BIM技術(shù)在公路工程設(shè)計(jì)的應(yīng)用

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【摘要】：bim作為一種集大數(shù)據(jù)計(jì)算、三維可視化建模、協(xié)同工作等創(chuàng)新點(diǎn)的工具與生產(chǎn)方式，依托信息化的便利，相比眾多傳統(tǒng)行業(yè)具有更大的優(yōu)勢(shì)。文章通過闡述BIM技術(shù)的可視化建模、精確的工程量計(jì)算與分析、多領(lǐng)域協(xié)同作業(yè)等特點(diǎn)，介紹了公路工程在設(shè)計(jì)階段利用BIM技術(shù)帶來的創(chuàng)新方法及對(duì)傳統(tǒng)公路設(shè)計(jì)有著深遠(yuǎn)的影響。

【關(guān)鍵詞】：BIM；公路工程；設(shè)計(jì)

1BIM簡(jiǎn)述

1.1概念

“BIM”作為一個(gè)新鮮事物，出現(xiàn)在21世紀(jì)的全世界建筑業(yè)中?！癇IM”源自于“BuildingInformationMod-eling”寫，為建筑信息模型。BIM的出現(xiàn)使各國(guó)的建筑業(yè)都發(fā)生了魔力般的變化，無論是建設(shè)質(zhì)量還是勞動(dòng)生產(chǎn)率的提高，甚至是返工和浪費(fèi)現(xiàn)象都大幅減少，建設(shè)成本得到了節(jié)省，建設(shè)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益得到了改善[1]。BIM擁有強(qiáng)大的信息處理能力，通過獲取建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)數(shù)據(jù)，對(duì)建筑進(jìn)行模型建立，利用數(shù)字信息仿真模擬技術(shù)，表達(dá)建筑物所具有的真實(shí)信息。對(duì)BIM了解處于表面層次時(shí)，總會(huì)認(rèn)為BIM是3D效果圖，是動(dòng)畫展示，是一款單一的設(shè)計(jì)軟件，這樣的認(rèn)識(shí)是片面的，甚至可以稱的上是錯(cuò)誤的。BIM不是一個(gè)生成2D圖紙的3D工具，而是一個(gè)新型的過程，是一種全新的工作模式，是保證工程項(xiàng)目各方緊密協(xié)作、順暢交流的基礎(chǔ)。

1.2應(yīng)用概況

BIM是公路水運(yùn)工程建設(shè)的大勢(shì)所趨，BIM技術(shù)在交通行業(yè)的應(yīng)用創(chuàng)新，使公路水運(yùn)建設(shè)工程向前進(jìn)一步發(fā)展，不僅可以提升工程自身質(zhì)量，更使人民群眾的出行變的安全、便利，為社會(huì)物資的高效運(yùn)輸提供了可靠性的保障。BIM技術(shù)的應(yīng)用有助于打造品質(zhì)工程，保障工程質(zhì)量與人員財(cái)產(chǎn)安全；有助于對(duì)工程本質(zhì)的安全防范和風(fēng)險(xiǎn)可控，使工程各項(xiàng)安全穩(wěn)定進(jìn)行。在公路工程項(xiàng)目的整個(gè)生命周期中，包含著建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位、施工單位等眾多參與方，產(chǎn)生的信息龐大而繁亂。在管理過程中，因信息溝通不暢進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致整個(gè)生命周期中信息的丟失，很大程度上制約了項(xiàng)目管理水平和效率，不利于整個(gè)行業(yè)的發(fā)展。將BIM技術(shù)應(yīng)用到公路工程的全生命周期中，徹底解決了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維管理各方面信息碎片化、孤島效應(yīng)的問題并且融合互聯(lián)網(wǎng)及物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，將工程項(xiàng)目各參建單位聯(lián)接在一個(gè)結(jié)構(gòu)合理、數(shù)據(jù)高度共享、施工安全質(zhì)量可視化控制、嚴(yán)謹(jǐn)高效的綜合管理系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)以計(jì)劃、進(jìn)度、費(fèi)用、質(zhì)量、安全等管理信息動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)的多維度、多角度管理方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)公路工程項(xiàng)目全生命周期的現(xiàn)代化、科學(xué)化、智能化、規(guī)范化、精細(xì)化管理[2]。

2BIM應(yīng)用軟件對(duì)比

目前市場(chǎng)中，主要是來自Bentley和Autodesk兩個(gè)企業(yè)的軟件。

3BIM的特點(diǎn)

