BIM技術在公路工程設計中的應用分析

李金武

（甘肅省交通科學研究院集團有限公司，甘肅 蘭州 730030）

眾多與公路橋梁有關的工程一般規(guī)模較大，設計過程都顯得相對復雜，在發(fā)展中提出更高的技術要求。因此，只有在建設的過程中建立與BIM信息模型相一致的施工模型才能夠使得該技術更好地運用于施工過程中，進而提高設計方案的可行性，BIM技術也可以在發(fā)展中更好地滿足施工企業(yè)的實際需要，因此被公路工程設計人員廣泛應用。

1.BIM技術的概念

BIM作為一種常用的建筑信息模型一直都被廣泛地運用于公路工程建設和運營過程中。項目內(nèi)部的不同參與方會借助一個合適的平臺來操作不同的信息，并借助軟件來指揮整個項目施工的過程。隨著BIM技術的深入研究，與BIM技術相關的軟件平臺正不斷完善。到目前為止，BIM技術正被運用于不同行業(yè)中。到2017年，我國所頒布的《建筑信息模型施工應用標準》對BIM進行了全面的定義：它指的就是在一定的建設工程周期內(nèi)運用數(shù)字來表達建筑物內(nèi)部物理和功能，最終再提升運營效果。常規(guī)的BIM技術可以借助計算機技術來形成一個較為完整和有一定邏輯關系的工程信息庫，這樣才能夠提供更加高質量的服務。

目前常見的BIM技術主要是由美國著名的Autodesk公司在2002年提出的概念，目的就是為了更好地實現(xiàn)建筑信息的集成，并學會將建筑的設計、施工和項目的終結更好地結合在一起，并方便更多的人進行查閱。如果能夠高效地運用BIM技術不僅可以更好地提升工作效率，更可以直接降低工作的成本。目前，常見的BIM技術已經(jīng)在全球范圍內(nèi)被認可。

簡單看，BIM技術的含義主要有以下三點內(nèi)容：第一，BIM技術是以三維數(shù)字技術為基礎的，最終目的是為了集成與不同建筑工程項目有關的數(shù)據(jù)信息，并更好地表現(xiàn)出不同類型工程項目的特性。第二，BIM技術是一個較為完善的信息模型，可以將建筑項目內(nèi)部不同生命周期階段的數(shù)據(jù)更好地集中在一起，最終對整個工程項目進行描述，也才能夠提供可以被查詢的數(shù)據(jù)。第三，BIM數(shù)據(jù)作為一種單一的數(shù)據(jù)源，實際可以解決不同工程數(shù)據(jù)之間存在的不同問題，更是項目實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的重要平臺。

2.BIM技術在公路工程設計中的優(yōu)點

常見的BIM技術之所以能夠融入公路工程建設中，主要表現(xiàn)出如下幾點優(yōu)勢：

2.1 可視化

公路設計的整個過程并不簡單，在設計時會包含較多的數(shù)據(jù)。多數(shù)設計人員不僅需要在設計的過程中考慮到多個方面的因素，更需要從不同角度出發(fā)來考慮設計方案的合理性[1]。只有高效地運用BIM技術才能夠構建較強的三維模型，并讓模型朝著可視化的方向發(fā)展，模型運行的成果不僅可以被運用于不同種類的效果圖內(nèi)部，更可以讓整個項目在建設和運行的過程都可以在可視化的狀態(tài)下高效進行。

2.2 協(xié)調性

多數(shù)BIM技術具有很強的協(xié)調性。一般在設計公路工程時，不同專業(yè)的設計人員難免會存在溝通不到位的現(xiàn)象，也會存在一定的沖突。但是如果能夠有效地運用協(xié)調性較高的BIM技術就可以在第一時間有效地解決各大專業(yè)中存在的碰撞問題。

2.3 優(yōu)化性

所有BIM的模型都可以在較短的時間內(nèi)勘察整條公路的信息。其主要的信息是由幾何信息、物理信息和其他不同類型的信息有效地融合在一起，并借助計算機來生成不同類型的方案，最終才能夠在控制有關維度的基礎上選擇出更高級的設計方案。如果遇到較為復雜的項目，傳統(tǒng)的設計并不能夠發(fā)揮更大的作用，此時專業(yè)人員就可以借助合適的BIM技術來解決各類公路建設中存在的問題，并得出較好的效果。

