談BIM技術在公路行業的發展和應用

閆 博 華

(山西省交通科學研究院，山西 太原 030006)

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談BIM技術在公路行業的發展和應用

閆 博 華

(山西省交通科學研究院，山西 太原 030006)

分析了公路建設的發展現狀，基于BIM技術可視性、協同性、模擬性等特點，從規劃、設計、施工、運營、維護等階段，闡述了BIM技術在公路建設全生命周期中的應用，為公路工程的建設觀念和方法帶來了新的變革。

公路建設，BIM，三維模型，全生命周期

0 引言

BIM為“建筑信息模型(Building Information Modeling)”的簡稱。美國國家BIM標準(National Building Information Modeling Standard,NBIMS)對其的定義為：“BIM是建筑屬性和功能特性的信息化描述，BIM是一種共享有關這個建筑數據的數據庫，為該建筑從規劃到拆除的全生命周期中的所有決策提供理論數據支撐。通過在BIM中輸入、導出、更新和優化信息，支持不同參與方在項目不同階段更好的協同工作”[1]。

1 公路建設發展現狀

BIM是一種全生命周期信息技術，它自提出起，在歐美國家已經開始廣泛應用，而目前在國內，BIM技術大多是應用在房屋建筑項目上，且以設計單位為主。在公路建設行業中，由于建設項目參與方以及對不同階段、不同專業缺乏統籌信息管理，而且現階段還缺少相關的公路行業BIM標準、BIM規范等，導致BIM技術只是應用在單項工程建設中[2]。

隨著社會的發展，經濟的增長，公路工程作為交通運輸的重要組成部分，在建設行業中的地位日益突顯，對公路工程的規劃、設計、施工和運營養護的要求不斷提高。而目前公路工程規劃、構造物設計、施工、變更等還停留在依靠傳統的二維圖紙上，其設計過程比較繁瑣，優化過程復雜，而且構造物的修建越來越困難，比如隧道所處的地理環境越來越惡劣，橋梁的結構形式越來越新穎，施工時面臨的困難越來越大。同時還面臨著公路具體施工條件造成的偏差，設計中經常出現的變更和沖突，臨時結構的反復修改等，這些都嚴重制約著公路設計、施工和養護的發展。因此，BIM作為一種全面輔助管理、全生命周期信息的理念和技術，在公路建設項目的規劃階段、設計階段、施工階段和運營維護階段等過程中，體現出其獨特的優勢。

2 BIM的特點

BIM可以改變公路建設和生產運營的傳統模式，它是一種全生命周期的數據、模型傳遞和信息管理的技術。主要通過一個綜合協同的多維仿真數字化、可視化平臺，使得整個公路工程在規劃、設計、施工、運營乃至拆除的全過程都能夠有效實現節省資源、節約成本、降低污染和提高效率[3]。

首先，BIM信息平臺強大的數據庫信息不僅可以幫助建設方更準確、更有效的控制工程建設全過程，而且極大的優化設計流程、精確控制施工質量、簡化后期運營管理，從而提高工程全壽命周期的質量，降低建設成本。其次，利用BIM共享的信息平臺，實現了各參與方工程信息創建的實時性和一致性，讓項目各參建方更好的溝通和協同，提高公路建設和生產運營的效率和質量。最后，運用BIM的可視性、模擬性、優化性等特點指導工程的設計和施工，可以對過程中存在的問題，提出更完善的解決方案，進而減少返工，提高效率。

綜上所述，BIM這種覆蓋項目全生命周期，覆蓋所有項目參建方的建設理念必然會成為公路建設新的發展趨勢。BIM在公路建設全生命周期中的應用展望見圖1。

3 BIM的應用

3.1 規劃階段

在項目規劃階段，設計方可以運用BIM全生命周期的理念和技術，根據規范及建設標準快速建立公路項目的可行性研究模型，把路線走廊帶以動畫的形式顯示出來，使建設方、各專家及決策方直觀的在模型中對方案作出比選。

規劃階段主要是做可行性研究，模型要求簡潔、快速的把全線中的關鍵控制點及重要構造物展示出來，而不需要具體詳細的結構參數。BIM運用專業軟件[4](比如基于三維平臺的GIS空間選線系統)導入地面高程數據及相關地理信息，然后運用BIM公路標準，就可直接進行公路路線設計。在模型中，BIM利用虛擬的信息技術，把路線及地形以三維立體形式顯示出來，形成三維立體選線系統，利用這個系統可以同時生成幾條路線比選進行方案立體展示，還可以進行工程投資概算、工程量查詢、工期制定等，系統產生的數據也為后續設計奠定基礎。