BIM技術(shù)在公路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用打破了公路設(shè)計(jì)階段的傳統(tǒng)模式，傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)模式已不能滿足現(xiàn)代的設(shè)計(jì)要求，由二維設(shè)計(jì)向三維可視化設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)化已成為我們的普遍選擇，BIM技術(shù)對(duì)二維設(shè)計(jì)向三維可轉(zhuǎn)化的實(shí)現(xiàn)，對(duì)設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)水準(zhǔn)的提升都做出了更高的要求，有著重要的影響和意義。作為一種強(qiáng)大的信息處理技術(shù)，它具有五大特點(diǎn)，即可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性[3]。

3.1可視化建模

BIM技術(shù)在公路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用和推廣中有著很大優(yōu)勢(shì)，可視化建模便是優(yōu)勢(shì)其一。BIM技術(shù)可以整合公路設(shè)計(jì)中的有關(guān)信息，例如路線信息、路面信息、周邊景觀信息等，然后根據(jù)這些信息建立起3D信息模型，可以避免傳統(tǒng)CAD圖紙無法表達(dá)復(fù)雜三維形態(tài)問題，從而使其變成可視化的狀態(tài)；另外，BIM技術(shù)可以快速準(zhǔn)確的查找出圖紙中的漏洞和錯(cuò)誤，從而為公路工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)質(zhì)量提供極大的保證。

3.2精確的工程量計(jì)算與分析

BIM模型中的工程量信息是可運(yùn)算、可統(tǒng)計(jì)的，計(jì)算機(jī)可以自動(dòng)識(shí)別模型中構(gòu)件的幾何屬性信息，對(duì)所構(gòu)建模型的工程量進(jìn)行自動(dòng)統(tǒng)計(jì)并生成統(tǒng)計(jì)表。將基于BIM模型統(tǒng)計(jì)出的工程量與設(shè)計(jì)工程量進(jìn)行對(duì)比，可以核查圖紙工程量是否正確并對(duì)工程量產(chǎn)生差異的原因進(jìn)行分析。土石方工程量的核算往往是工程預(yù)算與結(jié)算中的爭(zhēng)議焦點(diǎn)，運(yùn)用BIM技術(shù)能夠讓技術(shù)人員直觀、便捷、精確的開展土石方的填挖方量計(jì)算，大大節(jié)約了計(jì)算的時(shí)間，提高了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，對(duì)項(xiàng)目的成本管控發(fā)揮了重要的作用。根據(jù)模型中各類基礎(chǔ)要素信息對(duì)構(gòu)建進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分類，按照用戶對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)際需求制作符合用戶使用習(xí)慣的工程量綜合統(tǒng)計(jì)、計(jì)算、查詢體系，服務(wù)于用戶在工程量檢索方面的各類要求。

3.3多領(lǐng)域協(xié)同作業(yè)

在公路設(shè)計(jì)的過程中，如果可以運(yùn)用BIM技術(shù)，就可以規(guī)避傳統(tǒng)公路設(shè)計(jì)中存在的問題和局限性，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、信息互通、多領(lǐng)域協(xié)調(diào)、共同作業(yè)，提高工作效率和工作質(zhì)量。而且BIM技術(shù)在公路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用讓公路建設(shè)更加系統(tǒng)，更加協(xié)調(diào)和高效。

3.4優(yōu)化性

公路設(shè)計(jì)的過程具有時(shí)間長(zhǎng)、細(xì)節(jié)多、任務(wù)繁雜的特點(diǎn)。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，需要不斷的對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行修改和調(diào)整并最終得出一個(gè)合理的、科學(xué)的設(shè)計(jì)方案。相比于傳統(tǒng)的公路設(shè)計(jì)，BIM技術(shù)可以更直觀更方便的查看公路的三維動(dòng)態(tài)效果，同時(shí)也可以根據(jù)實(shí)際情況隨時(shí)變更設(shè)計(jì)，改變?cè)O(shè)計(jì)方案。

