探究BIM技術(shù)在公路工程建設(shè)與管理中的應(yīng)用及展望

摘? ? 要：著眼于公路工程建設(shè)管理的新趨勢(shì)，在了解BIM技術(shù)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對(duì)其在公路工程建設(shè)管理全生命周期內(nèi)的應(yīng)用進(jìn)行了探討與總結(jié)，并對(duì)其存在的問(wèn)題及未來(lái)發(fā)展方向進(jìn)行展望，為BIM技術(shù)在公路工程中的實(shí)際應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);公路工程;全壽命周期;應(yīng)用

1? 引言

隨著社會(huì)的進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)公路建設(shè)走上了高速發(fā)展的快車(chē)道，在這期間公路設(shè)計(jì)制圖實(shí)現(xiàn)了由紙筆設(shè)計(jì)計(jì)算到應(yīng)用 CAD 技術(shù)的第一次飛躍。較之手工繪圖而言，CAD 制圖不僅速度快、質(zhì)量高、節(jié)約成本，而且通過(guò)數(shù)據(jù)的信息化，可以方便地對(duì)資料存檔進(jìn)行修改。BIM 技術(shù)的出現(xiàn)是科技進(jìn)步的再一次集中體現(xiàn)，BIM 技術(shù)不僅僅是從平面到立體制圖的突破，就工程建設(shè)領(lǐng)域而言，它是從項(xiàng)目立項(xiàng)、工程可行性研究、初步設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)、工程項(xiàng)目組織實(shí)施到運(yùn)營(yíng)管理全方位的技術(shù)管理水平的提升。相對(duì)于 CAD技術(shù)而言，在設(shè)計(jì)階段 BIM 應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了從平面圖紙到立體數(shù)據(jù)模型的轉(zhuǎn)變，更加直觀具體;在施工階段將設(shè)計(jì)方案與施工組織管理進(jìn)行融合與對(duì)接，實(shí)現(xiàn)了對(duì)施工組織計(jì)劃的優(yōu)化;在運(yùn)維階段則是通過(guò)數(shù)據(jù)承接把設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維管理相統(tǒng)一，形成了具有可追溯性的系統(tǒng)化評(píng)價(jià)體系。BIM 技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展為我們呈現(xiàn)了一個(gè)全新的設(shè)計(jì)領(lǐng)域，在國(guó)家的大力推廣應(yīng)用下必將帶來(lái)巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，具有重大的社會(huì)意義。

2? BIM技術(shù)的特點(diǎn)

2.1? 可視化

BIM技術(shù)最突出的特點(diǎn)便是其可視性，將傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中二維抽象的平面結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為三維立體的模型，不但可以形象直觀地展示平面圖紙中無(wú)法呈現(xiàn)的構(gòu)件細(xì)節(jié)，還可以清晰了解各構(gòu)件之間的互動(dòng)與反饋關(guān)系，有利于提高參建項(xiàng)目各方的交流溝通效率，并為管理者決策提供科學(xué)準(zhǔn)確的參考。

2.2? 協(xié)同性

公路工程項(xiàng)目參與方眾多、工程復(fù)雜、耗時(shí)較長(zhǎng)，因此需要協(xié)調(diào)參建項(xiàng)目各方的工作，加強(qiáng)不同專(zhuān)業(yè)間的溝通以提高工作效率，減少?zèng)_突和錯(cuò)誤的產(chǎn)生。通過(guò)應(yīng)用BIM技術(shù)，整合相關(guān)數(shù)據(jù)資料以及文件，使參建各方的工作內(nèi)容以數(shù)據(jù)的方式統(tǒng)一展示在BIM模型中并實(shí)時(shí)更新，通過(guò)碰撞檢查在項(xiàng)目實(shí)施前便發(fā)現(xiàn)并解決沖突。

2.3? 模擬性

BIM的模擬性可應(yīng)用于公路工程全壽命周期中。在設(shè)計(jì)階段通過(guò)進(jìn)行駕駛員仿真駕駛模擬，了解道路設(shè)計(jì)中的平縱橫斷面設(shè)置是否合理，為后續(xù)線(xiàn)型優(yōu)化工作提供依據(jù);在施工階段對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，優(yōu)化施工組織計(jì)劃，減少事故發(fā)生的可能性;在運(yùn)維階段對(duì)緊急情況發(fā)生時(shí)的處理方式進(jìn)行模擬，提高運(yùn)維人員應(yīng)對(duì)事故的快速反應(yīng)能力。

