BIM技术在公路工程中的应用

王 友 参

(中铁十四局集团第二工程有限公司，山东 泰安 271000)

1 工程概况

1.1 工程简介

延崇高速公路(北京段)工程七标全线位于北京市延庆区境内,中标金额7.8亿元，建设工期33个月，出京线全长5.039 km；进京线全长5.053 km。主要工程有3隧2桥，其中隧道单线总长9 627 m，桥梁单线总长238 m，桥隧占比高达98%，隧道采用双向四车道设计，为分离式隧道。

1.2 BIM技术的应用

作为世园会、冬奥会配套性工程，该项目具有建设标准高(创建品质工程、绿色公路、智慧公路示范项目)、环保要求高(穿越松山、玉渡山、野鸭湖保护区)、社会关注度高(世园会、冬奥会配套项目)等特点，该项目政治意义重大，建设难度高，建设工期紧。

为保质保量如期完成，项目在建设过程中广泛应用BIM技术指导现场施工作业，通过大数据展示等直观的方式，进行可视化的管理模式，加强参与各方对项目的理解，降低沟通成本。利用revit软件建立高精度BIM模型，并通过与VR技术相结合，模拟现场施工作业环境，进行可视化安全技术交底，对现场危险源形成预判，确保施工安全，保证施工质量。

2 公路工程特点概述

以延崇高速为例，建设工期33个月，线路全长33.2 km，设置桥梁9座，隧道6座，互通立交5座，分离式立交1座，管理养护区1处，服务区1处，隧道处2所，北京段全线桥隧比约92%，工程投资估算约153亿元，穿越松山、玉渡山、野鸭湖保护区等环境敏感点，工程创建品质工程、绿色公路、智慧公路示范项目，建设标准极高，施工与运行期面临着复杂的地质构造及活动断层、不均匀沉降、涌水涌泥、滑坡、泥石流、坍塌、地震等众多风险因素，总体来看，公路工程建设过程通常具有以下特点。

2.1 多点、线性、广面

公路工程建设规模一般都比较大，例如延崇高速线路全长33.2 km，从体量上分析是线性的，从建设里程上来讲从几十公里到上千公里的都有，涉及的施工区域有时要跨过几个行政区域，施工范围非常广再加上桥梁隧道工程的特殊性，工程的建设是很少只由一家单位单独来完成的，通常要多标段招投标，牵涉到多家施工企业，时间跨度通常要几年。

2.2 体量大、专业多、造价高、投资大

公路工程建设项目投资是非常巨大的，其建设工程合同的价额基本上是几千万、上亿甚至几百亿，如全长33.2 km的延崇高速工程，由于桥隧占比高(桥隧比约92%)，建设要求严等特点，投资估算达153亿元，体量大、专业多、造价高、投资大是公路工程的鲜明特点。

2.3 作业环境和地形地质条件复杂

以延崇高速为例，建设过程线路穿越松山、玉渡山、野鸭湖保护区等环境敏感点，公路工程的大跨度，决定了其面临的气候、地质、土地、水土保持、文物、社会经济都会有差异，任何一项的变化都会影响公路工程的顺利施工，甚至在施工过程中会发现突发情况进而变更原有定线，复杂的作业环境和地质条件决定了公路工程的不可控性。

2.4 质量要求高，质量安全管理难度大

延崇高速工程创建品质工程、绿色公路、智慧公路示范项目，建设标准极高，施工与运行期面临着复杂的地质构造及活动断层、不均匀沉降、涌水涌泥、滑坡、泥石流、坍塌、地震等众多风险因素，质量安全管理难度极大。

3 BIM技术在公路工程的应用

3.1 工程可视化

在设计前通过无人机倾斜摄影、测绘机器人、激光扫描输出，获取高分辨率、高精度的影像数据，构建三维实景结合GIS数据，无论从效率和精度上，较GPS又上了一个台阶。在设计前，数字地形、地质、水系水文、现有道路交通、现有建筑物等模型最终集成为一个完整的数字化的设计环境，这是一个真实的、精确的、可测量的三维现状环境，交付给设计工程师使用。在设计工作完成后，将多个线路、路基、桥梁、场地、站场、隧道共同组成一个建筑渲染动画，直观展示了设计方案的可行性和景观方案，在向上级部门汇报时一目了然，也有利于模型的传递。模型可以360°观察也可以随时查询每个构件的基本属性，充分展示了设计效率高、方案直观明了、调整便捷、准确的BIM技术特点，如图1所示。