2.4 可出圖性

在傳統(tǒng)的環(huán)境下，幾乎所有的圖紙都是單獨存在的，繪制圖畫的過程需要由平面向立體進行過渡。但是，隨著項目的進行，內(nèi)部的變化將會變得非常復雜，最終就會使得繪圖的過程出現(xiàn)錯誤[2]。因此在運用BIM技術時，專業(yè)人員需要整體展示整個公路勘察的過程，之后再在檢查和修改設計之后消除相應的錯誤，最后才能夠得出一個合適的檢測報告。從上述分析可以看出，如果能夠將BIM技術有效地融入公路工程設計中自然可以使得大量的工程師從圖紙中解放出來。

2.5 可模擬性

BIM技術不僅可以模擬新的3D畫面，也可以實現(xiàn)包括緊急疏散、日照、熱能傳導和其他不同方面的模擬。在分析不同工程情況的內(nèi)容看，BIM技術更可以實現(xiàn)對不同人員的高效疏散。

3.BIM技術發(fā)展革沿

BIM作為一種常見的技術已經(jīng)在不同行業(yè)內(nèi)部都發(fā)揮非常重要的作用，與BIM相關的工作方法也在不斷地發(fā)生變革。BIM技術最早的雛形可以追溯到上世紀70年代，是著名的查克伊士曼在1975年所提出的新概念。一直到上世紀的80年代，英國也在進行了與BIM技術相關的研究，很多英國的專家甚至也在用不同的論文直接描述類似RUCAPS建筑模型，以便更好的讓不同類型的BIM技術能夠適應行業(yè)的發(fā)展。21世紀之前，因為受到計算機硬件和軟件水平的制約，BIM技術只能夠被當作一中學術研究對象，甚至很難直接在工程實際應用中發(fā)揮應有的作用。在21世紀之后，隨著計算機硬件技術水平的不斷發(fā)展和對建筑生命周期的理解，BIM技術的變革風潮也在全球范圍內(nèi)席卷開來。發(fā)展到今天，BIM技術已經(jīng)在包括美國、新加坡、英國、韓國、日本、北歐、香港和其他不同的地區(qū)都取得了一定程度的發(fā)展。

4.BIM在公路設計階段的應用方向

BIM技術可以在公路工程設計的過程中運用于如下幾個方面：

不同類型的分子篩對VOCs的吸附效果不同，這就要求對分子篩進行化學修飾和改性，提高對VOCs的去除效果。許永童等[10]采用鹽酸對海泡石粉粒進行改性，然后加入無機黏結劑攪拌，制備得到改性海泡石基分子篩；該分子篩用于凈化有機廢氣時，具有吸附速率快、吸附容量高、脫附徹底的優(yōu)點。盧晗鋒等[11]采用高分子有機樹脂聚合單體——苯乙烯、二乙烯苯或甲基丙烯酸甲酯為改性材料，對介孔分子篩進行改性，制備得到的改性介孔分子篩孔道尺寸減小，對低濃度有機廢氣的吸附性能顯著提高，尤其是其水熱穩(wěn)定性得到大幅提高，在多次吸附-脫附循環(huán)后仍能保持良好的吸附性能。

4.1 道路建模

可利用各類道路基礎數(shù)據(jù)和地形數(shù)據(jù)來構建一個與地面、道路和橋梁有關的三維模型，之后再利用不同的衛(wèi)星來處理不同的數(shù)字影像，這樣才能夠營造出一個虛擬的公路空間。

例如，新式的交互式平面交叉路口模型就是讓BIM軟件融合在公路上的常用模型。一方面專業(yè)人員可以通過利用包括人行道、車行道和其他不同的組件來更好地設計環(huán)島，或者再在直接分析其設計標準的基礎上創(chuàng)建屬于自己的部件，這樣不僅可以使得廣大施工圖紙和標注都處于最新的狀態(tài)，更可以讓廣大設計師都能夠集中精力提升設計的效率。

