BIM技术在公路设计中的应用与思考

李志华，甘先永

（长沙理工大学 交通运输工程学院 湖南 长沙 410076）

BIM技术在公路设计中的应用与思考

李志华1，甘先永2

（长沙理工大学 交通运输工程学院 湖南 长沙 410076）

介绍了BIM技术理念，以及BIM技术在国中应用现状。同时说明BIM技术在公路设计中存在的几大优势，分析了其推广的必要性。又从公路设计本身的限制、专业软件缺乏和技术人员匮乏等方面分析BIM技术在公路设计中推广面临的困难和挑战，并提出了对应的解决方法。最后，展望了BIM技术在公路设计行业中的发展前景。

BIM技术；公路设计；三维建模；AutoCADCivil 3D

一、BIM国内应用现状

BIM ( Building Information Modeling)即建筑信息模型技术，是以工程项目的各种相关信息数据为基础建立模型，并通过数字信息模拟建筑物所具有的真实信息。BIM是对工程项目物理特征和功能特性的数字化表达。自 2003年我国开始引入BIM技术，在过去的十多年中，BIM技术在我国发展迅速。在建筑、机电、机械等领域应用越来越广，许多具有影响力的大型工程，比如中信投资大型综合体项目“中国尊”、上海中心大厦、天津周大福中心等都采用BIM技术进行项目管理。其中，总高632米的“上海中心”大厦是中国第一个全BIM项目，项目通过应用BIM技术不仅提升了规划管理水平和建设质量还大大减少材料损耗，降低了工程成本。

2015年6月，住建部发布《关于推进建筑信息模型应用的指导意见》，强调了BIM在建筑领域应用的重要意义，明确要求到2020年末甲级勘察设计单位以及特一级施工企业掌握并实现BIM与企业管理系统和其他信息技术的一体化集成应用。可见，我国政府行政层面正采取切实可行的措施，大力推进BIM技术的发展应用。

到目前为止，可以认为我国的设计行业经历了两次技术革命，一次是从传统手绘图纸到CAD作图，第二次就是从二维设计到三维甚至是多维，也就是BIM技术。设计行业走进BIM时代，不仅仅是工具和手段的更新，更是设计方法和思维模式的更新。公路行业也积极的尝试，引入并应用BIM技术并取得了一定的成果。2014年，项目建设方为提高邢汾高速公路建设工程的管理水平，联合清华大学开发了“基于BIM的邢汾高速公路4D建设管理系统”，并成功应用于实际工程中。

二、BIM技术在公路设计中应用推广的优势

在公路工程中，设计是施工建设的前提，设计的科学性、合理性对整个工程起到决定性作用。公路工程采用传统的2D设计已经出现不适用性，容易出现遗漏、考虑不周等情况。采用BIM技术可以实现公路设计模拟与优化调整，实现在BIM模型框架下的地形、景观、照明等方面的协同设计，减少方案冲突，提高设计效率，节约时间及费用。目前，国内公路设计人员对于BIM技术的理解并不充分，认为BIM只是CAD的3D版而已，并非如此。BIM技术贯穿在项目的整个生命周期中，BIM的优势不仅仅体现在设计阶段的作图上，更主要的是在设计优化分析，施工过程可视化模拟，成本协同控制以及后期运营维护上。BIM并不是指某一个软件，而是一种理念——以数据为中心的全生命周期理念。

公路是一个空间三维实体，应用BIM技术进行公路设计是今后发展的大趋势。其优势主要有以下几点：

（一）可视化建模

利用软件将公路设计中的路线信息、路面信息、周边景观信息等通过整合，建立一个可视化的3D信息模型，解决传统的CAD图纸无法表达复杂的三维形态的问题。借助三维模型，直观的显示设计成果，快速准确的查找图纸中的“错 漏碰 缺”，减少设计失误，使常规的二维设计提升为三维可视化设计，可大幅度地提升设计质量和设计效率。

（二）精确的工程量计算与分析

利用复合体积算法或平均断面算法，快速地计算原地面线和设计线之间的土方量。还可以通过软件自动生成土方调配图表，用以分析适合的填挖距离，以此确定缺土坑和弃土堆的大概位置，和要移动的土方量和移动方向。并且还可以从公路模型中提取工程材料数量，进行项目成本及时分析控制。

（三）多领域协同作业

摆脱传统公路设计中相互独立的局面，解决平、纵、横设计分离的问题，提供一体化设计平台。同时让各项目参与方能够在统一的数据平台之下共同作业，达成数据共享，实现了不同专业间的协同和信息传递功能，提高相互之间的沟通协调能力。

（四）优化性

设计是反复修改、优化调整的过程。传统的公路设计中稍有变更就要修改各种图纸相关信息，耗费了大量时间。应用BIM技术，在设计过程中可实时查看道路的三维动态效果，使静态设计提升为动态设计，随时查看多种设计方案，通过比较选出最优方案。进行设计变更时也能随设计方案的改变，自动调整工程量，施工进度等，实现更合理的安排工程资源。

（五）模拟性

通过设定相关参数，实现在计算机上的驾驶模拟，让设计人员对线形、坡度、景观等有更直观的感受，做到“所见即所得”，对于不合理的地方及时调整，提高设计质量。在施工阶段还可通过施工模拟直观的反映施工流程，优化各道工序，进行施工进度的管理。

