BIM技术在改扩建公路工程的应用与研究

万磊、邹林、王谊

（中国建筑土木建设有限公司，北京 100067）

0 引言

要想提高公路工程的实施效果，就需要全面提升在设计阶段BIM 等工程技术应用项目的高效性、自动性和全面性。在实际设计活动中，由于存在着不少BIM 技术难题，因此工程设计机构需要在保证高速公路工程总体稳定与安全性的前提下，完善施工效益。在设计实践中需要实现工程理论和实际紧密结合，进一步提高对BIM 技术应用的控制能力，从而整体提高公路工程的效益与应用能力。

1 BIM 技术的概念

BIM 技术创建于20世纪70年代，其技术被认定是建造工程全生命周期中的模型被整合在一个模块中，这个模块包括关于施工进度以及工程状态等的数据。BIM 是一种大规模数据库系统，其中包括关于建筑材料的全部数据，它可用来处理整个工程生命周期内的各种数据。以往的施工项目采取图纸方式，通过对图纸数据进行计算以实现管理，很难和特定的工程尺寸形成直接的联系。BIM 作为一种综合技术，利用数据的元素模拟房屋的构造并揭示房屋构件的主要物理特征。在BIM 技术的帮助下，可以通过建立3D 模型来进行对实际建设项目的3D 显示，同时通过对成品建筑进行预模拟来完善产品设计过程。该建筑以非可视化的2D 平面结构图为基础，因此在3D 空间中，人们很容易忽视建筑物的主要特点，从而降低工程设计精度以及后期的及时性。

2 公路工程设计阶段BIM 技术应用的重要性

公路工程设计阶段BIM 的应用必须贯彻到位，完善的三维数据模型也需要应用到公路工程控制和管理的流程中。唯有在三维数据模型应用中进一步完善BIM 技术，才能真正提升公路工程数据处理和分析的技术性、科学性。在现阶段，公路工程设计阶段BIM 技术应用已经具有越来越明显的安全性和越来越强烈的实用性，这同时也是为了提高工程设计效率、管理效果和满足施工质量的需要。在公路工程设计阶段中需要全面考量工程施工过程对设计执行结果的影响。

另外，根据施工的规范和特点，在现阶段需要更加注重构建施工管理综合模型。在当前实施城镇化的过程中，公路工程数据模型构建的自动度、高效性是十分关键的，是进一步提升城镇化管理水平和运营能力的关键方面，为维护城镇化的安全运行，还需要强化与高速公路建设信息分析等环节的数据共享，更加注重整体建模、工程分析的技术要求，以达到在高速公路设计阶段BIM 信息技术应用的最好效果。只有充分把控模型制作的实际情况和性能需求，才能不断推进设计阶段BIM 技术应用的功能发挥，实现更加良好的效益。

3 公路工程设计阶段BIM 技术应用中存在的问题

3.1 设计阶段BIM 技术应用的效果不足

设计阶段BIM 技术应用中对于各方面因素的考虑不够到位，设计人员往往忽略了某一个方面的影响，只是依据要求来计算数据，而忽视了现实中的种种客观条件，如自然条件、地理环境、交通状况等。公路工程设计中的结构设计、材料审核与选择、工程运营维护方面也考虑得不够全面，导致公路工程承载能力不足，整体性能和使用质量降低。因为在现阶段对公路工程建设中BIM 技术应用工作的关注度还不够，使得BIM 技术应用成效不足，与此同时在公路工程模型建设之前的家族库建设、施工数据计算并未形成相应的效率和效益，使得建模制作效果不够，也无法保证工程的平稳与安全。所以，在实践过程中缺少对设计阶段BIM 技术使用的关注度，一方面破坏了工程设计经济效益和实际应用功能，另一方面在设计阶段的BIM 技术使用过程中加大了不必要的资源和能源消耗。

3.2 公路工程设计的能力和水平偏低

设计阶段BIM 的使用能力欠缺也是造成施工性能问题的最主要因素。在设计阶段，部分工程设计技术人员由于自己技术能力和工程设计水平的局限，在设计工作中未能清楚地标示设计文件，对桥梁的受力方式和受力部位也无法清晰形象地表达，从而造成公路工程部分构件的受力集中，受力分析不科学，整体承载能力降低。BIM 的应用设计中需要考虑工程人员素质和技术能力，以此为基础确定出正确、合理的工程量估算策略与方法。设计人员在工程实践中没有做出进一步完善的方案，导致公路工程数据模型构建措施未能发挥出应有的效果。另一主要原因是公路工程族库建设时在信息分析工作中出现了缺陷，如数据分析技术不能满足国家相关规定与规范，在进行建设的整体模拟过程中也无法达到对三维数据模型的需求，从而大大降低了在设计阶段对BIM 技术应用的力度。

4 BIM 方法在公路改扩建工程不同时期的应用

4.1 设计阶段

BIM 道路设计是一个综合型的信息系统设计，融合了土木建筑工程和通信安全等方面的知识，它们由多个学科设计者的研究和结果所集成。由于公路建设项目的复杂性以及跨学科的设计概念和蓝图之间往往彼此矛盾，因此造成建设项目返工速度较慢，项目建造时间也更长。BIM 技术可用来解释在不同学科建设项目中的竞争，从而优化工程项目设计质量，减少土地所有者的建造成本。随着项目的逐步实施，相关部门将不断改革创新，关于该项目的资讯也将逐步增多。

