龍波 彭欣

摘要：文章基于Bentley平臺(tái)，通過(guò)對(duì)公路項(xiàng)目的初期方案設(shè)計(jì)、深化設(shè)計(jì)及施工階段進(jìn)行BIM協(xié)同設(shè)計(jì)與施工管理應(yīng)用研究，利用BIM技術(shù)的綜合優(yōu)勢(shì)逐一解決公路項(xiàng)目中存在的工程難點(diǎn)問(wèn)題，形成了針對(duì)公路工程項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程BIM應(yīng)用實(shí)施的流程和方法，對(duì)于提升公路工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工建設(shè)水平具有重要的意義。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);協(xié)同設(shè)計(jì);施工管理

Based on the Bentley platform，and through the BIM collaborative design and construction management application study for the initial design，deepening design and construction stage of highway project，this article uses the comprehensive advantages of BIM technology to solve the engineering difficulties in highway project one by one，and forms the process and method for the BIM implementation and application in the construction process of highway engineering projects，which is of great significance for improving the design and construction level of technical highway engineering projects.

BIM technology;Collaborative design;Construction management

0 引言

公路交通作為交通運(yùn)輸系統(tǒng)的重要組成部分，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的命脈，對(duì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著重要的推動(dòng)作用。推動(dòng)公路的建設(shè)技術(shù)手段升級(jí)革新是發(fā)展現(xiàn)代公路交通的重要途徑。

BIM技術(shù)以建筑物的各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎(chǔ)，進(jìn)行建筑模型的建立，通過(guò)數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實(shí)信息[1]。BIM作為一種全新的理念，涉及到工程建設(shè)項(xiàng)目的全生命的各個(gè)周期。BIM技術(shù)在民用建筑領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛，但是針對(duì)于交通領(lǐng)域，BIM技術(shù)的應(yīng)用依舊遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于建筑領(lǐng)域。

本文以BIM設(shè)計(jì)施工一體化融合應(yīng)用為指導(dǎo)思想，研究BIM技術(shù)在公路項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中的應(yīng)用。

1 公路工程建設(shè)項(xiàng)目特點(diǎn)與難點(diǎn)

與其他工程項(xiàng)目相比，公路項(xiàng)目有著自己的特點(diǎn)與難點(diǎn)：

（1）項(xiàng)目跨區(qū)域大，綜合管理協(xié)調(diào)困難。項(xiàng)目規(guī)模通常較大，距離長(zhǎng)，涉及較多的地區(qū)敏感點(diǎn)和眾多地方管理部門(mén)。

（2）征地拆遷量大，項(xiàng)目沿線(xiàn)常常穿越多個(gè)規(guī)劃區(qū)及與地方道路、鐵路有交叉，溝通協(xié)調(diào)難度大。

（3）控制性工程技術(shù)條件復(fù)雜。公路工程項(xiàng)目中通常包含技術(shù)復(fù)雜的特大型橋梁及特長(zhǎng)隧道。

（4）項(xiàng)目沿線(xiàn)地質(zhì)和地貌環(huán)境復(fù)雜。

2 BIM組織及實(shí)施方案

2.1 應(yīng)用目標(biāo)

針對(duì)公路工程建設(shè)的特點(diǎn)，通過(guò)采用無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)、交通組織、虛擬建造等技術(shù)，結(jié)合BIM模型的三維可視化、三維方案快速設(shè)計(jì)與調(diào)整、動(dòng)態(tài)碰撞檢查等優(yōu)勢(shì)，逐一解決公路工程建設(shè)項(xiàng)目中存在的難點(diǎn)問(wèn)題。

