探究BIM技术在公路工程建设与管理中的应用及展望

摘    要：着眼于公路工程建设管理的新趋势，在了解BIM技术特点的基础上，对其在公路工程建设管理全生命周期内的应用进行了探讨与总结，并对其存在的问题及未来发展方向进行展望，为BIM技术在公路工程中的实际应用提供参考。

关键词：BIM技术;公路工程;全寿命周期;应用

1  引言

随着社会的进步，经济的发展，我国公路建设走上了高速发展的快车道，在这期间公路设计制图实现了由纸笔设计计算到应用 CAD 技术的第一次飞跃。较之手工绘图而言，CAD 制图不仅速度快、质量高、节约成本，而且通过数据的信息化，可以方便地对资料存档进行修改。BIM 技术的出现是科技进步的再一次集中体现，BIM 技术不仅仅是从平面到立体制图的突破，就工程建设领域而言，它是从项目立项、工程可行性研究、初步设计、施工图设计、工程项目组织实施到运营管理全方位的技术管理水平的提升。相对于 CAD技术而言，在设计阶段 BIM 应用实现了从平面图纸到立体数据模型的转变，更加直观具体;在施工阶段将设计方案与施工组织管理进行融合与对接，实现了对施工组织计划的优化;在运维阶段则是通过数据承接把设计、施工和运维管理相统一，形成了具有可追溯性的系统化评价体系。BIM 技术的应用和发展为我们呈现了一个全新的设计领域，在国家的大力推广应用下必将带来巨大的社会和经济效益，具有重大的社会意义。

2  BIM技术的特点

2.1  可视化

BIM技术最突出的特点便是其可视性，将传统设计中二维抽象的平面结构转化为三维立体的模型，不但可以形象直观地展示平面图纸中无法呈现的构件细节，还可以清晰了解各构件之间的互动与反馈关系，有利于提高参建项目各方的交流沟通效率，并为管理者决策提供科学准确的参考。

2.2  协同性

公路工程项目参与方众多、工程复杂、耗时较长，因此需要协调参建项目各方的工作，加强不同专业间的沟通以提高工作效率，减少冲突和错误的产生。通过应用BIM技术，整合相关数据资料以及文件，使参建各方的工作内容以数据的方式统一展示在BIM模型中并实时更新，通过碰撞检查在项目实施前便发现并解决冲突。

2.3  模拟性

BIM的模拟性可应用于公路工程全寿命周期中。在设计阶段通过进行驾驶员仿真驾驶模拟，了解道路设计中的平纵横断面设置是否合理，为后续线型优化工作提供依据;在施工阶段对施工过程进行动态模拟，优化施工组织计划，减少事故发生的可能性;在运维阶段对紧急情况发生时的处理方式进行模拟，提高运维人员应对事故的快速反应能力。

3  BIM在公路全寿命周期的应用

3.1  在设计阶段的应用

在道路设计阶段，首先要对工可阶段时建立的三维地面模型进行细化，在已经建立的小比例DEM/TIN模型基础上，通过导入并整合在外业勘测期间记录的各种数据，得到精度更高的大比例DEM/TIN模型。与传统勘察设计方法相比，由于在前期工作中已经得到了高精度的大比例DEM/TIN模型，在后期反复修改优化平纵横线路时便不必重新进行野外测设，线路更改变动后利用大比例DEM/TIN模型便可得到任意纵横断面数据，使公路勘察设计更加科学化、人性化。同时，由于采用高精度的大比例DEM/TIN模型，得到的土石方量较传统方法而言也更接近实际填挖量。由于公路工程具有点多线长的特点，对线路整体进行高精度建模并不现实，目前较为可行的BIM应用方式是对项目进行分级建模。将道路模型分为3个细度等级进行建模。首先是线路整体模型，即工可阶段完成的整体线路2D模型。在此基础上，分标段建立道路路段3D模型及桥梁隧道简易模型。最后，进一步细化并建立精密的桥梁、隧道及道路施工图设计模型以及道路附属设施模型。通过将模型分为不同细度等级进行建模，既可以减少设计所需的工作量，提高设计质量;还可以从整体到细部分层次安排施工组织计划，为后续施工管理做好准备。

