公路工程BIM應用的思考

文/中交第二公路勘察設計研究院有限公司 陳中治 望開潘

在規劃階段使用BIM技術不僅可以節約設計周期，還可以通過設定假設條件，使項目性能最優化。

行業發展的要求

2017年9月11日，交通運輸部辦公廳印發了《關于開展公路BIM技術應用示范工程建設的通知（交辦公路函〔2017〕1283號）》，《通知》提出了“提升公路設計水平”“提高公路建設管理水平”“推進公路養護管理信息化”的三個階段目標。

其中，對于公路設計階段，要求提升設計水平，鼓勵和促進工程設計人員直接利用BIM技術進行設計，形成以三維形式表述的設計成果，根據需要提供平面圖紙或其他形式的設計文件；在公路初步設計階段，要統籌應用BIM技術和GIS技術進行方案研究和論證，提高方案比選的全面性和針對性；在施工圖設計階段，要著重利用BIM技術提升設計精細度，對復雜結構工程利用BIM技術進行模擬驗證，對改擴建工程施工方案和交通組織的協調性進行檢驗。

目前，BIM技術在建筑領域已經取得了較好的應用效果，但在公路工程領域屬于剛剛起步。公路工程項目在空間上具有帶狀分布、點多線長的特點，這和工業與民用建筑工程等點狀工程相比，有著顯著的區別。

現階段的BIM設計

公路工程的BIM模型通常分為兩類，即環境模型和工程模型。就環境模型而言，相對于點狀工程，公路工程項目的里程長、覆蓋范圍大，一條100多公里的高速公路，其研究所輻射的地形面積就高達1000平米公里，地形數據多達千兆字節，高清航片等影像數據可達上百萬千兆字節；而工程模型就更為復雜，公路工程包含了如路基、橋梁、隧道、互通、交通工程等眾多專業，各專業工程模型的特點差異非常大，這直接導致了公路工程BIM工作開展十分困難。

現階段，主流的BIM軟件開發商，如Autodesk公司、Bentley公司、Dassault公司等，均針對公路工程行業，提出了相應的解決方案，以盡可能適應公路工程BIM的多樣化需要。但由于BIM軟件開發商多為通用軟件平臺開發，專業性、針對性偏弱，因此還需要結合國內設計習慣進行相應的二次開發，進一步滿足用戶需求。

筆者所在團隊通過長期開發、積累形成的道路、橋梁設計軟件系統，以及GIS相關研究應用經驗，開展了公路工程的環境模型和工程模型的參數化、自動化創建的研究。并逐漸將BIM技術與傳統設計流程相結合，形成了具有專業特色的BIM技術應用方法。

環境模型的建立

筆者所在團隊是基于“BIM+GIS”的方式，將多種來源、精度和類型的地形數據及影像數據進行整合，形成BIM基礎地面模型，以便準確地反映地形的幾何信息和紋理信息，再疊加相關環境影響因素，如不良地質區域、規劃控制區域等，形成環境信息模型。

此外，在形成環境信息模型地過程中，地理信息是相當難獲取地部分，需要結合多種數據源，如路網、水網等平臺獲取信息，之后再結合項目實測調查進行補充。只有構成了完備的環境模型才能開展后續公路BIM設計應用。

工程模型的建立

工程模型是指公路工程涉及的各類專業工程BIM模型，一個公路工程項目的里程相當長，工程模型類型與數量眾多，建模過程繁復且常與專業設計相脫離，這勢必導致BIM技術無法很好的在公路工程設計中得到應用。

對于特殊結構類的工程模型，往往需要特定的軟件與方法完成三維設計或模型建立，但對于常規工程模型，具有較強的通用性，這也是工程項目中最常出現、數量最多的模型。筆者認為有必要研究其參數化、自動化建模方法，并且以設計單位現行的主流設計方法為出發點，將BIM技術融入其中，逐步實現公路工程的BIM設計。為此，筆者所在團隊結合以往傳統的設計軟件，充分利用設計成果數據，自主研發了路線、橋梁等專業的BIM自動建模軟件，實現專業設計與BIM建模（常規工程模型）同步的目標。設計中采用路線設計系統，在三維地形（數模）上快速選線，并設置橋梁、隧道等構造物，即可得到公路設計數字成果，進而直接生成BIM模型。在方案比選階段，路線走向與橋梁、隧道段落設置等，可采用系統自定義的通用業務邏輯，全自動地創建常規橋梁與隧道的方案及工程模型。值得特別提出的是，互通BIM模型，互通即互通式立體交叉，是由多專業模型組合而成的，其難點在于工程模型之間存在相互影響，如匝道連接部、匝道鼻端等位置，都是BIM模型創建的重點、難點問題。

BIM技術在公路設計、建設、運行、管理、養護整個周期中均發揮有效作用。

通過實踐，筆者認為，這意味著在深化設計的過程中，需要逐步完成如橋梁、隧道等工程的細節設計，不能僅依賴系統推薦的設計數據。所以，對于未采用數字化設計的專業或復雜的工程對象，作為設計單位，也應該積極研究在通用BIM軟件平臺上進行二次開發，以提高建模效率，并確保與設計的吻合程度。

實際上，各大BIM基礎平臺軟件的開發商非常支持這種做法，開發商提供優秀的支撐平臺，并開放友好的開發接口，甚至針對專業人員給出了圖形化、參數化、可視化編程工具。而設計單位可以結合自身的專業特色，完成專業級的二次開發，實現專業設計的自動化。比如Autodesk公司的Revit軟件中，提供了Dynamo插件方式實現模型的圖形化參數編程自動創建；Civil3D中，提供了部件編輯器實現參數化建模；Inventor中，提供了iFeature實現參數化建模等。

模型的融合與三維設計表達

公路工程的環境模型與工程模型的創建方法、軟件平臺、數據格式等都可能不盡相同，作為設計單位，在完成設計后，同步得到的BIM成果必須提供一種有效的機制，將一個公路工程項目以整體的方式提供給業主或項目的使用者。筆者認為，必須對環境模型與工程模型進行融合，并提供承載的軟件平臺，以實現設計成果的三維表達。

由于模型文件龐大，且對軟硬件環境要求高，直接導致使用不便。為此，筆者所在團隊針對公路項目，特別研發了基于互聯網的BIM云平臺，實現BIM成果的輕量化遠程使用。公路工程BIM作為設計成果的數字化表達，不僅僅能以三維方式展現設計項目，同時還能集成管理相關設計信息，這也正是BIM的核心價值所在。工程信息作為模型的內在數據，可以根據需要附著如尺寸、材料、工程量、設計圖等各種類型的屬性資料，從而滿足設計成果數字化交付的目標。