3? BIM在公路全壽命周期的應(yīng)用

3.1? 在設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用

在道路設(shè)計(jì)階段，首先要對(duì)工可階段時(shí)建立的三維地面模型進(jìn)行細(xì)化，在已經(jīng)建立的小比例DEM/TIN模型基礎(chǔ)上，通過(guò)導(dǎo)入并整合在外業(yè)勘測(cè)期間記錄的各種數(shù)據(jù)，得到精度更高的大比例DEM/TIN模型。與傳統(tǒng)勘察設(shè)計(jì)方法相比，由于在前期工作中已經(jīng)得到了高精度的大比例DEM/TIN模型，在后期反復(fù)修改優(yōu)化平縱橫線(xiàn)路時(shí)便不必重新進(jìn)行野外測(cè)設(shè)，線(xiàn)路更改變動(dòng)后利用大比例DEM/TIN模型便可得到任意縱橫斷面數(shù)據(jù)，使公路勘察設(shè)計(jì)更加科學(xué)化、人性化。同時(shí)，由于采用高精度的大比例DEM/TIN模型，得到的土石方量較傳統(tǒng)方法而言也更接近實(shí)際填挖量。由于公路工程具有點(diǎn)多線(xiàn)長(zhǎng)的特點(diǎn)，對(duì)線(xiàn)路整體進(jìn)行高精度建模并不現(xiàn)實(shí)，目前較為可行的BIM應(yīng)用方式是對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行分級(jí)建模。將道路模型分為3個(gè)細(xì)度等級(jí)進(jìn)行建模。首先是線(xiàn)路整體模型，即工可階段完成的整體線(xiàn)路2D模型。在此基礎(chǔ)上，分標(biāo)段建立道路路段3D模型及橋梁隧道簡(jiǎn)易模型。最后，進(jìn)一步細(xì)化并建立精密的橋梁、隧道及道路施工圖設(shè)計(jì)模型以及道路附屬設(shè)施模型。通過(guò)將模型分為不同細(xì)度等級(jí)進(jìn)行建模，既可以減少設(shè)計(jì)所需的工作量，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量;還可以從整體到細(xì)部分層次安排施工組織計(jì)劃，為后續(xù)施工管理做好準(zhǔn)備。

3.2? 在施工階段的應(yīng)用

公路工程在施工階段的重點(diǎn)在于對(duì)項(xiàng)目的管理，這既包括對(duì)項(xiàng)目施工進(jìn)度的管理與優(yōu)化，也包括對(duì)項(xiàng)目建設(shè)所用物料的管控。如果說(shuō)在設(shè)計(jì)階段是在解決建設(shè)什么的問(wèn)題，那么在施工階段就是在解決如何建設(shè)的問(wèn)題。應(yīng)用BIM技術(shù)的施工管理方法由于采用了信息化的三維立體模型，相較傳統(tǒng)施工組織計(jì)劃中的平面圖表而言，更加直觀與具體。同時(shí)較之傳統(tǒng)項(xiàng)目使用的厚重圖紙集而言，BIM模型的載體可以采用手機(jī)或者平板電腦，更有利于施工人員攜帶與隨時(shí)查看項(xiàng)目相關(guān)情況，提高工作效率。BIM技術(shù)可以應(yīng)用于工程項(xiàng)目的方方面面。首先是對(duì)施工方案的靜態(tài)模擬，利用BIM技術(shù)的可視性，可以對(duì)施工場(chǎng)地的布置進(jìn)行模擬，通過(guò)充分利用已有建筑和周?chē)h(huán)境，找到各設(shè)備最適合的安裝位置，減少臨時(shí)設(shè)施的使用，使場(chǎng)地的規(guī)劃更加完善。將設(shè)計(jì)階段完成的三維模型按照施工方案切分為單獨(dú)的構(gòu)件，并為各構(gòu)件賦予時(shí)間軸信息、成本信息、位置信息等施工所需信息，可以在計(jì)算機(jī)中對(duì)整個(gè)施工過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬?；诳梢暬疊IM技術(shù)的施工過(guò)程動(dòng)態(tài)模擬生動(dòng)而直觀，可以在工程實(shí)際開(kāi)工前便發(fā)現(xiàn)工程中存在的問(wèn)題，優(yōu)化施工方案，加快施工進(jìn)度，減少人機(jī)料的浪費(fèi)，提高施工管理的水平與效率。

