BIM 技術(shù)在公路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用與創(chuàng)新

王亮 孟志祥

中交通力建設(shè)股份有限公司 陜西西安 710075

1 公路BIM 設(shè)計(jì)推廣現(xiàn)狀

建筑信息模型（BIM）概念在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用和推廣較早，但在交通領(lǐng)域的發(fā)展相對(duì)較晚。2016 年2 月，交通運(yùn)輸部發(fā)布《關(guān)于交通運(yùn)輸重大技術(shù)方向和技術(shù)政策的通知》，把推進(jìn)建筑信息模型（BIM）技術(shù)放在首位。行業(yè)和市場(chǎng)也開始對(duì)交通等基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目提出明確的BIM 應(yīng)用要求，交通BIM 的應(yīng)用和研究逐漸進(jìn)入熱潮。公路BIM 設(shè)計(jì)是公路BIM 全生命周期應(yīng)用的數(shù)據(jù)源，在公路BIM 全生命周期應(yīng)用中起著重要作用。然而，由于缺乏切實(shí)可行的公路BIM 設(shè)計(jì)交付標(biāo)準(zhǔn)，以及公路BIM 設(shè)計(jì)軟件在功能和設(shè)計(jì)效率上的缺陷，限制了BIM 設(shè)計(jì)的進(jìn)程。從筆者收集的公路BIM 項(xiàng)目應(yīng)用情況來看，公路BIM 的應(yīng)用深度多基于二維設(shè)計(jì)成果，模型精度只能達(dá)到方案和初步設(shè)計(jì)深度，難以形成可用于施工的交付成果；但在方案效果上公路工程的展示、施工及運(yùn)維管理，通過對(duì)設(shè)計(jì)模型的輕量化處理，結(jié)合GIS 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)瓦片加載技術(shù)的大比例尺模型，有比較成熟的案例[1]。

2 BIM 技術(shù)在公路工程設(shè)計(jì)中的創(chuàng)新應(yīng)用

2.1 關(guān)鍵構(gòu)件力學(xué)分析與驗(yàn)證

在橋梁工程的設(shè)計(jì)階段，其結(jié)構(gòu)的受力分析是確保工程質(zhì)量的重點(diǎn)，目前國(guó)內(nèi)常用的專業(yè)軟件有Abaqus、Midas、ANSYS 等進(jìn)行驗(yàn)證分析。以Abaqus 軟件為例，首先將BIM 模型轉(zhuǎn)換成通用FBX 格式或OBJ 文件導(dǎo)入Abaqus 中，多個(gè)構(gòu)件對(duì)象模型拼裝組合形成整體模型，根據(jù)實(shí)際需求設(shè)置邊界條件，添加荷載工況，劃分模型網(wǎng)格進(jìn)行模擬計(jì)算，根據(jù)得出的計(jì)算結(jié)果對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析優(yōu)化，往復(fù)迭代，最終形成設(shè)計(jì)階段力學(xué)分析結(jié)果，連同計(jì)算模型向施工、運(yùn)維階段傳遞，可為后續(xù)階段力學(xué)分析提供可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。

2.2 基于BIM 技術(shù)的協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)搭建

可以選擇使用高效的現(xiàn)代化測(cè)量技術(shù)，然后能夠形成準(zhǔn)確的BIM 模型，就能夠建設(shè)更加高水平的環(huán)境模型。數(shù)字化的勘察結(jié)果應(yīng)用到協(xié)同平臺(tái)中，確保各項(xiàng)專業(yè)設(shè)計(jì)都要使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)信息，不能存在協(xié)調(diào)性不足的情況。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行構(gòu)造物設(shè)計(jì)時(shí)能夠研發(fā)和應(yīng)用BIM 設(shè)計(jì)軟件，以數(shù)字化勘察設(shè)計(jì)結(jié)果作為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，利用設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)就能夠形成構(gòu)造物方案的BIM 模型，協(xié)同平臺(tái)內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)專業(yè)信息的BIM 模型與環(huán)境模型的組合與使用，然后就能夠開展進(jìn)行大場(chǎng)景BIM 模型設(shè)計(jì)。各個(gè)專業(yè)設(shè)計(jì)人員要結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)來檢驗(yàn)構(gòu)造物設(shè)計(jì)方案是否能夠達(dá)到可行性與合理性標(biāo)準(zhǔn)，各個(gè)專業(yè)都要保證設(shè)計(jì)方案銜接和應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)協(xié)同化處理。利用協(xié)同平臺(tái)能夠確保設(shè)計(jì)各個(gè)專項(xiàng)數(shù)據(jù)來源統(tǒng)一，不會(huì)因?yàn)閿?shù)據(jù)偏差而導(dǎo)致設(shè)計(jì)存在問題。同時(shí)可以利用BIM 協(xié)同平臺(tái)，各個(gè)專業(yè)設(shè)計(jì)人員確認(rèn)之后進(jìn)行后續(xù)設(shè)計(jì)，能夠完成信息傳遞和應(yīng)用[2]。

