公路工程BIM應(yīng)用的思考

文/中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司 陳中治 望開(kāi)潘

在規(guī)劃階段使用BIM技術(shù)不僅可以節(jié)約設(shè)計(jì)周期，還可以通過(guò)設(shè)定假設(shè)條件，使項(xiàng)目性能最優(yōu)化。

行業(yè)發(fā)展的要求

2017年9月11日，交通運(yùn)輸部辦公廳印發(fā)了《關(guān)于開(kāi)展公路BIM技術(shù)應(yīng)用示范工程建設(shè)的通知（交辦公路函〔2017〕1283號(hào)）》，《通知》提出了“提升公路設(shè)計(jì)水平”“提高公路建設(shè)管理水平”“推進(jìn)公路養(yǎng)護(hù)管理信息化”的三個(gè)階段目標(biāo)。

其中，對(duì)于公路設(shè)計(jì)階段，要求提升設(shè)計(jì)水平，鼓勵(lì)和促進(jìn)工程設(shè)計(jì)人員直接利用BIM技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，形成以三維形式表述的設(shè)計(jì)成果，根據(jù)需要提供平面圖紙或其他形式的設(shè)計(jì)文件；在公路初步設(shè)計(jì)階段，要統(tǒng)籌應(yīng)用BIM技術(shù)和GIS技術(shù)進(jìn)行方案研究和論證，提高方案比選的全面性和針對(duì)性；在施工圖設(shè)計(jì)階段，要著重利用BIM技術(shù)提升設(shè)計(jì)精細(xì)度，對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)工程利用BIM技術(shù)進(jìn)行模擬驗(yàn)證，對(duì)改擴(kuò)建工程施工方案和交通組織的協(xié)調(diào)性進(jìn)行檢驗(yàn)。

目前，BIM技術(shù)在建筑領(lǐng)域已經(jīng)取得了較好的應(yīng)用效果，但在公路工程領(lǐng)域?qū)儆趧倓偲鸩健９饭こ添?xiàng)目在空間上具有帶狀分布、點(diǎn)多線(xiàn)長(zhǎng)的特點(diǎn)，這和工業(yè)與民用建筑工程等點(diǎn)狀工程相比，有著顯著的區(qū)別。

現(xiàn)階段的BIM設(shè)計(jì)

公路工程的BIM模型通常分為兩類(lèi)，即環(huán)境模型和工程模型。就環(huán)境模型而言，相對(duì)于點(diǎn)狀工程，公路工程項(xiàng)目的里程長(zhǎng)、覆蓋范圍大，一條100多公里的高速公路，其研究所輻射的地形面積就高達(dá)1000平米公里，地形數(shù)據(jù)多達(dá)千兆字節(jié)，高清航片等影像數(shù)據(jù)可達(dá)上百萬(wàn)千兆字節(jié)；而工程模型就更為復(fù)雜，公路工程包含了如路基、橋梁、隧道、互通、交通工程等眾多專(zhuān)業(yè)，各專(zhuān)業(yè)工程模型的特點(diǎn)差異非常大，這直接導(dǎo)致了公路工程BIM工作開(kāi)展十分困難。

現(xiàn)階段，主流的BIM軟件開(kāi)發(fā)商，如Autodesk公司、Bentley公司、Dassault公司等，均針對(duì)公路工程行業(yè)，提出了相應(yīng)的解決方案，以盡可能適應(yīng)公路工程BIM的多樣化需要。但由于BIM軟件開(kāi)發(fā)商多為通用軟件平臺(tái)開(kāi)發(fā)，專(zhuān)業(yè)性、針對(duì)性偏弱，因此還需要結(jié)合國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)習(xí)慣進(jìn)行相應(yīng)的二次開(kāi)發(fā)，進(jìn)一步滿(mǎn)足用戶(hù)需求。

筆者所在團(tuán)隊(duì)通過(guò)長(zhǎng)期開(kāi)發(fā)、積累形成的道路、橋梁設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)，以及GIS相關(guān)研究應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)展了公路工程的環(huán)境模型和工程模型的參數(shù)化、自動(dòng)化創(chuàng)建的研究。并逐漸將BIM技術(shù)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)流程相結(jié)合，形成了具有專(zhuān)業(yè)特色的BIM技術(shù)應(yīng)用方法。

環(huán)境模型的建立

筆者所在團(tuán)隊(duì)是基于“BIM+GIS”的方式，將多種來(lái)源、精度和類(lèi)型的地形數(shù)據(jù)及影像數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，形成BIM基礎(chǔ)地面模型，以便準(zhǔn)確地反映地形的幾何信息和紋理信息，再疊加相關(guān)環(huán)境影響因素，如不良地質(zhì)區(qū)域、規(guī)劃控制區(qū)域等，形成環(huán)境信息模型。

此外，在形成環(huán)境信息模型地過(guò)程中，地理信息是相當(dāng)難獲取地部分，需要結(jié)合多種數(shù)據(jù)源，如路網(wǎng)、水網(wǎng)等平臺(tái)獲取信息，之后再結(jié)合項(xiàng)目實(shí)測(cè)調(diào)查進(jìn)行補(bǔ)充。只有構(gòu)成了完備的環(huán)境模型才能開(kāi)展后續(xù)公路BIM設(shè)計(jì)應(yīng)用。