3.5方案比選

在公路的規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，選線工作的至關(guān)重要的。正確的路線選擇不僅要滿足在公路起終點(diǎn)間具有合理、可靠、經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，能夠確保公路施工階段的順利進(jìn)行，還要充分考慮道路周圍的環(huán)境、人文等因素的影響，最大程度減少環(huán)境破壞，不影響周圍居民的正常生活。傳統(tǒng)公路路線設(shè)計(jì)常利手工繪圖設(shè)計(jì)的方式，但是多年的實(shí)際應(yīng)用證明，這種設(shè)計(jì)方式存在一定的局限，隨著近年來BIM技術(shù)與GIS技術(shù)的應(yīng)用，通過傾斜攝影技術(shù)對(duì)擬選定線路沿線進(jìn)行航拍并生成三維數(shù)字地形，利用BIM軟件將擬選定的方案構(gòu)建三維模型，通過BIM模型和三維地形的擬合，能夠快速、直觀、便捷的對(duì)線路選線方案進(jìn)行比選，確保所設(shè)計(jì)的公路路線方案合理可行，滿足公路工程設(shè)計(jì)的所有相關(guān)要求。

3.6停車視距檢驗(yàn)

停車視距的定義為從駕駛?cè)税l(fā)現(xiàn)車道上有障礙物到汽車在障礙物前安全停滯所需要的最短距離，這段距離包括著反應(yīng)時(shí)間行駛的距離、制動(dòng)距離以及在時(shí)間行駛的距離、制動(dòng)距離以及在汽車停止以后距離前方障礙物的安全距離。行車視距作為分析和評(píng)價(jià)公路設(shè)計(jì)和使用質(zhì)量的重要指標(biāo)，對(duì)行車的安全有著密不可分的關(guān)系。目前在公路路線設(shè)計(jì)方案中對(duì)行車視距的設(shè)計(jì)，主要從平面線形和縱面線形兩個(gè)方面進(jìn)行思考。在BIM模擬技術(shù)的新型技術(shù)下，通過BIM技術(shù)對(duì)公路的全方位區(qū)域建立三維可視模型，利用計(jì)算機(jī)平臺(tái)來模擬交通條件下的車輛行駛狀態(tài)，使車輛的行駛位置分別位于兩個(gè)單向行駛車道的中心點(diǎn)位置，通過系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算出駕駛?cè)艘朁c(diǎn)位置與前方路面障礙物的最遠(yuǎn)距離。這樣不僅能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)因路面和行車道幾何線型條件不足而造成的視距不足的情況，還能夠檢查出公路附屬構(gòu)造物對(duì)視距的遮擋，以此達(dá)到對(duì)視距進(jìn)行檢驗(yàn)的目的[4]。

3.7碰撞檢查

公路工程在施工過程中會(huì)涉及到眾多專業(yè)領(lǐng)域，對(duì)施工技術(shù)人員的空間想象能力提出了非常高的要求。如果在設(shè)計(jì)過程中，不能夠?qū)Πl(fā)現(xiàn)的碰撞錯(cuò)誤進(jìn)行及時(shí)改正，就會(huì)對(duì)施工階段的人力、材料、工期等造成重大損失。利用BIM碰撞檢查的技術(shù)可以大幅較少此類問題的出現(xiàn)。1）BIM模型讓管理人員和施工人員清楚的了解工程結(jié)構(gòu)內(nèi)容，在對(duì)結(jié)構(gòu)物虛擬可視過程中，事先排除施工隱患。2）利用BIM模型進(jìn)行碰撞檢測(cè)，能夠提前發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的碰撞問題，避免在以后的施工過程中造成不必要的損失，起到工程預(yù)防的作用，從而對(duì)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行了校審確保圖紙的準(zhǔn)確性。3）利用模型所見即所得的特點(diǎn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)在空間上構(gòu)件間的沖突與碰撞，對(duì)出現(xiàn)的問題及時(shí)解決，防止在設(shè)計(jì)階段的錯(cuò)誤傳遞到工程的施工階段，致使出現(xiàn)施工返工現(xiàn)象，對(duì)人力、物力、財(cái)力造成損失。

4結(jié)語

本文主要介紹了BIM在公路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用特點(diǎn)，利用BIM技術(shù)的可視化建模、精確的工程量計(jì)算與分析、多領(lǐng)域協(xié)同作業(yè)、優(yōu)化性、方案比選、停車視距檢查、碰撞檢測(cè)等功能，對(duì)公路工程的施工階段進(jìn)行優(yōu)化、提升，使整個(gè)施工過程更加合理有序、安全有效。BIM技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)公路的任何階段都將起到深遠(yuǎn)影響。

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[3]郭紅領(lǐng)，潘在怡.BIM輔助施工管理的模式及流程[J].清華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2017，（10）：71-77.

[4]王廣斌，劉守奎.建設(shè)項(xiàng)目BIM實(shí)施策劃[J].時(shí)代建筑，2013，（2）：48-51.

作者：張民 單位：天津市公路工程設(shè)計(jì)研究院