3.2 正向化设计

有了一套完整的勘察设计资料，各专业的工程师就可以利用各类正向设计系统，直接展开设计工作。BIM正向设计是采用参数化的方法，将设计主要工作内容提前至方案设计阶段，加强对设计作品全生命周期的管控能力，目标是在保证质量的同时降低设计成本。公路工程的各类结构构件在不同跨上形式不一，繁杂多变，应用正向建模方法，根据不同构件的外形特征、尺寸标注和变化规律分类别建立各自的参数化模型，如图2所示，进而形成企业的产品库。在类似构件设计时，只需要修改相关参数就可以直观生动地观察新构件，有利于提高建模速度和方案对比[1]。

在多专业协同中，BIM优势更加明显，尤其是当工程隐蔽性较强、且关键工序具有不可撤销性时，BIM使协调问题得到了事先解决。当所有设计工作完成后，采用数字化的成果交付方式交付设计成果，可以方便检索相关工程信息，非专业人员也可以交互地了解所需的设计信息。

3.3 施工组织模拟

BIM在公路工程中一个主要应用点就是施工组织模拟，BIM技术可以场地布置、施工元素、施工对象和施工组织设计，具体地将工程结构模型和道路交通导改模型运用在模拟软件中，根据施工期间交通导改方案及进度组织计划，可以将结构施工进度模拟和道路交通导改模拟有机结合在同一环境中，直观查看项目施工场地随时间推移而实时变化的情形，对施工组织的全过程进行模拟，并以此评价交通导改计划与结构施工计划二者的协调性。若存在与施工组织设计和方案内容不符合或者偏差等问题，可及时修订。同时在视频软件中适当添加文字和标注，使其在模拟漫游和细节展示时更加直观阐明方案模拟的内容和重点。

3.4 工程量管理

利用BIM技术，将模型导入工程造价软件，通过材料的选择将行人的参数自动记录，可生成不同阶段的造价清单对项目的资金产生完成统计和控制。同时根据施工进度管理信息，通过选择造价参数，使其能生成不同的造价清单，将项目施工过程中的人员、机械、材料等信息融合到一个平台中，建立5D模型，使平台能够更加有效地在项目各分部之间完成人工和机械等资源的动态优化和调配。建模前深入调研该工程计量规则，并以此确定模型中的工程量拆分界面，最终以从模型中自动提取的工程量数值实现了基于工程量清单的工程量统计及交付，发挥了BIM模型在工程量计算及复核方面的实际价值[2]。

4 目前存在的问题

4.1 软件间有隔阂

市场上有众多软件，这些软件各有特点，都能独立完成设计作品。一个设计公司使用一个软件公司的产品就可以完成设计任务，但软件各有所长，当想利用别的软件功能时，由于数据接口没有打通，还需要重复建模。设计师不应该将大量工作放在建模中，不能因为软件的隔阂而不能产生一些精彩效果。这主要是BIM标准制定还处于初级阶段，BIM理论和实施策略充满不确定性。目前的BIM应用的一大障碍就是数据互识，这牵涉到了投资方、设计方、施工方等多个行业参与者，都会在BIM标准的指引下进入利益再分配的过程，因此建议国家有关部门开展相关标准制订，打通软件接口，方便用户操作。

4.2 软件本身有局限性

BIM初始应用于房屋建筑工程，由于有的软件主要应用于建筑行业开发，而对于公路工程，其桥梁、隧道、涵洞比较多，软件对中心线及参数化整体驱动支持度不高，导致在建模过程中手段有限。而且公路行业非标准构件多，现有软件没有丰富的构件库，在建模初期绝大部分构件要自己构建，影响建模效率。要真正发挥BIM的特点，需要参数化构件与模块化组件的积累，形成可以供其他单位使用的企业级构件库，轻松实现整合模型和拆分模型。

5 结语

本文结合延崇高速公路工程建设中BIM的应用为例，结合公路工程项目特点，对BIM技术在公路工程建设过程中的应用进行较为系统阐述，BIM技术可应用于整个项目生命周期过程中，尤其在项目建设过程。通过各种技术手段对数据进行采集，建立高精度的BIM模型，实现对工程更加直观、细致、深入的了解，更加高效率、直观、便捷地了解工程细部特征属性，协同多个专业领域在同一平台进行整合，提前模拟项目建设过程中可能出现的异常情况，项目建设过程中同步相关数据，可实现BIM模型与工程建设同步推进，动态变化，与工程造价软件配合使用，可协助工程量管理，更好发挥了BIM模型在工程量计算及复核方面的实际价值。公路工程建设过程中，针对项目建设特点，深入研究应用BIM技术，可更好地发挥BIM的技术优势，实现公路工程更加优质、高效、安全、环保建设完成的目的。