4.2 碰撞檢查

不同的工程項目內(nèi)部都可能會產(chǎn)生不同的沖突，此時各大工程師就可以借助碰撞檢查來解決實際的問題。系統(tǒng)內(nèi)部已經(jīng)將合適的二維圖紙變成三維模型，在運用碰撞檢查時，合適的軟件可以在第一時間就找出內(nèi)部的邏輯關系。

4.3 項目管理

項目管理是整個公路項目施工的核心，在工程管理中發(fā)揮著非常重要的作用[3]。在實際運用BIM技術時可以將項目管理作為管理工作中的核心，并通過充分發(fā)揮計算機技術來綜合利用各類項目管理信息，更好地提升施工、招投標、合同管理和設計變更的效率。事實證明，只有有效地應用計算機技術才能夠更好地彌補項目管理工作中存在的不足，并最終提升工程管理的效率。

4.4 一體化的信息管理系統(tǒng)

構建一體化的信息管理系統(tǒng)一直都在公路管理中發(fā)揮非常重要的作用。一體化的信息管理過程不僅可以規(guī)范公路工程各方面的內(nèi)容，更可以有效地實現(xiàn)高效管理，最終才能夠提升使用資源的效率。此外，借助計算機技術來構建一體化的信息管理系統(tǒng)時，專業(yè)人員更可以將各類施工方案、圖紙設計和施工招標過程更好地集中在一起，這樣才能夠更好地設計出與工程相互適應的一體化信息管理系統(tǒng)[4]。

多數(shù)公路工程內(nèi)部包含了較多的數(shù)據(jù)。因此，在運用BIM技術構建信息管理系統(tǒng)時不僅需要準備擴展性較強的數(shù)據(jù)庫平臺，更需要將不同的數(shù)據(jù)更好地集合在一起，最終才能夠更好地提升數(shù)據(jù)使用的效率。

4.5 空間管理

4.6 設施管理

當BIM技術被運用于設施管理中時，主要的內(nèi)容是由設施裝修、空間規(guī)劃、維護操作和其他不同方面的內(nèi)容構成。多數(shù)業(yè)主和運營商會在維護和運營設備的過程中耗費很多成本。BIM技術運用的最終目的就是能夠讓整個建筑項目變得更加協(xié)調一致，并高效地計算不同類型的信息，目前此類信息非常適合被共享和應用。

5.案例分析

5.1 工程分析

某高速公路建設項目的總體長度為10.452km，合同額度為8.83億元，整個工程主要由外納互通立交、主線收費站、外納隧道和其他不同階段的工程組成，整個工程是由中鐵二十一局集團第三工程有限公司承建施工[5]。

5.2 項目難點

本項目深度較深，在實際施工時專業(yè)人員需要在具體分析地質報告運行情況的基礎上來有效地了解項目所在地施工的實際情況，并更好地勘察本地區(qū)在施工時存在的風險，為的是讓整個工程項目運行的更加順利。

5.3 BIM 模型應用

BIM模型運用的目標包括如下幾點內(nèi)容：

第一，在對圖紙進行審閱的基礎上能夠更好地分析其中存在的問題，并組織不同的人直接對圖紙進行會審；第二，直接利用BIM模型來檢測整個項目主體，并有效地分析不同主體部分之間產(chǎn)生的沖突；第三，可以利用BIM技術直接制作一個三維可視化的動畫，并充分利用模擬動畫和現(xiàn)場的技術人員進行交底，最終能更好的提升施工質量；第四，可以通過結合BIM漫游軟件對整個區(qū)域進行漫游，最后再提升可視化檢查的效率。圖1為整個BIM模型。

圖 1 BIM 模型類型

6.結語

BIM技術是一種較為新穎的三維工程建模技術，目前正被運用于不同行業(yè)中，在建設公路時扮演著非常重要的角色。因此，專業(yè)的施工人員需要采用合適的方法將BIM技術運用于公路工程設計中，來提升公路工程建設水平，最終才能夠促進我國公路行業(yè)更好地向前發(fā)展，以便有效地提升國家的競爭力。