2.2 軟硬件環(huán)境

結(jié)合不同BIM軟件平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)及公路工程建設(shè)的特點(diǎn)進(jìn)行綜合考慮，在公路項(xiàng)目中采用符合土木工程行業(yè)習(xí)慣特點(diǎn)的Bentley的軟件進(jìn)行BIM技術(shù)的應(yīng)用更為合適，如圖1所示。在方案設(shè)計(jì)階段，通過(guò)利用OpenRoads ConceptStation、PowerCivil、ContextCapture等軟件實(shí)現(xiàn)道路、建筑、橋梁等模型的快速設(shè)計(jì)。在深化設(shè)計(jì)階段，利用Bentley平臺(tái)的一系列專(zhuān)業(yè)軟件，如OpenBridge Modeler、ProStructures、OpenRoads Designer等，對(duì)道路橋進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。此外，在施工階段可自主研發(fā)基于BIM的項(xiàng)目管理系統(tǒng)。硬件方面則需配備多臺(tái)大內(nèi)存和高性能圖形顯卡的工作站、專(zhuān)用儲(chǔ)存設(shè)備以及航拍使用的無(wú)人機(jī)等。

2.3 實(shí)施方案與建模標(biāo)準(zhǔn)

利用BIM技術(shù)進(jìn)行模型創(chuàng)建時(shí)，宜根據(jù)公路工程建設(shè)項(xiàng)目各階段的應(yīng)用需求采用不同的模型精度標(biāo)準(zhǔn)，避免陷入“過(guò)度建?！钡恼`區(qū)。隨著工程項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程信息的積累和逐步深化，進(jìn)行從近似到精確的創(chuàng)建，減少不必要的細(xì)節(jié)，既能減輕設(shè)計(jì)師的工作量，同時(shí)也能提高軟件的運(yùn)行速度。遵循這一原則，在項(xiàng)目各階段可分別采用不同的精度進(jìn)行模型的創(chuàng)建和交付。

首先，在公路工程項(xiàng)目的方案設(shè)計(jì)階段可采用Bentley的OpenRoads ConceptStation軟件作為基礎(chǔ)平臺(tái)，并通過(guò)利用無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)生成三維實(shí)景模型重構(gòu)項(xiàng)目工程環(huán)境，同時(shí)結(jié)合PowerCivil、SketchUp等軟件建立起模型精度為L(zhǎng)OD100的道路、橋梁、隧道、服務(wù)區(qū)等構(gòu)筑物BIM模型，形成項(xiàng)目的真實(shí)三維場(chǎng)景展示，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目前期階段的快速概念設(shè)計(jì)。

勘察設(shè)計(jì)階段在項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上采用LOD200～LOD300的模型精度分別進(jìn)行詳細(xì)的BIM設(shè)計(jì)。主要是采用Bentley的MicroStation、OpenRoads Designer、ProStructures等專(zhuān)業(yè)軟件進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的精細(xì)化設(shè)計(jì)、工程量統(tǒng)計(jì)、二維出圖等。

設(shè)計(jì)完成后根據(jù)需要采用LOD300～LOD400的模型精度對(duì)重要的隧道、橋梁進(jìn)行施工階段的深化設(shè)計(jì)，并根據(jù)施工分部分項(xiàng)進(jìn)行EBS編碼分解，應(yīng)用到施工管理階段。

3 BIM在公路項(xiàng)目設(shè)計(jì)與施工中的綜合應(yīng)用

3.1 場(chǎng)地勘測(cè)的應(yīng)用

近些年來(lái)，傾斜攝影技術(shù)在工程領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。傾斜設(shè)計(jì)測(cè)量技術(shù)是利用飛行平臺(tái)搭載多個(gè)傳感器，分別從垂直、傾斜等角度獲取地面同一地物的不同影像[2]。在勘察階段，可采用無(wú)人機(jī)對(duì)項(xiàng)目沿線(xiàn)進(jìn)行航測(cè)，獲取高分辨率的影像資料，并通過(guò)ContextCapture軟件生成三維實(shí)景模型（如圖2所示），作為項(xiàng)目設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)資料。在創(chuàng)建實(shí)景模型的同時(shí)還可快速生成三維地形曲面，能夠解決傳統(tǒng)測(cè)繪采樣點(diǎn)不足的問(wèn)題，減少測(cè)繪成本。