3.3? 在運(yùn)維階段的應(yīng)用

進(jìn)入運(yùn)維階段后，公路工程項(xiàng)目的重點(diǎn)在于項(xiàng)目日常的養(yǎng)護(hù)管理決策工作。通過(guò)建立基于BIM技術(shù)的運(yùn)維管理平臺(tái)，可以有效提高運(yùn)維工作的效率，并對(duì)決策工作提供支持。該平臺(tái)將運(yùn)維階段采用的多個(gè)信息系統(tǒng)統(tǒng)合在一起，將產(chǎn)生的所有信息進(jìn)行數(shù)字化處理，減少了信息的異構(gòu)及分散儲(chǔ)存。同時(shí)，將數(shù)字化的信息集成到相關(guān)聯(lián)的BIM模型構(gòu)件中，提高了整個(gè)管理過(guò)程的可視性、精確性以及交互性。例如，在結(jié)構(gòu)養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)中，通過(guò)移動(dòng)端接口將道路維護(hù)過(guò)程中產(chǎn)生的病害類(lèi)型、位置、時(shí)間以及嚴(yán)重程度等信息輸入到運(yùn)維管理平臺(tái)中，在PC端就可以很清楚地看到病害所處樁號(hào)，其與周?chē)Y(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)性等傳統(tǒng)管理模式下難以了解的信息，這有助于運(yùn)維人員了解構(gòu)件在其生命周期內(nèi)演變的規(guī)律，并對(duì)其未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)做出預(yù)測(cè)，并據(jù)此作出養(yǎng)護(hù)管理決策。將視頻監(jiān)控系統(tǒng)及報(bào)警系統(tǒng)與BIM模型構(gòu)件集成在一起，便可以在事故發(fā)生時(shí)提醒管理者事件發(fā)生的位置及詳情，方便管理者對(duì)此作出快速反應(yīng)。

4? BIM發(fā)展展望

20世紀(jì)80年代興起的甩圖板運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)了從紙筆設(shè)計(jì)計(jì)算到應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的飛躍，可以稱(chēng)之為公路行業(yè)的第一次革命，而目前正在蓬勃發(fā)展的BIM技術(shù)應(yīng)用便可以稱(chēng)之為是公路行業(yè)的第二次革命了。隨著信息化技術(shù)的不斷革新發(fā)展和國(guó)家相關(guān)部門(mén)的大力支持與推廣，公路行業(yè)的BIM應(yīng)用發(fā)展必將邁上一個(gè)新的臺(tái)階。BIM誕生已有40余年，引進(jìn)我國(guó)也有20多年的歷史了，但就公路行業(yè)而言BIM應(yīng)用尚處于起步階段，仍有很大的發(fā)展空間。從國(guó)家層面而言，應(yīng)當(dāng)大力推進(jìn)BIM產(chǎn)業(yè)發(fā)展，制定BIM行業(yè)規(guī)范，培養(yǎng)BIM技術(shù)人才;從軟件商方面來(lái)說(shuō)，應(yīng)當(dāng)與國(guó)家合作一同研發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的BIM軟件平臺(tái);從企業(yè)方面而言，應(yīng)當(dāng)挖掘BIM技術(shù)潛力，最終實(shí)現(xiàn)運(yùn)用BIM技術(shù)的正向設(shè)計(jì)?？偟膩?lái)說(shuō)，BIM應(yīng)用前景廣闊，值得相關(guān)科研工作者共同努力研究。

5? 結(jié)語(yǔ)

本文著眼于公路工程建設(shè)管理的新趨勢(shì)，在了解BIM技術(shù)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對(duì)其在公路工程建設(shè)管理全生命周期內(nèi)的應(yīng)用進(jìn)行了探討與總結(jié)，并對(duì)其存在的問(wèn)題及未來(lái)發(fā)展方向進(jìn)行展望，為BIM技術(shù)在公路工程中的實(shí)際應(yīng)用提供參考。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

左勇 （1984—）男，本科，研究方向：公路工程。