BIM技術在公路工程設計中的應用研究

周京

摘 要：隨著信息技術的飛速發展，BIM技術在公路工程設計中的應用越來越廣泛，本文先論述了BIM技術在公路實際工作中的優勢和發展，然后詳細分析了BIM技術在公路工程設計中的應用要點，以期提高我國公路工程質量，保障公路運輸安全。

關鍵詞：BIM技術;公路設計;設計方案;建模

0 引言

利用BIM技術的作用，將其參與到公路工程設計中，不僅加強設計的準確性，還能彌補以往CAD設計的不足，這為決策者、設計者的工作奠定了堅實基礎，所以，選擇一套切實有效的與交通行業實際情況相一致的BIM技術，能夠推動交通領域的發展。

1 BIM技術在公路實際工作中的優勢和發展

1.1 可視化建模

BIM技術可以搜集多方信息并對這些信息進行整合，構建的三維模型和傳統的圖紙相比具有較大的優勢，比傳統圖紙更形象的將設計細節展現在眼前。很多平面設計不能想象的局部細節，通過三維可視化模型可以很好的展現，能夠使問題得到簡化，將工程設計中遇到的問題更直觀的體現出來。還可以將圖紙中存在的不合理問題進行分析，從而加快工作進度并提高設計水平。

1.2 準確的工程量計算

公路工程在實際開展工程量計算工作的過程中，需要進行科學、合理的計算，這就需要對圖表進行分析，從而將設計和實物建立有效連接，將具體位置做到精確度高，而且在設計過程中要對成本進行管控，選擇合適的材料，避免出現浪費或其他不合理的情況出現。

1.3 優化性

公路工程在實際開展設計工作時，需要反復進行設計-修改-再設計這一過程，需要根據施工圖紙內容以及現場的實際情況進行修改，優化后的模型能更直觀地體現設計的專業性。在優化的過程中，可以及時發現初次設計中沒有發現的問題。這就需要我們運用BIM技術，應用形象的三維動態效果，對從而選擇最合理的設計施工方案。

1.4 模擬性

在設計過程中需要進行實物模擬，先根據實際情況設定具體的目標，工作人員根據主觀感受和一定的標準，在計算機軟件上模擬。模擬時盡量做到模型和場地實際情況一致，如果模擬過程中發現不合理之處，也可以進行優化和調整，從而提高設計水平，保證設計的準確性和直觀性。

2 BIM 技術在公路工程設計中的應用

對BIM技術在公路設計中的高效建模、設計方案審查、工程量計算、可視化展示等關鍵技術與方法展開研究。

2.1 多結構對象的BIM建模與整合

公路工程在施工過程中要對模型進行構建，可能會遇到多種不同的結構對象，例如道路、橋梁、隧道、涵洞等，我們要根據具體的場景搭建不同的模型，要保證這些模型的精確度高，坐標位置準確，本文通過應用Autodesk軟件進行BIM建模，對整個公路工程建設過程進行整合和分析，針對不同的場景設計不同的方案，并進行總結。

2.1.1 地形創建

地形創建要基于現代比較發達的計算機技術，利用電子地圖以及地形點云等平臺進行道路的縱斷面橫斷面以及中心線裝配，電子地圖的應用可以根據網絡云地圖進行模型搭建，做到實時變化，地形點云的應用可以完成不同的道路曲線模型構件，為后續的土方計算和其他設計提供準確的地形模型。

2.1.2 道路模型自動創建

道路設計過程中，縱斷面的設計是非常重要的一個環節，要根據實際道路的坡度以及路基挖方量情況和路面寬度等實際情況進行設計，通過Civil 3D自定義創建路面的橫斷面模型，此模型必須與真實的地形模型相一致，能夠真實地反映道路的情況，如圖1所示，在設計過程中將道路的橫縱斷面設計進行了簡化。通過對道路集合設計基礎數據以及地形數據的應用，實現對地面、道路、橋隧等內容實體模型進行準確描繪，隨后再通過衛星以及航空數字影像來完成模型貼圖這一過程，實現對公路虛擬空間的策劃。