3.2 方案階段的應(yīng)用

由于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)手段的局限性，經(jīng)常造成設(shè)計(jì)與業(yè)主的需求不匹配，相互溝通不暢的局面。通過(guò)基于BIM模型和實(shí)景模型構(gòu)建的真實(shí)三維場(chǎng)景進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，運(yùn)用可視化的方式，可向業(yè)主傳達(dá)真實(shí)的設(shè)計(jì)意圖。此外，通過(guò)BIM模型與三維實(shí)景模型結(jié)合（如圖3所示），為項(xiàng)目的選線(xiàn)、優(yōu)化及耕地的占用和建筑物的征拆提供科學(xué)的依據(jù)。

3.3 詳細(xì)設(shè)計(jì)應(yīng)用

在前期階段成果的基礎(chǔ)上可利用BIM技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。對(duì)于道路，可利用自定義橫斷面模板進(jìn)行快速設(shè)計(jì)，并分類(lèi)統(tǒng)計(jì)工程量。同時(shí)，可通過(guò)建立上、下部結(jié)構(gòu)參數(shù)化構(gòu)件庫(kù)，調(diào)整參數(shù)來(lái)適應(yīng)不同的跨徑、橋位，實(shí)現(xiàn)對(duì)常規(guī)橋梁的快速設(shè)計(jì)，從而提高設(shè)計(jì)效率。

此外，可利用MicroStation、ProStructures等專(zhuān)業(yè)軟件對(duì)復(fù)雜的特大型橋梁進(jìn)行精細(xì)化BIM設(shè)計(jì)，解決傳統(tǒng)手段對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)表達(dá)不清的問(wèn)題。并且通過(guò)三維參數(shù)化模型單元將傳統(tǒng)用表格形式表達(dá)的斜拉橋索塔鋼錨梁、斜拉索錨拉板、錨具等結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)體化，通過(guò)BIM技術(shù)的三維可視化優(yōu)勢(shì)可以直觀便捷地檢查設(shè)置的參數(shù)是否正確，確定索塔鋼錨梁、斜拉索錨拉板等構(gòu)件的尺寸、空間位置關(guān)系是否存在矛盾及沖突的情況，減少或避免施工過(guò)程中產(chǎn)生的變更。

利用專(zhuān)業(yè)的鋼結(jié)構(gòu)軟件Prosteel，可對(duì)特大型橋梁的鋼混組合梁進(jìn)行詳細(xì)的BIM設(shè)計(jì)。通過(guò)利用軟件的自動(dòng)算量、詳圖功能實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的工程量的快速統(tǒng)計(jì)和二維出圖。

高速公路服務(wù)區(qū)作為交通形象的窗口，展示某地區(qū)高速公路建設(shè)水平的高低，其重要作用不亞于高速公路其他任何一個(gè)組成部分。高速公路服務(wù)區(qū)景觀規(guī)劃和設(shè)計(jì)必須強(qiáng)調(diào)與周邊生態(tài)、自然、人文、經(jīng)濟(jì)環(huán)境的相互協(xié)調(diào)[3]。對(duì)于高速公路服務(wù)區(qū)的設(shè)計(jì)，可利用BIM技術(shù)進(jìn)行場(chǎng)地布置與總體方案優(yōu)化。此外，基于BIM模型，可對(duì)服務(wù)區(qū)進(jìn)行云渲染，分析不同時(shí)間段的光照強(qiáng)度效果，以使建筑物與周邊環(huán)境達(dá)到和諧統(tǒng)一（見(jiàn)圖4）。

3.4 基于BIM的施工全過(guò)程管理應(yīng)用

基于BIM的設(shè)計(jì)成果，針對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)，如特大型橋梁、隧道、服務(wù)區(qū)等，可實(shí)現(xiàn)三維可視化技術(shù)交底，使施工人員更好地理解設(shè)計(jì)意圖，確保施工質(zhì)量，減少不必要的返工（見(jiàn)圖5）。

