BIM在公路設計中的應用研究

晉亞彬

摘 要：在信息時代，信息技術逐漸影響著公路工程設計，充分利用先進的信息技術可以有效地提高公路工程設計的科學性、準確性和可行性，保證公路工程建設的順利進行。近年來，我國大力開展公路工程，但影響公路工程設計水平的因素很多，對設計質量要求也很高。因此，在公路工程設計中應合理運用BIM技術，減少各種不確定因素的影響，不斷修改和完善方案，確保方案質量。

關鍵詞：BIM;公路設計;應用研究

1 BIM技術的概念及特點

1.1 概念

BIM技術通常指的是建筑信息模型，設計人員通過多種方式獲取工程數據信息，然后結合工程實際情況，建立具有相關真實信息的模型。BIM技術最早的應用是建筑工程。隨著BIM技術在建筑工程中的作用越來越明顯，逐漸推廣應用到其他領域。BIM技術是建立在真實有效的數據信息基礎上的，因此數據信息采集的準確性是影響BIM技術應用效果的關鍵因素。1.2 特點

目前，BIM技術在公路工程中的應用仍處于探索階段。人們要研究BIM技術特點，優化BIM技術的相關軟件應用，為我國公路工程科學、可靠的設計提供技術支持，加快我國公路建設進度。從整體來看，BIM技術具有可視性、協同性、準確性和模擬性。

1.2.1 可視性

BIM技術具有可視性，它可以實現對周圍環境的可視化和公路路面、路基的設計，清晰地呈現公路工程的三維情況和三維模型，展現公路工程建設的方方面面。三維模型的呈現可以讓設計師在三維模型中找到靈感。

1.2.2協同效應

公路工程設計涉及多個環節，需要加強各部門之間尤其是設計單位與施工單位之間的溝通。BIM具有協同效應，可以提供協同服務，為相關單位提供信息，使信息得以共享，使與項目相關的每個主體都能準確表達需求，減少溝通不暢造成的失誤，有效節約設計成本，避免設計人員為了獲取數據信息而重復工作，提高設計方案的有效性[1]。

1.2.3準確度

BIM技術以采集的數據為參數，直觀地顯示公路工程的三維模型。通過大數據分析，設計人員可以快速計算出工程現有面與設計面之間的土方量，生成土方調配表，確定工程的挖填方量、土方堆放位置和移動方向，進而確定工程材料需求。各種數據信息的準確計算，降低了工程建設的出錯率。

1.2.4 模擬性。

不同于其他技術，BIM技術能夠實現可視化模擬。設計人員可以利用計算機技術的分析能力和篩選能力，有效獲取相關參數，并建立公路工程三維立體模型，優化設計方案。在公路工程中，設計人員運用BIM技術，能夠快速確定公路的坡度、線型、交互式平面交叉路口模型等，由于施工圖和標注始終處于最新狀態，設計人員可以集中精力優化設計。

2 BIM技術在公路設計中應用優勢

2.1 提升工程數據計算精準度

BIM技術在公路工程設計中的應用，可以在三維模型上清晰、全面地顯示公路工程信息，方便技術人員將綜合信息與公路工程實際信息進行比較，及時發現工程設計方案中存在的不足，完善設計方案，避免在實際施工中發生工程事故，有效規避工程施工風險，提高公路工程施工的整體安全性。將BIM技術應用于公路工程設計中，通過計算機技術、大數據和專業人工篩選信息數據，可以有效提高工程數據信息采集的準確性，同時也提高了公路工程數據信息采集的效率，為編制科學合理的公路工程設計提供有力的數據支持。

2.2加強各部門之間的聯系，加強互動

傳統的公路工程設計缺乏與業主的溝通，只是在設計前，設計完成后，業主的意見不能及時準確地體現在設計方案中，需要多次修改，不僅浪費時間，而且增加了人工成本。BIM技術能有效改善這一問題，BIM技術能有效連接不同部門、不同施工環節，促進各項目參與方的交流，整合不同的優秀建議，實現資源的高效配置，提高公路設計方案的實用性和完整性。

3 BIM技術在公路工程設計中的應用

3.1 多結構對象的BIM建模與整合

公路工程涉及地形、道路、橋梁、隧道等結構物。不同類型的軟件需要結合起來建立相應的模型。不同軟件的數據格式、模型精度和坐標位置不盡相同，需要將不同對象的建模結果集成到一個統一的場景中，以滿足工程設計的需要。以Autodesk軟件系統為例，系統總結了公路工程多結構對象BIM建模與集成方法。

