探究BIM 技術在道路工程中的應用*

張青艷 聶寶磊

1.寧波職業技術學院/應用力學研究所 浙江 寧波 315800；2.嘉興南洋職業技術學院 浙江 嘉興 314000

1 什么是BIM

BIM的研究和應用在美國起步較早。BIM概念、標準較多，常見的解釋有：①Building Information Model，中文可以稱之為“建筑信息模型”。②Building Information Modeling，中文可稱之為“建筑信息模型應用”。③Building Information Management，中文可稱之為“建筑信息管理”。

我國對BIM的定義是：“在建設工程及設施全生命期內，對其物理和功能特性進行數字化表達，并依此設計、施工、運營的過程和結果的總稱?！?/p>

BIM是土木工程信息化建設的一個新階段，它提供了一個全新的生產方式，運用數字化的方式來表達項目的物理特征和功能特征，對項目中不同階段的信息實現集成和共享。它是一種基于三維模型的智能流程，能讓建筑設計、施工和運營維護流程中各方專業人員深入了解項目并高效地規劃、設計、構件和管理建筑。

美國大多數建設項目都已應用BIM技術，并且在政府的引導推動下，形成了各種BIM協會、BIM標準；加拿大、英國、荷蘭、新加坡、澳大利亞等國家對BIM標準的相關研究和制定也愈發深入。

我國BIM技術目前正處于推廣、使用階段，政策支持的力度也相當大。隨著國家及各地政府對BIM技術的不斷推進，越來越多關于BIM的推進政策將會陸續推出[1]。

2 BIM技術的特點

2.1 模型信息化

BIM以信息的方式進行傳達，具有信息完備性、關聯性和一致性等特征。BIM除了對工程三維幾何信息進行描述外，還包括對工程信息的完整體現，如建筑材料、工程性能結構類型等設計信息；施工工序、施工進度、成本控制、質量控制等施工信息；工程安全性能、材料耐久性能等維護信息。這些模型信息之間是可識別并互相關聯的，若模型中的某個對象發生變化，與之關聯的所有對象都會隨之更新，保證了模型的整體性及一致性。信息是BIM技術的核心要素，如果沒有信息或者信息不準確，BIM技術的其他特點也就不能很好的體現。

2.2 模型可視化

在計算機上，將原有用平面圖紙表達的工程項目轉變為三維立體模型展示在用戶面前，用戶可以實時查看或修改三維模型的信息參數，以達到設計、檢查、建造模擬的目的。這樣，在項目的設計、建造、運營過程中的溝通、討論、決策均在可視化的狀態下進行。將以往的二維平面圖紙轉換為三維模型，在進行設計方案溝通，施工過程管理中都直觀可見，表述清晰準確，基本消除了二維圖紙交付及使用過程中的理解偏差。

2.3 協調性

在以往的設計過程中，各專業工程師之間信息溝通不及時或不到位，往往導致設計的成果出現諸多碰撞、缺漏等問題，對實際施工造成不利影響。例如，布置管道時未考慮清楚其他項目工程的布置情況，導致布置管道不合理的情況發生。BIM的載體是模型，但靈魂是信息，重點應用是在協作。在BIM中各方參與人員在設計階段可以基于一個中心文件進行平行工作，再將各專業模型整合到一個整體中進行檢查，這樣可以較大程度地減少不必要的設計錯誤。

2.4 模擬性

BIM不僅可以模擬具體的建筑物，還可以模擬在真實世界中進行的項目推進過程。在設計階段可以為設計所需進行模擬分析，如日照分析、節能分析熱能傳導分析等；在施工階段可以進行4D、5D模擬，根據施工組織設計來模擬施工，從而確定和優化施工方案及材料準備計劃；在運營階段可以對物業進行維護管理，如在使用期間發生管道或管件損壞情況，可以通過查看模型查找問題的原因，并獲得具體參數進行維修。

2.5 優化性

BIM強調的是工程項目全生命周期的應用，整個項目從設計到運營管理過程實際上是不斷優化的過程，受“信息”“復雜程度”"時間”三方面的影響，準確的信息為合理優化的結果提供了基本依據。BIM提供了建筑物的準確信息，這些信息可用于進一步優化復雜的項目。