2.1.3 橋梁的參數化族構建

橋梁具有結構清晰以及構建功能明確等特征。進行橋梁模型結構建模的過程中，要根據實際情況合理的調整BIM參數，才能確保所得模型圖準確。我們可以利用Dynamo軟件，再結合Revit軟件，通過這兩個模型進行功能組合滿足用戶的特殊需求。對于工程構建的三位實體模型的模擬，能夠實現對土石方開挖以及回填量的估計，并形成切實有效的土方調配圖表，以此確定填挖距離，并且掌握移動土方的數量及方向，并找到取土坑以及棄土坑的準確方位，實現土方調配的合理性。利用這一方法，實現模型構建過程的簡化，很大程度上提高了設計效率，節省了模型構建的時間。

2.1.4 隧道創建

隧道模型的構建，可以參照道路模型構件進行設計。在設計的過程中要特別注意棄土方量的需求，根據BIM模型進行合理的調整。我們可以利用GIS軟件和civl3D軟件，建立無數據信息的三維實體結構。在三維數據模型的基礎上，再結合其他專業，例如地質探測，進行專業的地質需求設計，最后根據實際測量所得參數生成隧道模型，如圖2所示。

2.1.5 全線整合

公路工程建設中，針對不同的構件對象，通過不同的軟件進行BIM模型繪制與修改。由于每一個軟件在實際操作時方法不同，所有軟件不能對模型進行快速整合，需要通過模型轉換為通用格式文件，進而進行軟件之間的交互應用。通常情況下，橋梁模型會生成FBX格式的文件，而地形和道路曲面在軟件中會生成IMX格式的文件。通過軟件將其進行格式轉換，選擇合適的坐標系在Infraworks中生成模型，橋梁模型通過選擇合適的道路曲面坐標與橋梁地形道路進行模型整合在Infraworks中，可以對道路和橋梁的具體斷面形式和道路交通其他附屬安全設施進行添加和修改，從而使工程設計的模型與實際情況更加吻合。

2.1.6 構建景觀綠化模型

工程道路設計完成之后，后期的景觀綠化也具有非常重要的意義，這對于道路的城市容貌優化以及道路安全交通具有重要影響。所以BIM技術對于綠化模型的設計應該加重景觀綠化的比例并注重其時效性，通過可視化的景觀綠化對綠化的場地布置以及時間安排上進行合理的調整，在實際工程建設中節省成本。

3 設計方案審查

3.1 碰撞檢測

在進行設計時，按照項目部位的不同，很容易會產生沖突，面對這一情況，可通過溝通進行解決，同時這種碰撞溝通可分為硬碰撞以及軟碰撞兩種。對于系統而言，圖紙從二維向維的轉變，適合所有專業，利用對軟件內部的設置，并明確各個環節之間的邏輯關系，通過BIM技術的作用，充分地運用檢測功能，實現對鋼筋、預應力、橋梁設施、隧道管線及其他構件相關問題的檢查，并從中選擇一個最佳的方案，實現空間布置最合理化。

3.2 關鍵構件力學分析與驗證

在進行公路工程設計的過程中，了解到要保證工程最終完成的質量，對結構的受力分析的結果是非常關鍵的，現如今，我國常用的分析軟件包括了Abaqus、Midas、ANSYS 等。本文以Abaqus 軟件為例，首先需要將BIM模型進行轉換，將其格式以FBX格式在Abaqus中體現出來，通過不同的構建對象模型，組合而成一個模型整體，并按照具體的要求對邊界條件進行確定，向其中增加對應的荷載工況，并對模型網絡進行劃分實現計算，按照得出的結果對整體結構進行完善，最終得到一個可靠的力學分析數據，與計算模型結合，保證后期施工以及運行維護的有效運行。

3.3 隱蔽工程顯式表達

在公路工程中，在其中應用BIM技術，對于橋梁、隧道、道路排水溝等隱蔽工程進行直觀排查，特別是橋梁的樁基礎、承臺等施工數據，設計人員能夠從立體的角度，多方位對其進行觀察，保證設計的有效性。利用BIM技術的作用，更好地對沿線所涉及到地下隱蔽工程信息進行收集，為后期工程的施工以及運行維護提供有力的支持。

4 結語

公路工程建設中，BIM技術應用主要通過設計、施工、運行和維護等方面體現。在公路工程設計中，充分利用BIM技術，有助于提高公路工程設計水平和施工質量，方便后期養護管理。但是從目前的應用情況來看，充分發揮BIM技術的作用還需要一定時間，設計人員需加強這方面的研究和探索，并充分利用其優勢，以促進公路工程設計整體水平的提升。

參考文獻：

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