文｜龍波

（作者單位：廣西交通設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司）

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和時(shí)代的進(jìn)步，公路交通作為交通運(yùn)輸系統(tǒng)的重要組成部分，是我國國民經(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)公路建設(shè)手段的升級(jí)革新是發(fā)展現(xiàn)代公路交通的重要途徑。

利用信息技術(shù)解決項(xiàng)目難點(diǎn)特點(diǎn)

與其他工程項(xiàng)目相比，公路建設(shè)項(xiàng)目有著自己的特點(diǎn)與難點(diǎn)。一是項(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，涉及較多的地區(qū)敏感點(diǎn)和眾多地方管理部門。在方案階段需要考慮的自然環(huán)境與地方人文控制因素眾多，從而給方案擬定與比選帶來了較大的困難。二是項(xiàng)目沿線地質(zhì)和地貌環(huán)境復(fù)雜。三是征地拆遷量大，項(xiàng)目沿線常常穿越多個(gè)規(guī)劃區(qū)及與地方道路、鐵路的交叉，溝通協(xié)調(diào)難度大。四是控制性工程技術(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隧道。

針對(duì)公路工程項(xiàng)目建設(shè)的特點(diǎn)，通過應(yīng)用無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量、交通組織仿真分析等技術(shù)，并結(jié)合BIM模型的可視化、三維方案快速設(shè)計(jì)與調(diào)整、設(shè)計(jì)優(yōu)化、動(dòng)態(tài)碰撞檢查等優(yōu)點(diǎn)，逐一解決公路工程項(xiàng)目中存在的規(guī)模和空間距離大、征地拆遷量大、沿線地質(zhì)地理環(huán)境復(fù)雜等難點(diǎn)問題。

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)用需求采用不同模型精度標(biāo)準(zhǔn)，避免陷入“過度建?！钡恼`區(qū)。隨著項(xiàng)目建設(shè)過程信息積累和逐步深化的角度，從宏觀到微觀、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。

精準(zhǔn)傳遞設(shè)計(jì)意圖 快速調(diào)整優(yōu)化方案

圖1 三維實(shí)景模型

圖2 基于三維地質(zhì)的特大型橋梁設(shè)計(jì)

圖3 基于三維實(shí)景的方案評(píng)估

近些年來，傾斜攝影技術(shù)在工程領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。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。然后再通過專業(yè)的軟件對(duì)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而對(duì)地面場(chǎng)景進(jìn)行重構(gòu)。在項(xiàng)目的勘察階段，可通過采用無人機(jī)對(duì)高速公路沿線進(jìn)行航拍，獲取高分辨率正攝影像，并通過ContextCapture軟件生成三維實(shí)景模型，如圖1所示，作為公路項(xiàng)目BIM設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。在創(chuàng)建三維實(shí)景模型的同時(shí)還可以快速地創(chuàng)建三維地形曲面，能夠解決傳統(tǒng)測(cè)繪采樣點(diǎn)不足的問題，同時(shí)減少測(cè)繪成本。

此外，對(duì)重要的控制節(jié)點(diǎn)及復(fù)雜地質(zhì)路段建立起三維地質(zhì)模型，通過利用三維地質(zhì)模型對(duì)橋梁基礎(chǔ)、隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，如圖2所示。同時(shí)還可以通過對(duì)高邊坡建立三維網(wǎng)格模型，并將其導(dǎo)入到有限元分析軟件中進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力分析以及邊坡變形分析，為設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確、全面的基礎(chǔ)資料。

以往在前期階段由于工程項(xiàng)目的基礎(chǔ)資料缺乏和二維圖紙表達(dá)手段的局限性，經(jīng)常造成設(shè)計(jì)方案不能滿足需求、方案調(diào)整不及時(shí)以及與業(yè)主之間溝通不暢的局面?，F(xiàn)在，可通過利用基于BIM技術(shù)和三維實(shí)景模型構(gòu)建的工程項(xiàng)目三維大場(chǎng)景進(jìn)行快速的方案設(shè)計(jì)，通過可視化模型，向決策者傳達(dá)不同方案設(shè)計(jì)意圖，便于直觀地進(jìn)行方案比選。同時(shí)，基于BIM技術(shù)的參數(shù)化建模功能，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)方案的快速調(diào)整與優(yōu)化。此外，通過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、優(yōu)化，耕地的占用和建筑物的征拆提供科學(xué)的依據(jù)。

提高設(shè)計(jì)效率 減少設(shè)計(jì)變更

在深化設(shè)計(jì)階段，基于前期階段的成果可利用BIM技術(shù)對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)?？赏ㄟ^建立起道路橫斷面模板快速建立起道路、高大邊坡，實(shí)現(xiàn)多級(jí)邊坡并自動(dòng)分類統(tǒng)計(jì)工程量。對(duì)于常規(guī)橋梁，建立了上部與下部結(jié)構(gòu)參數(shù)化族庫，可通過調(diào)整不同的參數(shù)來適應(yīng)不同的跨徑和橋位情況，從而提高設(shè)計(jì)效率。

