BIM可視化技術在高速公路中的應用探析

代俊習，榮加敏 （安徽水利開發有限公司，安徽 蚌埠 233000）

1 引言

進入到21世紀以來，中國建筑業的發展呈現出高速率增長、多元化等特性，但管理的規范化有待提高，主要有以下三點方面：①施工企業協同力度小、資源利用率低；②EPC模式的盛行，導致設計與施工的協同合作不同步，從而發生返工現象，增加成本；③對于創新性高的項目，傳統的施工模式有很大的局限性。公路是國家發展必不可少的基礎設施，根據公路的運輸承載特性，將公路分為高速公路、一級公路、二級公路、三級公路和四級公路，不同的等級有不同的作用。高速公路具有建設周期長、投資大、路線長、技術難點多等特點，傳統的管理模式難以表達出融合了勘察、設計、施工、運營等全過程中的信息，因此需要一個平臺。與此同時，國家提倡“綠色施工、綠色建筑”的理念，建筑信息模型(BIM，Building Information Modeling)是一種新型的信息化方法，可以表達出工程建設過程中全方面的信息，有助于參建各方對項目的管理。2010年至2020年高速公路里程圖如圖1所示。由圖1可知，2010年～2018年高速公路的建設里程呈現出階梯性的發展，這表明國內高速路網正在完善，而2019年～2020年增長速率有所下降。

圖1 我國高速公路2010-2020年總里程

文獻中剖析了BIM操作軟件時可能存在的問題，有助于國內BIM的發展。2016年住房城鄉建設部正式發布了《建筑工程信息模型應用統一標準》，表明我國從國家層面上重視BIM產業化發展。文獻分析了BIM技術如何應用于高速公路，同時提出了BIM道路模型，闡述了其概念及如何集成信息。文獻以實際工程案例為研究對象，開發了關于高速公路的4D系統，既增強了道路建設中的管理水平，又為BIM在公路的應用開辟了一條道路。BIM技術由國外學者提出，因此在國外的應用程度遠高于國內，圖2是BIM在各國的應用程度，由圖2可知，美國是BIM技術使用最多的國家，而國內使用程度較低。綜上所述，隨著科技力量的持續增強以及基礎設施投入的增大，建筑業將會迎來全新的變革，因此BIM技術在高速公路應用的研究還需持續。

圖2 BIM在各國的應用程度

2 高速公路管理要點以及BIM技術的應用分析

2.1 高速公路管理要點

高速公路建設管理全過程中，各個階段的側重點不一樣。勘察設計時，需要根據環境、造價、地質等眾多因素合理設計路線，傳統的方式是施工人員實地測量，不僅浪費人力物力，而且周期較長，目前比較流行的是利用衛星或者GIS地圖勘測技術；施工時需合理處置地方關系、臨時設施建設、路基、路面等結構的施工，更重要的是如何融合施工信息；運營階段主要是對橋梁、涵洞等構件的養護。表1是BIM在工程各階段的應用價值，由表1可知，BIM技術在高速公路的各個階段都發揮著不同的作用。

BIM在工程各階段的應用 表1

2.2 BIM技術的應用分析

2.2.1 設計階段的應用

隨著科學技術的進步，GIS技術逐漸深入到土木工程行業中，越來越多的設計單位將GIS技術與BIM相結合的產物作為設計的輔助工具，大大地提高了設計的準確性和實用性，既能為業主單位節約資金，又能節省時間，提高工作效率。高速公路設計師利用采集到的地形數據，通過一系列的軟件整合，形成曲面模型，可以對路線優化，做流域分析，土方量的平衡等一系列作用。

BIM技術具有協同性，如圖3所示，紅色的區域是流域面積，白色線是道路中線。利用BIM技術可以快速地提取工程量，以及資源調配等情況，并根據模型優化出造價更低、路線更優的線路。如果設計方案變更時，與之俱來的是工程量、造價等其他的變化，該變化具有實時性，提升了設計的效率。與傳統的CAD設計軟件相比較來說，BIM技術可以全方位的展示路線成果，能更直觀地讓參建各方清楚設計的意圖，大大降低了方案評審難度，節約了時間。

圖3 某高速公路路線走勢圖

2.2.2 投標階段的應用

越來越多的業主將BIM技術作為招標時的硬性條件，這表明BIM技術已經延伸至招投標階段，BIM技術在招投標階段的使用，主要有以下幾個優點：①利用CAD圖紙形成三維模型，導出工程量清單，并與招標單位對比，找出差異大的地方，及時采取措施解決，同時利用土方量平衡功能，為技術標的編制提供方案；②利用BIM技術的即視感，對場布進行建模，形成三維模型，相比較于CAD圖紙，其效果更直觀，如圖4所示，某項目投標時的臨時設施場布模型；③BIM技術的應用，也能充分展示出企業精細化管理的水平。

圖4 某項目投標時的臨時設施場布模型

圖4 BIM建模

2.2.3 施工階段的應用

隨著社會的進步，過去企業粗放式的管理逐漸轉變為追求精細化管理，而BIM技術是一種全新的管理模式，從資源調配、進度、工程量等全方位的控制，對材料、構件進行信息的輸入，實施有效的可追溯行徑，與此同時，BIM技術可視化方案、交底能更好地為參建各方展示出工藝流程，提高施工效率，能有效地避免不規范情況的發生。圖5是某項目橋梁上跨高速時導行的場景，高速公路的導行方案往往需要經過參建各方及專家的評審，其中就包括高速大隊、路政以及交警等，為了更直觀地展示施工工序與導行線路的交叉，該項目采用BIM建模的方式，形象地展示出不同階段的導行方式，極大地解決了溝通難的問題，提高了效率。

2.2.4 運營階段的應用

施工過程中采用BIM技術建立模型，隨著施工的進行，逐漸完善構件信息。一方面可以為后期運營提供數據參數，分析問題發生的原因；另一方面可以根據后期運營中出現的問題，總結經驗，對由于材料不合格導致的質量問題，后續施工中避免類似材料的使用，從源頭上控制問題的發生。

3 結論

國家的發展離不開基礎設施的建設，更離不開科學技術的進步。本文從各個國家BIM技術應用程度入手，分析了我國高速公路目前BIM技術的使用情況，從設計、招投標、施工、運維四個方面，分別舉例論述了BIM的使用情況，最后分析得出，BIM技術作為新興的一種管理模式，其在高速公路的應用前景廣闊，不僅可以有效地提升項目的精細化管理水平，還能為業主及參建各方節約時間。但BIM技術的應用需要大量人力、物力的支持，且回報率不高，多數都是潛在的效益，需要政府出臺相關激勵政策。