研發(fā)基于BIM的項(xiàng)目施工管理系統(tǒng)，將BIM技術(shù)與施工過(guò)程進(jìn)行系統(tǒng)性結(jié)合，可對(duì)公路工程項(xiàng)目進(jìn)行精細(xì)化管理。在數(shù)字資料管理方面，可實(shí)現(xiàn)技術(shù)文檔、設(shè)計(jì)圖紙、技術(shù)方案等材料與BIM模型的關(guān)聯(lián)，便于施工技術(shù)員查找相關(guān)資料，實(shí)現(xiàn)施工過(guò)程的資料記錄、查詢(xún)和追溯。在施工工序與進(jìn)度控制方面，通過(guò)將工序控制與施工進(jìn)度相關(guān)聯(lián)，并與BIM施工模型相掛接，可實(shí)時(shí)反映項(xiàng)目實(shí)際進(jìn)度，通過(guò)與項(xiàng)目的計(jì)劃進(jìn)度相對(duì)比，可隨時(shí)直觀地了解項(xiàng)目的進(jìn)度動(dòng)態(tài)，便于管理人員有針對(duì)地進(jìn)行調(diào)整，加強(qiáng)對(duì)項(xiàng)目的管控，確保項(xiàng)目能夠按照既定的目標(biāo)進(jìn)行。在安全質(zhì)量管理方面，通過(guò)手機(jī)終端將現(xiàn)場(chǎng)的質(zhì)量、安全問(wèn)題以圖片、視頻、文字等數(shù)據(jù)信息的形式利用云技術(shù)與BIM模型相關(guān)聯(lián)，推送給相關(guān)責(zé)任人進(jìn)行整改，并以標(biāo)簽圖片的形式在BIM模型端展現(xiàn)實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)處理情況，協(xié)助管理人員對(duì)質(zhì)量、安全問(wèn)題進(jìn)行直觀管理，實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目的安全、質(zhì)量問(wèn)題處理過(guò)程留痕。

4 應(yīng)用特點(diǎn)總結(jié)

（1）基于BIM與實(shí)景模型的真實(shí)三維場(chǎng)景的方案策劃與場(chǎng)地分析

通過(guò)無(wú)人機(jī)航拍和三維實(shí)景建模相結(jié)合，如圖6所示，建立實(shí)景模型并集成到核心BIM平臺(tái)進(jìn)行分析研究，為公路項(xiàng)目的方案設(shè)計(jì)和場(chǎng)地布置提供科學(xué)的依據(jù)。

（2）跨平臺(tái)與終端的多源數(shù)據(jù)融合和共享

通過(guò)將BIM模型建立在同一個(gè)服務(wù)器中，可以在網(wǎng)頁(yè)端、PC端、移動(dòng)終端同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)同一個(gè)模型，實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)和跨終端的多源數(shù)據(jù)融合和共享（見(jiàn)圖7）。

（3）設(shè)計(jì)施工一體化融合應(yīng)用

利用BIM技術(shù)進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，在滿(mǎn)足傳統(tǒng)交付成果的同時(shí)，還可根據(jù)施工需求按照分部分項(xiàng)對(duì)設(shè)計(jì)的BIM模型進(jìn)行EBS編碼拆分，并上傳到施工管理平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)施工之間數(shù)據(jù)的無(wú)縫銜接。從設(shè)計(jì)源頭進(jìn)行BIM總體應(yīng)用規(guī)劃，基于同一數(shù)據(jù)源進(jìn)行項(xiàng)目的BIM實(shí)施，避免以往單階段或局部BIM應(yīng)用的局限性（見(jiàn)圖8）。

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)在公路工程項(xiàng)目初期的方案設(shè)計(jì)、深化設(shè)計(jì)及施工階段開(kāi)展BIM協(xié)同設(shè)計(jì)與施工管理應(yīng)用研究，解決了公路工程項(xiàng)目中存在的規(guī)模和空間距離大、征地拆遷量大、沿線(xiàn)地質(zhì)地理環(huán)境復(fù)雜等難點(diǎn)問(wèn)題，形成了一套針對(duì)公路工程項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程BIM應(yīng)用實(shí)施的流程與方法。

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