2.3 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

公路設(shè)計(jì)是一種線性工程設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)方案往往采用平、縱、橫斷面相結(jié)合的形式，在二維設(shè)計(jì)和三維設(shè)計(jì)平臺(tái)上差別不大。然而，對(duì)于公路工程中的特殊節(jié)點(diǎn)，如隧道交叉口，其空間幾何結(jié)構(gòu)往往比較復(fù)雜，傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)方法難以表達(dá)和理解。通過在BIM設(shè)計(jì)平臺(tái)上進(jìn)行精確的三維建模，可以直觀地表達(dá)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)方案，進(jìn)而通過視圖切割快速生成精確的圖紙，大大提高了復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的圖形表達(dá)精度。

2.4 交通量檢測(cè)與交通適用性評(píng)價(jià)

基于BIM 的交通仿真應(yīng)用方法是有效利用BIM 模型中所包含的信息，應(yīng)用于構(gòu)建交通仿真道路模型，并完成交通仿真的過程。相比于傳統(tǒng)的描點(diǎn)建模方法，具有高效性、準(zhǔn)確性和動(dòng)態(tài)更新的特點(diǎn)。找到交通擁堵點(diǎn)是交通仿真研究的重要內(nèi)容，首先要分析道路網(wǎng)的交通需求，分析在不同交通壓力下，道路交通擁堵敏感區(qū)域位置。在設(shè)計(jì)階段即可以發(fā)現(xiàn)存在擁堵的區(qū)域，避免設(shè)計(jì)失誤，減少二次投資。

2.5 全生命周期數(shù)據(jù)傳遞要求

公路工程設(shè)計(jì)階段的BIM 成果可以進(jìn)一步傳遞到施工階段，為工程精細(xì)化施工和智能建造提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。根據(jù)全生命周期的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)要求和工程施工實(shí)際需求，對(duì)設(shè)計(jì)階段的BIM 模型與成果進(jìn)行集成和整合，以滿足全生命周期數(shù)據(jù)傳遞的要求。另一方面，基于公路工程施工、養(yǎng)護(hù)和運(yùn)營(yíng)階段的BIM 應(yīng)用與實(shí)踐，將BIM應(yīng)用中涉及設(shè)計(jì)階段的問題和經(jīng)驗(yàn)反饋回設(shè)計(jì)階段，將有助于完善工程全生命周期的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)與管理。

2.6 BIM 技術(shù)在橋梁可視化技術(shù)交底中的應(yīng)用

技術(shù)交底是設(shè)計(jì)人員與施工單位溝通的重要方式，必須要把整個(gè)設(shè)計(jì)方案的設(shè)計(jì)意圖與注意事項(xiàng)明確標(biāo)注，并且傳達(dá)到施工單位中。但是在很多情況下，表達(dá)不清晰、文件不規(guī)范等問題普遍存在。如果經(jīng)常出現(xiàn)表述不清晰的情況，就會(huì)造成比較嚴(yán)重的施工問題，工程質(zhì)量也難以保證。利用BIM 技術(shù)就是模擬各個(gè)關(guān)鍵性施工工藝，直接表現(xiàn)出設(shè)計(jì)意圖，在施工中要重點(diǎn)標(biāo)注，并且將一些重要部分使用動(dòng)畫形式進(jìn)行表示，準(zhǔn)確度比較高，還能夠提升溝通的效率和工作的質(zhì)量，確保工程能夠完全按照設(shè)計(jì)方案順利實(shí)施。同時(shí)，關(guān)鍵施工方式與成套工藝制作成技術(shù)交底庫(kù)，為整個(gè)施工環(huán)節(jié)提供有利的支持[3]。

3 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前BIM 技術(shù)被大量的應(yīng)用到公路工程項(xiàng)目中，能夠應(yīng)用到項(xiàng)目各個(gè)環(huán)節(jié)，并且已經(jīng)取得了非常好的效果。在這個(gè)過程中，經(jīng)歷了長(zhǎng)期的探索、分析與研究，同時(shí)結(jié)合目前應(yīng)用狀況分析，能夠展現(xiàn)出比較好的優(yōu)勢(shì)，尤其是在設(shè)計(jì)階段可以解決很多現(xiàn)實(shí)的問題，能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)成果真實(shí)反映出來，提高設(shè)計(jì)方案的水平。在未來發(fā)展中，BIM 技術(shù)必然會(huì)更加的成熟，應(yīng)用在公路橋梁工程中也會(huì)有更好的效果，未來對(duì)于工程領(lǐng)域的發(fā)展有著非常積極的促進(jìn)作用。