工程模型的建立

工程模型是指公路工程涉及的各類(lèi)專(zhuān)業(yè)工程BIM模型，一個(gè)公路工程項(xiàng)目的里程相當(dāng)長(zhǎng)，工程模型類(lèi)型與數(shù)量眾多，建模過(guò)程繁復(fù)且常與專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)相脫離，這勢(shì)必導(dǎo)致BIM技術(shù)無(wú)法很好的在公路工程設(shè)計(jì)中得到應(yīng)用。

對(duì)于特殊結(jié)構(gòu)類(lèi)的工程模型，往往需要特定的軟件與方法完成三維設(shè)計(jì)或模型建立，但對(duì)于常規(guī)工程模型，具有較強(qiáng)的通用性，這也是工程項(xiàng)目中最常出現(xiàn)、數(shù)量最多的模型。筆者認(rèn)為有必要研究其參數(shù)化、自動(dòng)化建模方法，并且以設(shè)計(jì)單位現(xiàn)行的主流設(shè)計(jì)方法為出發(fā)點(diǎn)，將BIM技術(shù)融入其中，逐步實(shí)現(xiàn)公路工程的BIM設(shè)計(jì)。為此，筆者所在團(tuán)隊(duì)結(jié)合以往傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)軟件，充分利用設(shè)計(jì)成果數(shù)據(jù)，自主研發(fā)了路線(xiàn)、橋梁等專(zhuān)業(yè)的BIM自動(dòng)建模軟件，實(shí)現(xiàn)專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)與BIM建模（常規(guī)工程模型）同步的目標(biāo)。設(shè)計(jì)中采用路線(xiàn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，在三維地形（數(shù)模）上快速選線(xiàn)，并設(shè)置橋梁、隧道等構(gòu)造物，即可得到公路設(shè)計(jì)數(shù)字成果，進(jìn)而直接生成BIM模型。在方案比選階段，路線(xiàn)走向與橋梁、隧道段落設(shè)置等，可采用系統(tǒng)自定義的通用業(yè)務(wù)邏輯，全自動(dòng)地創(chuàng)建常規(guī)橋梁與隧道的方案及工程模型。值得特別提出的是，互通BIM模型，互通即互通式立體交叉，是由多專(zhuān)業(yè)模型組合而成的，其難點(diǎn)在于工程模型之間存在相互影響，如匝道連接部、匝道鼻端等位置，都是BIM模型創(chuàng)建的重點(diǎn)、難點(diǎn)問(wèn)題。

BIM技術(shù)在公路設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)行、管理、養(yǎng)護(hù)整個(gè)周期中均發(fā)揮有效作用。

通過(guò)實(shí)踐，筆者認(rèn)為，這意味著在深化設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要逐步完成如橋梁、隧道等工程的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，不能僅依賴(lài)系統(tǒng)推薦的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。所以，對(duì)于未采用數(shù)字化設(shè)計(jì)的專(zhuān)業(yè)或復(fù)雜的工程對(duì)象，作為設(shè)計(jì)單位，也應(yīng)該積極研究在通用BIM軟件平臺(tái)上進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，以提高建模效率，并確保與設(shè)計(jì)的吻合程度。

實(shí)際上，各大BIM基礎(chǔ)平臺(tái)軟件的開(kāi)發(fā)商非常支持這種做法，開(kāi)發(fā)商提供優(yōu)秀的支撐平臺(tái)，并開(kāi)放友好的開(kāi)發(fā)接口，甚至針對(duì)專(zhuān)業(yè)人員給出了圖形化、參數(shù)化、可視化編程工具。而設(shè)計(jì)單位可以結(jié)合自身的專(zhuān)業(yè)特色，完成專(zhuān)業(yè)級(jí)的二次開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)的自動(dòng)化。比如Autodesk公司的Revit軟件中，提供了Dynamo插件方式實(shí)現(xiàn)模型的圖形化參數(shù)編程自動(dòng)創(chuàng)建；Civil3D中，提供了部件編輯器實(shí)現(xiàn)參數(shù)化建模；Inventor中，提供了iFeature實(shí)現(xiàn)參數(shù)化建模等。

模型的融合與三維設(shè)計(jì)表達(dá)

公路工程的環(huán)境模型與工程模型的創(chuàng)建方法、軟件平臺(tái)、數(shù)據(jù)格式等都可能不盡相同，作為設(shè)計(jì)單位，在完成設(shè)計(jì)后，同步得到的BIM成果必須提供一種有效的機(jī)制，將一個(gè)公路工程項(xiàng)目以整體的方式提供給業(yè)主或項(xiàng)目的使用者。筆者認(rèn)為，必須對(duì)環(huán)境模型與工程模型進(jìn)行融合，并提供承載的軟件平臺(tái)，以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)成果的三維表達(dá)。

由于模型文件龐大，且對(duì)軟硬件環(huán)境要求高，直接導(dǎo)致使用不便。為此，筆者所在團(tuán)隊(duì)針對(duì)公路項(xiàng)目，特別研發(fā)了基于互聯(lián)網(wǎng)的BIM云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)BIM成果的輕量化遠(yuǎn)程使用。公路工程BIM作為設(shè)計(jì)成果的數(shù)字化表達(dá)，不僅僅能以三維方式展現(xiàn)設(shè)計(jì)項(xiàng)目，同時(shí)還能集成管理相關(guān)設(shè)計(jì)信息，這也正是BIM的核心價(jià)值所在。工程信息作為模型的內(nèi)在數(shù)據(jù)，可以根據(jù)需要附著如尺寸、材料、工程量、設(shè)計(jì)圖等各種類(lèi)型的屬性資料，從而滿(mǎn)足設(shè)計(jì)成果數(shù)字化交付的目標(biāo)。