3.2 設計階段

BIM是公路設計理念的一次重大變革，它讓設計任務從二維走向了三維，并走向了數字化建造。從設計方法角度講,BIM對設計行業有四大變革：

第一，可視化設計。在BIM模型中，由于項目整個設計環節都是可視化的，所以，可視化能夠把構造物及路線以一種三維立體實物的形式展示出來。BIM可視化不僅可以用來展示三維效果圖及指導設計，更重要的是在項目設計階段、施工階段、運營維護階段等過程中的溝通、交流、討論、決策等都在可視化的狀態下進行，極大的提高了工作效率。

第二，協同設計。運用BIM的信息資源共享平臺，各個專業組都在這個平臺上進行專業設計，可以真正實現資源共享、高效管理和信息互動，有效的提高了設計工作的效率。同時利用這個平臺，設計人員可以方便、快捷的修改設計工作中出現的問題，使設計、計算、繪圖、出版以及各專業組之間的交流高效的結合起來，形成設計、復核、審核一體化的設計理念。BIM的協同性服務還可以解決設計時的構件“打架”問題，比如橋梁設計中機電管線的布置，BIM共享平臺可在施工前期對管線布置進行調整，生成合理的布置形式，使橋梁專業組和機電專業組更好的協同設計。

第三，優化設計。整個設計過程是一個設計→建模→審核→優化→設計的循環過程。在初步模型設計完成后，設計人員對BIM模型進行審核，對審核中出現的問題，通過優化，繼續審核，再優化，不斷更新設計模型，使設計模型更加完美。而且在BIM模型中，所有構件都具有各自的物理特性和功能特性，然后通過一定的邏輯關系形成構造物，對某個構件的修改，將對在模型中所有與其具有邏輯關系的構件進行同步修改，實現一處修改，處處更新的功能，避免了設計人員工作中的重復率和錯誤率，極大的提高了工作效率。

第四，綠色節能。通過BIM模型，支持整個項目可持續和綠色節能環保設計。

在設計過程中，設計人員采用BIM的專業軟件及BIM共享平臺，將規劃階段建立的公路路基、橋梁、隧道等構造物的三維模型進行細化，各專業組利用各自的專業繪圖軟件，在共享平臺上做進一步的深化設計。此時共享平臺的三維模型信息不再是簡單的宏觀展示，而是包含了結構屬性，結構空間布置，生成方法以及與其他構件之間的邏輯關系等信息，同時這些信息之間是動態關聯的。各設計人員對這個共享的三維模型進行分項設計時，可以隨時直觀的發現問題并及時優化解決，優化后的設計結果實時準確的在模型上更新，并及時反饋給其他設計人員，BIM這種強大的參數化信息和動態更新極大的提高了設計效率，保證了溝通交流時信息的完整性和準確性。在設計完成后，三維模型不僅可以生成傳統的二維圖紙，而且可以進行技術交底，用于其他部門核查和指導施工，同時BIM的信息集成共享平臺，也為設計單位的綜合管理，質量管理，資源管理提供了可靠的依據。

3.3 施工階段

在施工階段，BIM給公路行業的發展主要帶來以下三個方面的特色：

1)施工過程的四維模擬。過去工程項目四維模型都是單純的用三維軟件建模，由于模型中各構件的物理屬性和功能特性不能真實的反映出來，所以指導施工的作用不大，現在運用BIM技術將施工階段的工程項目信息融合到設計模型中，即實現四維模擬。

設計階段建立的三維信息模型，清晰的展示出項目建成后的動態效果，施工方在此模型中不僅可以宏觀地看到施工的界面、順序，而且在模型中加進施工時間節點后，形成四維施工模擬，讓施工人員對各個階段的施工工序、施工進度、施工管理等都一目了然，保證了施工質量，提高了施工工作周期，避免了施工過程中的返工。同時施工管理方在施工組織管理中運用四維模型，使施工設備和施工材料進場、勞動資源配置、重大機械安置等各項工作的管理變得最為經濟合理，而且在一些重要的施工步驟和專項施工工程中，都可以進行各種施工方案的模擬，用四維模擬簡潔明了的向建設方主、審批部門及專家展示出來，以便選取最優方案，并對方案中發現的問題及時提出解決方法，降低了施工的返工和事故的發生幾率，控制了進度，節約了成本。