3.2  在施工阶段的应用

公路工程在施工阶段的重点在于对项目的管理，这既包括对项目施工进度的管理与优化，也包括对项目建设所用物料的管控。如果说在设计阶段是在解决建设什么的问题，那么在施工阶段就是在解决如何建设的问题。应用BIM技术的施工管理方法由于采用了信息化的三维立体模型，相较传统施工组织计划中的平面图表而言，更加直观与具体。同时较之传统项目使用的厚重图纸集而言，BIM模型的载体可以采用手机或者平板电脑，更有利于施工人员携带与随时查看项目相关情况，提高工作效率。BIM技术可以应用于工程项目的方方面面。首先是对施工方案的静态模拟，利用BIM技术的可视性，可以对施工场地的布置进行模拟，通过充分利用已有建筑和周围环境，找到各设备最适合的安装位置，减少临时设施的使用，使场地的规划更加完善。将设计阶段完成的三维模型按照施工方案切分为单独的构件，并为各构件赋予时间轴信息、成本信息、位置信息等施工所需信息，可以在计算机中对整个施工过程进行动态模拟。基于可视化BIM技术的施工过程动态模拟生动而直观，可以在工程实际开工前便发现工程中存在的问题，优化施工方案，加快施工进度，减少人机料的浪费，提高施工管理的水平与效率。

3.3  在运维阶段的应用

进入运维阶段后，公路工程项目的重点在于项目日常的养护管理决策工作。通过建立基于BIM技术的运维管理平台，可以有效提高运维工作的效率，并对决策工作提供支持。该平台将运维阶段采用的多个信息系统统合在一起，将产生的所有信息进行数字化处理，减少了信息的异构及分散储存。同时，将数字化的信息集成到相关联的BIM模型构件中，提高了整个管理过程的可视性、精确性以及交互性。例如，在结构养护管理系统中，通过移动端接口将道路维护过程中产生的病害類型、位置、时间以及严重程度等信息输入到运维管理平台中，在PC端就可以很清楚地看到病害所处桩号，其与周围结构的关联性等传统管理模式下难以了解的信息，这有助于运维人员了解构件在其生命周期内演变的规律，并对其未来的发展趋势做出预测，并据此作出养护管理决策。将视频监控系统及报警系统与BIM模型构件集成在一起，便可以在事故发生时提醒管理者事件发生的位置及详情，方便管理者对此作出快速反应。

4  BIM发展展望

20世纪80年代兴起的甩图板运动实现了从纸笔设计计算到应用计算机辅助设计的飞跃，可以称之为公路行业的第一次革命，而目前正在蓬勃发展的BIM技术应用便可以称之为是公路行业的第二次革命了。随着信息化技术的不断革新发展和国家相关部门的大力支持与推广，公路行业的BIM应用发展必将迈上一个新的台阶。BIM诞生已有40余年，引进我国也有20多年的历史了，但就公路行业而言BIM应用尚处于起步阶段，仍有很大的发展空间。从国家层面而言，应当大力推进BIM产业发展，制定BIM行业规范，培养BIM技术人才;从软件商方面来说，应当与国家合作一同研发具有自主知识产权的BIM软件平台;从企业方面而言，应当挖掘BIM技术潜力，最终实现运用BIM技术的正向设计。总的来说，BIM应用前景广阔，值得相关科研工作者共同努力研究。

5  结语

本文着眼于公路工程建设管理的新趋势，在了解BIM技术特点的基础上，对其在公路工程建设管理全生命周期内的应用进行了探讨与总结，并对其存在的问题及未来发展方向进行展望，为BIM技术在公路工程中的实际应用提供参考。

参考文献：

[1] 薛飞宇，赵赛辉，夏诗画.基于BIM技术的公路运维管理系统设计研究[J].公路交通技术，2018（2）：132～138.

[2] 孙建诚，蒋浩鹏，朱双晗.基于BIM技术的三维公路模型设计探讨[J].重庆交通大学学报（自然科学版），2019（1）：30～34.

作者简介：

左勇 （1984—）男，本科，研究方向：公路工程。