4.2 合理设计施工方案

在原来的工程设计阶段，由于各个技术工程的技术人员相互之间无法实现高效的互动和交流，因此非常容易产生设计方案的变更、后期返工等情况。而通过应用BIM 技术能够清楚显示工程设计方案，从而便于在各个专业工程技术人员之间做出合理调度，并迅速解决出现的情况，具体应用方法如下。由于通过应用BIM 技术能够直接向项目管理技术人员展示工程施工方案，从而可以使他们直观清楚地看到整个高速公路的施工流程，并充分理解不同工期时点与工期过程间存在的时间交错问题，从而使整个公路工程建设的质量大幅度改善，而且也能够使整个工程建设方案的质量稳定性获得良好保证。通过在公路建筑施工过程中应用BIM 技术，可以搞好对建设施工现场的勘察工程，从而减少建设施工现场中引起重大安全事故的概率，使建筑施工安全状况得以大幅度改善。在公路的建筑施工过程中必须保证模板设置正确，焊接严密，不得发生渗漏的现象。

4.3 数据信息化

为了在道路施工中应用BIM 技术，工作人员需要将相应的数据和要求导入计算机设备，并建立相应的施工模式，以便达到数据信息化要求。到目前为止，和土木工程有关的主要工作是将各种数据以图纸的方式展示，或以纸质方式提供给使用者。尤其是在近年来，人们利用BIM 技术为建筑设计者制作3D 模型创造条件，而建筑设计模型也随着建筑设计的多样化和复杂化，对设计者的需求也日益提高。而与此同时，建筑设计者又面对着严峻考验。利用BIM 设计技术能够获取大量和可视化排水的建筑设计模型信息和资料，为顺利进行建筑设计工作提供了良好的依据。

4.4 智能工程

BIM 技术在高速改扩建工程中的应用，完全说明了建造项目正朝着高度智能的方向发展。而采用BIM 技术施工高速公路将扩大智能信息技术的应用范围，可在工程实施过程中对施工动态信息进行连续管理，由此也可以大大提高项目的施工效率。另外，通过视觉建筑模拟手段，BIM 技术能够进一步优化建筑方案。利用BIM 技术，能够促进高速公路建设项目的多元化并最大限度地增加项目利润。

4.5 资源共享

和以前的建设工作一样，建设企业的各个部分都必须彼此协作，不过大多数企业当前的建设部分还是单一的，相互之间缺乏交流与互动。通过采用BIM 信息技术，能够达到共享设计信息资料的目标，并且技术人员能够利用相关信息系统作为支撑，进而显著提高施工管理水平。同样，使用BIM 信息技术能够提高部门间的协同，从而减少建筑施工中的差错。另外，BIM 信息技术还能够在高速公路施工期间使用，以更加丰富数据。

5 提高路桥工程设计阶段BIM 技术应用水平的策略

5.1 在设计阶段应用BIM 技术自动计算工程量

路桥项目建设时需要在设计阶段使用BIM 的自动测算工程量，因为包含的各种施工数据都比较复杂，信息量相当大，信息处理和分析操作都相当困难，所以采用BIM 的模型数据库存放大量信息，并且利用电脑实现高效率读取。BIM 数据库还能够进行工程量的自动分类与测算，在这个过程中大大减少因人工运算而出现的故障现象。路桥设计变更以后，BIM 技术自动测算的工作量也相应变更，从而保证工程量数据的准确性和科学性。

另外，利用BIM 设计的关系数据库，能够形成路桥建筑三维数据模型，其信息模块可以集成各种信息，包含构件图块、模板、视图的各种图元，且各种图元之间彼此关联。通过使用BIM 的基础软件构建的数据库，能够准确高效地获得实物数据。此外，工作人员利用数据库接口也能够获得实物数据。设计人员应当加强数据模型构建的模型制作，数据模型构建内容具备复杂性，应不断优化模型制作手段，将设计阶段BIM 技术应用落实到位，督促设计单位严格按照规范进行设计，按照工程管理的要求制作模型。此外，在设计阶段BIM 技术应用过程中应紧紧把控族库建设与数据计算的效果，将成本控制与工序管理落实到细节之处。按照设计要求来落实设计阶段BIM 技术应用，实现更加合理、协调的工程量计算措施，必须加强路桥工程整体模型的信息共享和工程量数据分析，实现路桥工程设计阶段BIM 技术应用的高质量进行。

5.2 创新协同化的工作模式和工程管理模式

BIM 技术在设计阶段的应用可以完善路桥建设基本标准，应用协同化的工作模式来充分提升路桥设计的质量，设计人员通过选取技术水准高的BIM 技术软件，统一插件与接口输出形式，可以实现设计标准的统一，充分实现设计人员的工作需求。此外，通过创新协同化的工作模式和施工管理机制，施工人员能够合理调配施工整体模式，从而达到更为优秀的施工效益，并充分发挥在设计阶段BIM 信息技术应用工作的有效性，以更规范的设计要求和标准来提高施工运营管理的效益与功能。关于项目施工过程中必须落实的前期数据准备工作，通过深入研究数据系统，在保证工程总体平稳与安全的基础上，逐步完成关于工程数据模型的建设质量和施工效益。

6 结语

工程项目通过应用BIM 技术实现了现场布局及优化，大大减少了场布土地面积和临水临电管理费，同时充分发挥了已有资源，有效降低了前期投资。把原来独立建设的水泥拌制站、沥青拌和站、水稳拌制站统一规划到某个体系中，共用同一组筛分体系、同一套管理体系，因此大大减少了土地使用面积，降低了场站建设管理费用。应用BIM 技术危险建筑可视化方案分析，结果更加直观、精准，有效保障了施工安全并提升了建筑品质，节省了工程时间。同时，应用BIM 技术全面分析辅助方案的设计论证，有效地加强了方案设计论证效果。