BIM 技術(shù)在公路設(shè)計中的應(yīng)用與創(chuàng)新

王亮 孟志祥

中交通力建設(shè)股份有限公司 陜西西安 710075

1 公路BIM 設(shè)計推廣現(xiàn)狀

建筑信息模型（BIM）概念在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用和推廣較早，但在交通領(lǐng)域的發(fā)展相對較晚。2016 年2 月，交通運輸部發(fā)布《關(guān)于交通運輸重大技術(shù)方向和技術(shù)政策的通知》，把推進建筑信息模型（BIM）技術(shù)放在首位。行業(yè)和市場也開始對交通等基礎(chǔ)設(shè)施項目提出明確的BIM 應(yīng)用要求，交通BIM 的應(yīng)用和研究逐漸進入熱潮。公路BIM 設(shè)計是公路BIM 全生命周期應(yīng)用的數(shù)據(jù)源，在公路BIM 全生命周期應(yīng)用中起著重要作用。然而，由于缺乏切實可行的公路BIM 設(shè)計交付標(biāo)準(zhǔn)，以及公路BIM 設(shè)計軟件在功能和設(shè)計效率上的缺陷，限制了BIM 設(shè)計的進程。從筆者收集的公路BIM 項目應(yīng)用情況來看，公路BIM 的應(yīng)用深度多基于二維設(shè)計成果，模型精度只能達到方案和初步設(shè)計深度，難以形成可用于施工的交付成果；但在方案效果上公路工程的展示、施工及運維管理，通過對設(shè)計模型的輕量化處理，結(jié)合GIS 系統(tǒng)實現(xiàn)瓦片加載技術(shù)的大比例尺模型，有比較成熟的案例[1]。

2 BIM 技術(shù)在公路工程設(shè)計中的創(chuàng)新應(yīng)用

2.1 關(guān)鍵構(gòu)件力學(xué)分析與驗證

在橋梁工程的設(shè)計階段，其結(jié)構(gòu)的受力分析是確保工程質(zhì)量的重點，目前國內(nèi)常用的專業(yè)軟件有Abaqus、Midas、ANSYS 等進行驗證分析。以Abaqus 軟件為例，首先將BIM 模型轉(zhuǎn)換成通用FBX 格式或OBJ 文件導(dǎo)入Abaqus 中，多個構(gòu)件對象模型拼裝組合形成整體模型，根據(jù)實際需求設(shè)置邊界條件，添加荷載工況，劃分模型網(wǎng)格進行模擬計算，根據(jù)得出的計算結(jié)果對整體結(jié)構(gòu)進行分析優(yōu)化，往復(fù)迭代，最終形成設(shè)計階段力學(xué)分析結(jié)果，連同計算模型向施工、運維階段傳遞，可為后續(xù)階段力學(xué)分析提供可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。

2.2 基于BIM 技術(shù)的協(xié)同設(shè)計平臺搭建

可以選擇使用高效的現(xiàn)代化測量技術(shù)，然后能夠形成準(zhǔn)確的BIM 模型，就能夠建設(shè)更加高水平的環(huán)境模型。數(shù)字化的勘察結(jié)果應(yīng)用到協(xié)同平臺中，確保各項專業(yè)設(shè)計都要使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)信息，不能存在協(xié)調(diào)性不足的情況。設(shè)計人員在進行構(gòu)造物設(shè)計時能夠研發(fā)和應(yīng)用BIM 設(shè)計軟件，以數(shù)字化勘察設(shè)計結(jié)果作為設(shè)計基礎(chǔ)，利用設(shè)計數(shù)據(jù)就能夠形成構(gòu)造物方案的BIM 模型，協(xié)同平臺內(nèi)可以實現(xiàn)各個專業(yè)信息的BIM 模型與環(huán)境模型的組合與使用，然后就能夠開展進行大場景BIM 模型設(shè)計。各個專業(yè)設(shè)計人員要結(jié)合專業(yè)特點和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)來檢驗構(gòu)造物設(shè)計方案是否能夠達到可行性與合理性標(biāo)準(zhǔn)，各個專業(yè)都要保證設(shè)計方案銜接和應(yīng)用，實現(xiàn)協(xié)同化處理。利用協(xié)同平臺能夠確保設(shè)計各個專項數(shù)據(jù)來源統(tǒng)一，不會因為數(shù)據(jù)偏差而導(dǎo)致設(shè)計存在問題。同時可以利用BIM 協(xié)同平臺，各個專業(yè)設(shè)計人員確認(rèn)之后進行后續(xù)設(shè)計，能夠完成信息傳遞和應(yīng)用[2]。

