，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)并不能夠發(fā)揮更大的作用，此時(shí)專業(yè)人員就可以借助合適的BIM技術(shù)來解決各類公路建設(shè)中存在的問題，并得出較好的效果。

2.4 可出圖性

在傳統(tǒng)的環(huán)境下，幾乎所有的圖紙都是單獨(dú)存在的，繪制圖畫的過程需要由平面向立體進(jìn)行過渡。但是，隨著項(xiàng)目的進(jìn)行，內(nèi)部的變化將會變得非常復(fù)雜，最終就會使得繪圖的過程出現(xiàn)錯誤[2]。因此在運(yùn)用BIM技術(shù)時(shí)，專業(yè)人員需要整體展示整個(gè)公路勘察的過程，之后再在檢查和修改設(shè)計(jì)之后消除相應(yīng)的錯誤，最后才能夠得出一個(gè)合適的檢測報(bào)告。從上述分析可以看出，如果能夠?qū)IM技術(shù)有效地融入公路工程設(shè)計(jì)中自然可以使得大量的工程師從圖紙中解放出來。

2.5 可模擬性

BIM技術(shù)不僅可以模擬新的3D畫面，也可以實(shí)現(xiàn)包括緊急疏散、日照、熱能傳導(dǎo)和其他不同方面的模擬。在分析不同工程情況的內(nèi)容看，BIM技術(shù)更可以實(shí)現(xiàn)對不同人員的高效疏散。

3.BIM技術(shù)發(fā)展革沿

BIM作為一種常見的技術(shù)已經(jīng)在不同行業(yè)內(nèi)部都發(fā)揮非常重要的作用，與BIM相關(guān)的工作方法也在不斷地發(fā)生變革。BIM技術(shù)最早的雛形可以追溯到上世紀(jì)70年代，是著名的查克伊士曼在1975年所提出的新概念。一直到上世紀(jì)的80年代，英國也在進(jìn)行了與BIM技術(shù)相關(guān)的研究，很多英國的專家甚至也在用不同的論文直接描述類似RUCAPS建筑模型，以便更好的讓不同類型的BIM技術(shù)能夠適應(yīng)行業(yè)的發(fā)展。21世紀(jì)之前，因?yàn)槭艿接?jì)算機(jī)硬件和軟件水平的制約，BIM技術(shù)只能夠被當(dāng)作一中學(xué)術(shù)研究對象，甚至很難直接在工程實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮應(yīng)有的作用。在21世紀(jì)之后，隨著計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)水平的不斷發(fā)展和對建筑生命周期的理解，BIM技術(shù)的變革風(fēng)潮也在全球范圍內(nèi)席卷開來。發(fā)展到今天，BIM技術(shù)已經(jīng)在包括美國、新加坡、英國、韓國、日本、北歐、香港和其他不同的地區(qū)都取得了一定程度的發(fā)展。

4.BIM在公路設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用方向

BIM技術(shù)可以在公路工程設(shè)計(jì)的過程中運(yùn)用于如下幾個(gè)方面：

不同類型的分子篩對VOCs的吸附效果不同，這就要求對分子篩進(jìn)行化學(xué)修飾和改性，提高對VOCs的去除效果。許永童等[10]采用鹽酸對海泡石粉粒進(jìn)行改性，然后加入無機(jī)黏結(jié)劑攪拌，制備得到改性海泡石基分子篩；該分子篩用于凈化有機(jī)廢氣時(shí)，具有吸附速率快、吸附容量高、脫附徹底的優(yōu)點(diǎn)。盧晗鋒等[11]采用高分子有機(jī)樹脂聚合單體——苯乙烯、二乙烯苯或甲基丙烯酸甲酯為改性材料，對介孔分子篩進(jìn)行改性，制備得到的改性介孔分子篩孔道尺寸減小，對低濃度有機(jī)廢氣的吸附性能顯著提高，尤其是其水熱穩(wěn)定性得到大幅提高，在多次吸附-脫附循環(huán)后仍能保持良好的吸附性能。

4.1 道路建模

可利用各類道路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和地形數(shù)據(jù)來構(gòu)建一個(gè)與地面、道路和橋梁有關(guān)的三維模型，之后再利用不同的衛(wèi)星來處理不同的數(shù)字影像，這樣才能夠營造出一個(gè)虛擬的公路空間。

例如，新式的交互式平面交叉路口模型就是讓BIM軟件融合在公路上的常用模型。一方面專業(yè)人員可以通過利用包括人行道、車行道和其他不同的組件來更好地設(shè)計(jì)環(huán)島，或者再在直接分析其設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上創(chuàng)建屬于自己的部件，這樣不僅可以使得廣大施工圖紙和標(biāo)注都處于最新的狀態(tài)，更可以讓廣大設(shè)計(jì)師都能夠集中精力提升設(shè)計(jì)的效率。

4.2 碰撞檢查

不同的工程項(xiàng)目內(nèi)部都可能會產(chǎn)生不同的沖突，此時(shí)各大工程師就可以借助碰撞檢查來解決實(shí)際的問題。系統(tǒng)內(nèi)部已經(jīng)將合適的二維圖紙變成三維模型，在運(yùn)用碰撞檢查時(shí)，合適的軟件可以在第一時(shí)間就找出內(nèi)部的邏輯關(guān)系。