2.6 可出圖性

BIM技術有效聯結了二維圖紙和三維模型，進而聯系到時間進度和材料計劃。通過BIM三維模型，可以快速得到二維圖紙，并且這些圖紙中構件的關系與模型實體始終保持關聯，當模型發生變化，圖紙也隨之變化，保證了圖紙的正確性[2]。

3 BIM技術在道路工程中的應用

3.1 項目概況

本道路工程位于浙江嘉興，沿線涉及一條現狀河流，河道需要拓寬，并在河上新建一條3跨10m簡支梁橋跨過。道路全線為“直線+圓弧”線型，其中圓弧段半徑為1000m。該項目位于嘉興市某物流園內，是本區域路網結構的重要組成部分，等級為城市次干路，設計時速40Km/h。道路寬32m，具體分幅為32m=4m（人行道）+10.5m（車行道）+3m（中分帶）+10.5m（車行道）+4m人行道。如圖1所示。

圖1 項目整體概況

3.2 橋梁BIM模型的建立

本項目有路有橋，建模的重點在橋梁部分。其中橋梁部分建模精度要求高，需精確表達出橋梁支座的安裝、預制板的安裝、人行道板的安裝、欄桿的安裝、結構層等，如圖2。設計階段對主要結構（預制板結構、橋頭搭板結構、橋臺結構等）進行了深化設計。

圖2 橋梁BIM模型

3.3 道路BIM模型

本項目道路部分比較簡單，結構也不復雜，有個別地方需要做地基處理。所以建模的重點時放在結構層的精確建模，以滿足工程量統計的需要。比如人行道施工，進行了精確的排磚設計，方便編制行道磚的材料計劃和施工組織。如圖3-2所示。

圖3-1

圖3-2 道路BIM模型

本項目設計分流制排水，實行雨污分流，并分別接入城市管網，與既有城市管網合理銜接；同時本道路需要跨越河流，污水管的設計需要在河道兩側設計兩個沉井進行連接。通過三維建模設計，有效避免了返水、管道碰撞的問題。

3.4 圖紙審核與沖突檢查

通過BIM模型的建立，提前發現設計中的問題，及時向現場人員反饋，確保BIM技術能夠真正服務于施工。例如本道路橋梁人行道的下方設計預留管道，方便布設城市電網，但是在橋臺位置的預留洞口位置不夠合理。這些問題都在設計階段通過BIM技術及早發現并進行了糾正[3]。

3.5 工程量統計

本項目通過BIM模型的建立，為統計工程量提供了便捷的途徑，為項目部管理建筑材料、編制材料計劃等提供了幫助。

3.6 BIM-VR技術應用

本項目應用先進的BIM-VR技術。通過該技術，方便實施三維交底、指導施工。將相關部位制作VR全景視頻，并制作鏈接二維碼，如圖4。每個人只要掃一掃二維碼就能提前看到自己要做的工程三維模型、節點模型等內容，方便、快捷。該技術應用，對推廣BIM技術發揮了重大的作用，真正意義上實現了BIM技術指導工程施工。

圖4 BIM-VR技術

3.7 BIM技術在三維場布中的應用

通過BIM三維場布，建立原有地形三維模型，通過與擬建道路比較分析，得到原地形的填、挖方情況，并根據分析結果合理布置施工現場，定好項目部的位置、土方出土、回填的組織規劃等[4]。

4 結束語

本文結合具體項目分析了BIM技術在道路工程中的應用。隨著技術的不斷成熟和人才隊伍的不斷壯大，未來信息化在工程項目的應用將越來越受到各個單位的青睞。

這幾年在國際化的信息交互背景下，我國BIM技術的推廣和應用的速度與成效還是令人欣喜的。一些大型的房地產企業、設計院、大型施工單位已經陸續開展了BIM結合實際項目的研究與應用；國內軟件商也開始對BIM軟件進行研發，并產生了實際的效益；部分高校也開始了BIM課題的研究，并將BIM技能列入專業課程中，作為學生畢業前必須掌握的技能之一。

BIM技術的發展是要逐步實現建設項目全生命周期的應用，在項目的全生命周期中發揮作用。隨著計算機硬件與軟件功能的進一步發展，BIM技術將不斷與其他先進技術有機結合，靈活應用。BIM技術在與3D掃描技術、3D打印技術、VR虛擬交互技術、遙感技術等諸多先進技術的結合將為建設行業帶來巨大的影響。