2.3 節(jié)點設(shè)計

公路設(shè)計是一種線性工程設(shè)計，其設(shè)計方案往往采用平、縱、橫斷面相結(jié)合的形式，在二維設(shè)計和三維設(shè)計平臺上差別不大。然而，對于公路工程中的特殊節(jié)點，如隧道交叉口，其空間幾何結(jié)構(gòu)往往比較復(fù)雜，傳統(tǒng)的二維設(shè)計方法難以表達和理解。通過在BIM設(shè)計平臺上進行精確的三維建模，可以直觀地表達復(fù)雜節(jié)點的設(shè)計方案，進而通過視圖切割快速生成精確的圖紙，大大提高了復(fù)雜節(jié)點的圖形表達精度。

2.4 交通量檢測與交通適用性評價

基于BIM 的交通仿真應(yīng)用方法是有效利用BIM 模型中所包含的信息，應(yīng)用于構(gòu)建交通仿真道路模型，并完成交通仿真的過程。相比于傳統(tǒng)的描點建模方法，具有高效性、準(zhǔn)確性和動態(tài)更新的特點。找到交通擁堵點是交通仿真研究的重要內(nèi)容，首先要分析道路網(wǎng)的交通需求，分析在不同交通壓力下，道路交通擁堵敏感區(qū)域位置。在設(shè)計階段即可以發(fā)現(xiàn)存在擁堵的區(qū)域，避免設(shè)計失誤，減少二次投資。

2.5 全生命周期數(shù)據(jù)傳遞要求

公路工程設(shè)計階段的BIM 成果可以進一步傳遞到施工階段，為工程精細(xì)化施工和智能建造提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。根據(jù)全生命周期的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)要求和工程施工實際需求，對設(shè)計階段的BIM 模型與成果進行集成和整合，以滿足全生命周期數(shù)據(jù)傳遞的要求。另一方面，基于公路工程施工、養(yǎng)護和運營階段的BIM 應(yīng)用與實踐，將BIM應(yīng)用中涉及設(shè)計階段的問題和經(jīng)驗反饋回設(shè)計階段，將有助于完善工程全生命周期的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)與管理。

2.6 BIM 技術(shù)在橋梁可視化技術(shù)交底中的應(yīng)用

技術(shù)交底是設(shè)計人員與施工單位溝通的重要方式，必須要把整個設(shè)計方案的設(shè)計意圖與注意事項明確標(biāo)注，并且傳達到施工單位中。但是在很多情況下，表達不清晰、文件不規(guī)范等問題普遍存在。如果經(jīng)常出現(xiàn)表述不清晰的情況，就會造成比較嚴(yán)重的施工問題，工程質(zhì)量也難以保證。利用BIM 技術(shù)就是模擬各個關(guān)鍵性施工工藝，直接表現(xiàn)出設(shè)計意圖，在施工中要重點標(biāo)注，并且將一些重要部分使用動畫形式進行表示，準(zhǔn)確度比較高，還能夠提升溝通的效率和工作的質(zhì)量，確保工程能夠完全按照設(shè)計方案順利實施。同時，關(guān)鍵施工方式與成套工藝制作成技術(shù)交底庫，為整個施工環(huán)節(jié)提供有利的支持[3]。

3 結(jié)語

當(dāng)前BIM 技術(shù)被大量的應(yīng)用到公路工程項目中，能夠應(yīng)用到項目各個環(huán)節(jié)，并且已經(jīng)取得了非常好的效果。在這個過程中，經(jīng)歷了長期的探索、分析與研究，同時結(jié)合目前應(yīng)用狀況分析，能夠展現(xiàn)出比較好的優(yōu)勢，尤其是在設(shè)計階段可以解決很多現(xiàn)實的問題，能夠?qū)⒃O(shè)計成果真實反映出來，提高設(shè)計方案的水平。在未來發(fā)展中，BIM 技術(shù)必然會更加的成熟，應(yīng)用在公路橋梁工程中也會有更好的效果，未來對于工程領(lǐng)域的發(fā)展有著非常積極的促進作用。