三、BIM技术在公路设计中面临的困难

BIM作为一项新技术在公路设计中的虽已有推广，且相比传统的二维设计表现出一定的优势。但由于起步较晚，应用也比较少，主要是面临着以下的问题：

（一）公路工程自身的限制

公路工程是线性工程，点多、线长、面广是公路工程最基本的特点。进行公路设计时要考虑自然环境、地形、地质等因素，设计方案的确定受外界环境影响大。在此之前，BIM的应用对象往往是单个建筑物，对于公路设计这样跨度大、区域广的工程，技术尚不成熟。对于公路设计中的单位工程，比如隧道、桥梁、或者涵洞之类的，可能更容易实现。

（二）BIM标准缺失

BIM技术在建筑行业已经得到普遍推广，但是在市政和公路行业还处于迷茫阶段，尤其是公路行业。除公路工程自身特点限制外，就是建筑行业的BIM技术已经有了较为成熟的 IFC标准，而其它行业尚无相关标准或统一接口。对于公路设计领域，值得我们思考的是，BIM的成果有哪些？BIM出图的标准是什么？这都需要一个规范的行业标准。

（三）缺乏专业软件

BIM技术通俗的讲就是先把项目在电脑上“演示”一遍，就要求每个行业有专业 BIM软件。在二维时代，就有天正建筑 CAD，纬地公路交通辅助设计系统(HintCAD)，鸿业市政公路等。正如建筑行业的Revit，公路设计也应有专业的设计软件。相较国外成熟的BIM技术软件，我国在这方面尚处初级阶段。现阶段，投入使用的公路设计三维平台主要有AutoCAD Civil 3D，Microstation Inroad等。

AutoCADCivil 3D，是公路设计中应用最普遍的BIM软件。无论从设计三维可视化，还是造价控制、运营维护等方面AutoCAD Civil 3D都有突出的优势。但是它无法完成桥梁和隧道的设计。如果地形需要设置桥梁，就需要把路线导入别的软件进行设计，这不仅操作麻烦，还致使设计效率降低，这完全悖于BIM的理念。

Microstation Inroad，也是一款专业的公路设计软件，包含了从建立数字地面模型、道路几何设计、建立三维道路模型等一系列功能模块。但它也无法完成完整的桥梁建模，无法进行桥梁结构的详细设计，只能设计简单的桥梁上部结构。

另外，还有鸿业科技的 Roadleader路立得和针对公路选线阶段的旷达路线规划系统和CARD1研发的KorFin。 目前为止，仍没有任何一款可以独立完成公路设计的专业软件，且现有的软件功能太单一，并没有很大程度的提高设计效率。

（四）技术人员匮乏

当前BIM技术在公路设计领域的推广应用面临的一个重大问题是技术人员的匮乏。

BIM作为一种新的技术理念仍不被广泛认可，有一些设计人员认为公路设计就是一个“线性”的工程，不像建筑有这么多的专业，会出现专业间的冲突、管线碰撞等一系列的问题，稍有没有多大必要去应用和推广。这种错误的心态对BIM技术的推广也有一定的阻碍。

四、解决方法

针对BIM技术在公路设计中面临的问题，提出以下解决方法：

（一）将BIM与GIS集成应用到公路设计过程中，结合先进的三维地理信息技术，提高长线工程和大规模区域性工程的管理能力。

（二）BIM技术相关的国家标准还未颁布施行，建立一个标准化体系迫在眉睫。

（三）依据设计人员的需求，开发一款功能齐全、操作简单的公路BIM设计软件，定能大幅度的提高设计效率。

（四）为了培养和选拔BIM专业技术人员和高级管理人员，即建筑信息模型工程师（Building Information Modeling Engineer英文名称缩写：BIME），工业和信息化部已经设立BIM技能等级考试。相信不久的将来，这一问题将得到很好地解决。

五、前景展望

随着公路行业的不断发展和市场竞争的日益加剧，公路工程设计也应该有更高的要求。目前，政府和行业都在积极推广BIM技术。在这样的一个大环境下，BIM技术在公路设计中的应用逐步趋于成熟。对于目前存在的问题和困难，只要我们转变理念、积极处理现存问题，研发出功能齐全的BIM软件，培养专业的BIM技术人员，将BIM技术应用到更多的公路设计项目中，一定会为公路设计带来新的革命。

[1]李昂,石振武.BIM技术在建筑工程项目中的应用价值[J].经济师,2014,01:62-64.

[2]住房城乡建设部关于印发推进建筑信息模型应用指导意见的通知http: //www.mohurd.gov.cn/wjfb/201507/t20150701

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[10]BIM技术助山区“美丽公路”建设-筑龙新闻 http://news.zhulong.com/ read/detail213262.html

与gis结合，以前是gis加cad，现在是gis与bim。比如civil 3d的土方量计算，三维地面。还有隧道内的机电布置，更多的是做一个数据平台。目前在两者数据转换，传输是一个问题，国家也没标准。还有建设期，后期的运维系统，模型是要用到bim的。

BIM ( Building Information Modeling)即建筑信息模型技术，指的是包含建筑物全部信息的模型系统，在建筑物设计、建造、维护、管理的全生命周期发挥作用。作为新一代设计理念和技术，其已被国外诸多著名的建筑、结构、施工公司在项目中成功应用，是设计行业

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