BIM技術在交通工程中的應用與研究

楊 婧

(山西省交通規劃勘察設計院有限公司,山西 太原 030006)

1 概述

“建筑信息模型”(BIM)這個概念是由行業分析師Jerry Laiserin于2002年年初提出的，用于描述虛擬設計，建筑和設施管理。BIM流程圍繞虛擬模型展開，將信息共享化貫穿于整個建筑行業領域中[1]。BIM在中國最成熟的應用是沖突檢測和建筑服務系統的集成和優化。在BIM項目中，行業專業人員相互協作的最常見方式是通過建立信息模型來分析可施工性問題，并根據其對成本和進度的影響來評估變更。BIM實現了從傳統2D設計到動態3D建模的演進。用戶向模型添加的數據越多，它們的效率就越高。除了項目的3D可視化之外，還可以對模型中的特定對象進行更廣泛的分析，例如施工執行，進度安排和成本控制。隨著BIM技術在國內建筑工程項目的推廣應用,國內許多城市都陸續推出BIM推廣的相關政策。BIM技術在建筑領域已建立的方法和技術在交通行業的應用中同樣顯示出巨大的潛力。本文通過對比BIM在建筑行業的應用方式，將BIM、虛擬現實等技術應用于交通工程中的可能性展開了多方位的研究。

2 BIM在交通行業應用空間

2.1 垂直建筑與水平建筑

首先，建筑行業信息模型與交通行業信息模型有一定的區別。建筑信息模型主要用于建筑物和其他垂直建筑，例如醫院、學校、體育場、高層建筑等。而水平建筑，例如橋梁、道路、隧道等，從規劃，建造到運營和維護的整個生命周期都大不相同，每個都有不同的建造方法、組件和技術難題。例如，公路和橋梁在很大程度上依賴地形和重型土方作業，而建筑物則對地形依賴較少。

2.2 成本控制

根據現有建筑行業的BIM應用可知，BIM的花費在項目初期似乎增加了項目成本，但依據Minehane等[2]的調查結果表明，該成本的支出在項目建設中帶來了可觀收入。使用BIM代替傳統的文檔編制方法有助于業主精準的估算成本，建立財務和計劃。它有助于準確和詳盡地捕獲和存儲數據的過程，同時減少了所需的時間和人力。因此，在交通工程項目中實施BIM可以使設計方、業主和政府受益最大化。

2.3 風險管理

BIM可以用作系統的風險管理工具來控制風險和提高安全性。在項目的4D計劃階段，可以定義和驗證任務的順序和持續時間，從而可以進行風險管理和安全分析。BIM的應用可以幫助總承包商降低風險并降低相關成本。它可以極大地幫助確定橋梁施工中的不確定性。BIM幫助專業人士減少施工階段的反復試驗，從而提高生產率，同時減少與時間和成本相關的風險。也可以通過BIM功能可視化，模擬和量化風險。例如，橋梁可能會遭受洪水和其他自然災害的威脅，因此沖刷是橋梁的重要風險，可能會導致橋梁倒塌。BIM可以幫助監測和模擬從監控設備的動態響應能力，以減少沖刷對橋梁結構的危險。

2.4 安全控制

通過運用BIM進行定期維護。可以有效控制預防災難發生。例如，BIM可以對橋梁的結構承重安全性能進行評估，通過對橋梁進行詳細的可視化展示，跟蹤和評估橋梁構件的結構狀況，以防止發生故障和危險。BIM還可以對路邊設施的設計評估，采用BIM的道路照明，可以顯著提高道路和隧道的安全性。移動式起重機的位置也可以使用BIM進行評估和優化，以提高現場和工作流程的安全性。BIM也可用于選擇最安全的施工方法，并規劃場地活動以避免空間沖突。因此借助BIM技術可以實現對交通工程項目初期設計評審管理、施工進度、后期改造運維等項目全流程監管。

2.5 虛擬設計與虛擬現實

通過更好地利用和可視化數據，交通工程的基礎架構的虛擬設計，給原型設計和仿真為基礎架構設計和管理帶來了便利。虛擬設計與實施可以應用于基礎架構的整個生命周期。它可以幫助提高可行性研究的質量，不同的設計方案比較，可視化施工過程，研究項目的可操作性以及項目文檔查閱整合。通過使用此系統，交通工程項目的計劃和調度階段可以更輕松，更精確。通過可視化工作進度，資源管理也將變得更加容易。

虛擬現實(VR)和增強現實(AR)技術可以為用戶提供更好的交互性，從而提高由3D模型獲得的收益水平。由3D軟件或激光掃描儀產生的模型可以在真實環境中進行探索，并且可以向其中添加信息層。這些技術有助于擴展項目的視野，并有助于施工現場的勘察設計。AR和VR也可以改善溝通并幫助整合思想。例如項目評審會議期間參會者的專業技能和看法可能不同，在AR和VR漫游環境下工作有助于更好地理解項目，并簡化不同人員之間的溝通。在這項技術中，可以將數據擴充到3D模型或圖片視頻中，以幫助傳達想法。但由于目前常用的AR/VR平臺眾多，所需特殊的硬件包括大型計算機，手柄、頭戴設備、投影、觸覺式傳感器等成本高昂，現場環境復雜、傳感器的信號接收質量等因素也對技術實現有一定的挑戰。

3 結論與不足

雖然BIM可以幫助更好地管理數據，但集成到交通工程中仍存在一些障礙。規模差異是交通工程建模(例如大跨度鋼橋)中的一個重要問題。模型單位可以從幾厘米到千米不等，他們幾乎不能在同一個模型中建模。因此，它們應該在單獨的模型中建模并鏈接在一起。由于建筑模型構件比較多,對于大型的建筑施工項目需要較高的硬件平臺以支持unity3D與3DMAX的運行。其他障礙例如成本昂貴、制度障礙、缺乏標準等都還需專業技術人員的共同努力，但是，了解智能城市的廣闊前景在使用BIM技術方面具有巨大潛力，并且整合所有交通基礎設施對于在城市各個方面共享信息至關重要。例如，通過利用BIM鏈接到智能城市的其他方面，將傳感器或太陽能電池板嵌入人行道和其他結構可能會大為受益。BIM已成為建筑行業的范式轉變，包括生命周期過程，項目交付和技術進步。愿將BIM的所有重大進展擴展到運輸行業。盡管這兩個行業之間存在各種差異，但是交通運輸行業具有很大的優勢，因為它可以利用所有優勢，同時可以學習和改進建筑行業的經驗和挑戰。