2)施工協調管理更便捷[5]。利用BIM的信息數據共享平臺、四維施工模擬，使項目各參與方之間的交流協調變得高效、快捷。這個資源共享平臺，可以使建設方、設計方、咨詢單位、施工方、總承包商、專業分包方、材料供應商等眾多參與方在這個平臺上實現數據共享，使交流更為快捷、協作更為緊密、管理更為有效。例如利用BIM三維可視化共享平臺，總承包商編制實施階段的施工組織設計，能夠準確的對各專業施工隊之間的工作任務進行動態管理，協調各工種之間、各施工單位之間、資源和時間之間、各項資源之間的科學合理關系，使總承包商的總體協調管理工作有條不紊的進行，極大的提高了施工進度，減少了返工率。

3)在施工質量與進度控制中更有效。利用BIM信息平臺，將BIM與現代數碼設備結合起來，對關鍵部位、控制性構造物實現數字化的監控模式，可以更有效地管理和指導施工現場，監控施工質量，控制施工進度。這種模式不僅提高了工作效率，減少了管理工作的工作量，而且還可以幫助管理人員盡早發現質量問題，并將質量問題消除于初微階段，防止 質量問題的惡化而造成無法挽回的損失。BIM與現代技術(比如GPS，激光掃描，移動通訊，互聯網等)的結合也使得工程項目的遠程管理成為可能，讓項目各參與方的負責人都能在第一時間了解現場的實際情況，可以及時對現場施工進行指導、記錄、追蹤、分析，不僅有效的控制了施工質量和施工進度，提高工作效率，而且為項目運營階段提供了準確直觀的BIM數據。同時BIM為有效控制施工安排，減少返工，創造綠色環保以及低碳施工等方面提供了有力的支持。

3.4 運營維護階段

BIM系統與傳統的系統維護模式相比，在很多方面有著絕對的優勢。傳統的維護模式主要是以經驗為基礎，以預防性維護和臨時性維修為主要手段，靠傳統的施工圖紙或者相關的一些類似工程項目的運營維護文獻來管理的，缺乏針對性和直接性。

采用BIM系統的運營維護模式，則是把公路模型和動態信息融入到BIM系統里，使整個工程項目形成共享的三維信息模型，對關鍵構造物實施動態監控，對于運營過程中出現的問題可以及時反饋在模型中，從而可以迅速提出有針對性的解決方案，使運營商可以更準確、更有效的控制工程運營維護，從而提高維修效率，降低運營成本。

此外，采用BIM的運營維護模式還能夠在室內模擬制定在突發事件下的應急處理措施，如提供在工程現場發生地震或火災等突發情況下的最佳逃生路線等。

4 結語

BIM全生命周期技術作為下一代計算機輔助設計的基礎性技術，無疑是公路行業未來發展的趨勢，其發展是由BIM標準、BIM工具到BIM應用的過程。目前國內公路行業還缺乏相應的BIM標準，BIM管理層還缺少系統管理，這些都嚴重制約著BIM在我國公路行業的推廣、應用。作為建設規模最大的國家，我國有必要解決公路工程建設階段信息化應用的關鍵核心技術，形成一套包含了公路規劃、設計、施工、運維各個方面的工程建設信息化標準體系，建立一個覆蓋全國公路工程建設管理的信息化統一平臺，以進一步促進我國智慧交通的發展。

[1] 美國國家BIM標準第一版第一部分：National Institute of Buiding Sciences, United States National Building Information Modeling Standard, Version1-Part 1[S].

[2] 何清華,錢麗麗,段運峰,等.BIM在國內外應用的現狀及障礙研究[J].工程管理學報,2012,26(1):12-16.

[3] 彭正斌,紀文娟.基于BIM的建設項目全生命周期應用框架構建[J].四川建筑,2014,34(5):220-221.

[4] 賀玲玲.淺談3S技術在公路勘察設計中的應用[J].山西交通科技,2007(4):29-31.

[5] 徐丹丹,劉 喆,杜志鵬.淺談BIM技術在施工管理中的優化[J].吉林建筑工程學院學報,2014,31(3):91-93.

Development and application of BIM technique in highway industries

Yan Bohua

(ShanxiTransportationResearchInstitute,Taiyuan030006,China)

This paper analyzed the development situation of road construction， based on the visuality， cooperativity， simulation and other characteristics of BIM technology， from the planning， design， construction， operation， maintenance and other stages， elaborated the application of BIM technology in road contruction full life cycle， provided new reformation for the contruction idea and method of road engineering.

road construction， BIM， 3D model， full life cycle

1009-6825(2016)16-0160-03

2016-03-27

閆博華(1987- )，男，助理工程師

TU319

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