4.3 項(xiàng)目管理

項(xiàng)目管理是整個(gè)公路項(xiàng)目施工的核心，在工程管理中發(fā)揮著非常重要的作用[3]。在實(shí)際運(yùn)用BIM技術(shù)時(shí)可以將項(xiàng)目管理作為管理工作中的核心，并通過充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)技術(shù)來綜合利用各類項(xiàng)目管理信息，更好地提升施工、招投標(biāo)、合同管理和設(shè)計(jì)變更的效率。事實(shí)證明，只有有效地應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)才能夠更好地彌補(bǔ)項(xiàng)目管理工作中存在的不足，并最終提升工程管理的效率。

4.4 一體化的信息管理系統(tǒng)

構(gòu)建一體化的信息管理系統(tǒng)一直都在公路管理中發(fā)揮非常重要的作用。一體化的信息管理過程不僅可以規(guī)范公路工程各方面的內(nèi)容，更可以有效地實(shí)現(xiàn)高效管理，最終才能夠提升使用資源的效率。此外，借助計(jì)算機(jī)技術(shù)來構(gòu)建一體化的信息管理系統(tǒng)時(shí)，專業(yè)人員更可以將各類施工方案、圖紙?jiān)O(shè)計(jì)和施工招標(biāo)過程更好地集中在一起，這樣才能夠更好地設(shè)計(jì)出與工程相互適應(yīng)的一體化信息管理系統(tǒng)[4]。

多數(shù)公路工程內(nèi)部包含了較多的數(shù)據(jù)。因此，在運(yùn)用BIM技術(shù)構(gòu)建信息管理系統(tǒng)時(shí)不僅需要準(zhǔn)備擴(kuò)展性較強(qiáng)的數(shù)據(jù)庫平臺，更需要將不同的數(shù)據(jù)更好地集合在一起，最終才能夠更好地提升數(shù)據(jù)使用的效率。

4.5 空間管理

4.6 設(shè)施管理

當(dāng)BIM技術(shù)被運(yùn)用于設(shè)施管理中時(shí)，主要的內(nèi)容是由設(shè)施裝修、空間規(guī)劃、維護(hù)操作和其他不同方面的內(nèi)容構(gòu)成。多數(shù)業(yè)主和運(yùn)營商會在維護(hù)和運(yùn)營設(shè)備的過程中耗費(fèi)很多成本。BIM技術(shù)運(yùn)用的最終目的就是能夠讓整個(gè)建筑項(xiàng)目變得更加協(xié)調(diào)一致，并高效地計(jì)算不同類型的信息，目前此類信息非常適合被共享和應(yīng)用。

5.案例分析

5.1 工程分析

某高速公路建設(shè)項(xiàng)目的總體長度為10.452km，合同額度為8.83億元，整個(gè)工程主要由外納互通立交、主線收費(fèi)站、外納隧道和其他不同階段的工程組成，整個(gè)工程是由中鐵二十一局集團(tuán)第三工程有限公司承建施工[5]。

5.2 項(xiàng)目難點(diǎn)

本項(xiàng)目深度較深，在實(shí)際施工時(shí)專業(yè)人員需要在具體分析地質(zhì)報(bào)告運(yùn)行情況的基礎(chǔ)上來有效地了解項(xiàng)目所在地施工的實(shí)際情況，并更好地勘察本地區(qū)在施工時(shí)存在的風(fēng)險(xiǎn)，為的是讓整個(gè)工程項(xiàng)目運(yùn)行的更加順利。

5.3 BIM 模型應(yīng)用

BIM模型運(yùn)用的目標(biāo)包括如下幾點(diǎn)內(nèi)容：

第一，在對圖紙進(jìn)行審閱的基礎(chǔ)上能夠更好地分析其中存在的問題，并組織不同的人直接對圖紙進(jìn)行會審；第二，直接利用BIM模型來檢測整個(gè)項(xiàng)目主體，并有效地分析不同主體部分之間產(chǎn)生的沖突；第三，可以利用BIM技術(shù)直接制作一個(gè)三維可視化的動畫，并充分利用模擬動畫和現(xiàn)場的技術(shù)人員進(jìn)行交底，最終能更好的提升施工質(zhì)量；第四，可以通過結(jié)合BIM漫游軟件對整個(gè)區(qū)域進(jìn)行漫游，最后再提升可視化檢查的效率。圖1為整個(gè)BIM模型。

圖 1 BIM 模型類型

6.結(jié)語

BIM技術(shù)是一種較為新穎的三維工程建模技術(shù)，目前正被運(yùn)用于不同行業(yè)中，在建設(shè)公路時(shí)扮演著非常重要的角色。因此，專業(yè)的施工人員需要采用合適的方法將BIM技術(shù)運(yùn)用于公路工程設(shè)計(jì)中，來提升公路工程建設(shè)水平，最終才能夠促進(jìn)我國公路行業(yè)更好地向前發(fā)展，以便有效地提升國家的競爭力。