3.1.1地形創建

以地形點云、電子地形圖和等高線數據為基礎，構造地形面。結合道路中心線、橫斷面、縱斷面的設計數據，構建道路組合體，完成多級級配路面模型，為道路選線和土方計算提供準確的地面模型。

3.1.2自動創建道路模型

道路模型的建設，即道路橫斷面和縱斷面的設計，要求道路寬度、路基填挖、道路平整以及道路附屬設施的組裝與實際道路相一致。Civil 3D可以通過自定義的方法自動創建道路橫斷面模型。與建立的真實地形模型擬合后，能真實反映已建道路，節省了設計階段道路橫斷面圖的繪制環節。

3.2設計方案審查

在公路設計階段，BIM模型可以根據公路工程項目的實際需要，實現對設計方案的快速評審和優化調整，提前驗證方案的可行性，減少方案沖突，提高設計效率，節約時間和成本。

3.2.1碰撞檢測

利用BIM技術的碰撞檢測功能，可以在設計過程中檢測鋼筋與預應力、橋梁設施、隧道管線等構件的碰撞問題，輔助方案比選，優化空間布局。

3.2.2關鍵部件的力學分析和驗證

在橋梁工程設計階段，結構的受力分析是保證工程質量的關鍵。目前國內常用的專業軟件有ABAQUS、Midas、ANSYS等。以ABAQUS軟件為例，首先將BIM模型轉換成通用的FBX格式或obj文件導入ABAQUS。將多個組件對象模型組合成整體模型。根據實際需要，設置邊界條件，增加荷載工況，劃分模型網格進行仿真計算。根據計算結果，對整體結構進行分析、優化、反復迭代，最終形成設計階段的力學分析結果，并將計算模型傳遞到施工和運維階段，為后期的力學分析提供可靠的數據依據。

3.2.3隱蔽工程的明示

在公路工程中，BIM技術可以直觀地檢查橋梁工程、隧道工程和道路排水溝等隱蔽工程，特別是橋梁樁基、承臺和隧道工程沿線的施工信息。設計師可以從任何角度和剖面直觀地觀看設計，有效地提高了設計的準確性。通過BIM技術的應用，準確、詳細地記錄了沿線地下隱蔽工程的信息，為施工、運營和維護階段提供了方便的服務。

3.3 工程量計算

3.3.1 鋼筋用量計算

在Revit中對族部件進行鋼筋用量函數的編制，在族屬性設置中將不同種類鋼筋進行分類，鋼筋用量與族參數做關聯，通過計算函數驅動，只需要改變族部件的尺寸就可以自動計算出不同型號鋼筋的用量，以此來進行項目成本的計算，提升項目成本計算效率。

3.3.2 混凝土計算

Revit根據構件自身尺寸可以自動計算出構件體積，根據實際需求將混凝土折損系數加入計算函數中，相應構件混凝土用量就可以自動算出。在項目審計查閱時，只需要查看結構屬性就可以直接觀察到相應構件的混凝土用量，從而與實際工程所需用量進行分析比較。

3.3.3 土方量計算

在civil 3D中，對于不同的分析對象，可以分別用地表體積、放坡體積和橫斷面體積來計算開挖體積。根據實際地形設置的開挖基準，可選擇放坡形式，并根據設計要求自動計算出相應的土方量。如果地表完全準確地反映了地形，那么，土方量的計算結果也完全準確。在提高工程測量效率的同時，也解決了實際工程中土方量計算困難的問題。

結束語

BIM技術是一種新興的三維工程建模技術，廣泛應用于各個行業，特別是在公路設計中，取得了一定的成果。因此，要重視BIM技術在公路設計中的應用，為提高公路設計水平提供強有力的技術支撐，促進我國公路事業健康可持續發展，加快我國城鎮化建設，提高國家整體競爭力。

參考文獻

[1]BIM應用于市政橋梁設計的研究和實踐[J].張茜茜. 科學技術創新.2019（20）

[2]BIM技術在公路工程項目管理中的應用研究[J].趙云峰，高偉連，孟憲忠. 價值工程.2019（11）

[3]BIM技術在公路工程中的應用[J].鄭忠照. 中國高新科技.2019（04）