對(duì)于公路項(xiàng)目中技術(shù)復(fù)雜的特大型橋梁，可利用MicroStation、ProStructures建立精細(xì)化設(shè)計(jì)BIM模型，解決傳統(tǒng)二維圖紙對(duì)復(fù)雜異型結(jié)構(gòu)表達(dá)不清的問題。同時(shí)可利用三維參數(shù)化模型單元將以往用參數(shù)化表格形式表達(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BIM技術(shù)的三維可視化優(yōu)勢(shì)可以直觀地檢查參數(shù)是否正確，確定索塔鋼錨梁、斜拉索錨拉板等構(gòu)件尺寸、空間位置關(guān)系是否存在矛盾及沖突情況，減少或避免施工過程中產(chǎn)生的設(shè)計(jì)變更。

通過利用專業(yè)鋼結(jié)構(gòu)軟件Prosteel還可對(duì)特大型橋梁的鋼混組合梁進(jìn)行詳細(xì)的BIM設(shè)計(jì)。通過利用軟件的自動(dòng)算量、詳圖功能實(shí)現(xiàn)快速統(tǒng)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)的工程量和二維出圖。鋼混組合梁BIM模型建成之后，通過數(shù)據(jù)導(dǎo)出還可以進(jìn)行三維數(shù)值模擬，實(shí)時(shí)查看組合梁的受力模型，指導(dǎo)設(shè)計(jì)與施工。

圖4 服務(wù)區(qū)BIM模型渲染

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，其重要性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)。在高速公路項(xiàng)目中，通過BIM技術(shù)的運(yùn)用，對(duì)服務(wù)區(qū)的場(chǎng)地布置、總體方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并基于服務(wù)區(qū)BIM模型進(jìn)行云渲染，分析不同時(shí)段建筑物的光照強(qiáng)度，以達(dá)到服務(wù)區(qū)與周邊自然環(huán)境和諧統(tǒng)一的目的。

確保施工質(zhì)量 實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理

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，使施工人員更好的理解設(shè)計(jì)意圖，確保施工質(zhì)量，減少不必要的返工。

基于BIM的項(xiàng)目施工管理系統(tǒng)，如圖5所示，將BIM技術(shù)與施工過程進(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)，便于施工人員查找相關(guān)資料，實(shí)現(xiàn)施工全過程的資料記錄、查詢和追溯。在工序控制方面，在施工過程中通過將工序控制要點(diǎn)與BIM模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)具體工程部位卡控過程留痕，保障責(zé)任落實(shí)到個(gè)人，從而實(shí)現(xiàn)在施工源頭開始控制工程質(zhì)量。在安全質(zhì)量管理方面，通過手機(jī)終端將現(xiàn)場(chǎng)的質(zhì)量、安全問題以圖片、視頻、文字等數(shù)據(jù)信息形式利用云技術(shù)與BIM模型相關(guān)聯(lián)，并推送給相關(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、安全問題進(jìn)行直觀管理，實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目的安全、質(zhì)量問題過程留痕。在進(jìn)度管理方面，通過將項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃與BIM模型關(guān)聯(lián)，可對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行施工進(jìn)度預(yù)演，能夠輔助計(jì)劃的合理編制和復(fù)核。

圖5 基于BIM的項(xiàng)目施工管理系統(tǒng)

一體化應(yīng)用 提升項(xiàng)目設(shè)計(jì)和施工建設(shè)水平

在公路工程項(xiàng)目中通過BIM技術(shù)、三維實(shí)景及GIS的聯(lián)合應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)高速公路長距離的大場(chǎng)景展示以及項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案的快速展示及優(yōu)化，解決了高速公路因規(guī)模范圍大、沿線地質(zhì)地理復(fù)雜等條件造成的項(xiàng)目難點(diǎn)問題。利用BIM模型的快速調(diào)整能力及三維實(shí)景真實(shí)重構(gòu)項(xiàng)目環(huán)境的優(yōu)勢(shì)，對(duì)項(xiàng)目的樞紐節(jié)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，解決項(xiàng)目征地拆遷大、協(xié)調(diào)溝通困難等問題。如廣西荔玉高速中的平南西互通項(xiàng)目，根據(jù)該項(xiàng)目的需求，方案設(shè)計(jì)階段分別提出了半定向變形苜蓿葉互通和全苜蓿葉互通兩個(gè)對(duì)比方案，如圖6所示。通過利用無人機(jī)測(cè)量，獲取真實(shí)的項(xiàng)目環(huán)境信息，利用BIM軟件分別建立起項(xiàng)目周邊的高清正攝影像和三維實(shí)景模型，并利用BIM模型的三維可視化特點(diǎn)進(jìn)行不同方案的多維比較分析。最終結(jié)合征地、拆遷和流量分析等因素綜合考慮，選擇用地和拆遷最少的半定向變形苜蓿葉互通方案，即方案一。

圖6 互通方案比選

對(duì)于公路工程中的特大型橋梁，由于技術(shù)復(fù)雜，涉及的施工工藝繁多而且復(fù)雜，危險(xiǎn)系數(shù)高、施工難度大。傳統(tǒng)的施工方案及技術(shù)交底方式存在著較大的局限性，施工人員對(duì)工藝的控制要點(diǎn)、危險(xiǎn)源等存在盲區(qū)，稍不注意就會(huì)發(fā)生重大的安全事故，造成工期的延誤及生命財(cái)產(chǎn)的損失。平南相思洲大橋?yàn)閺V西在建最大跨徑斜拉橋，主跨450m，橋梁全長1668米，在該項(xiàng)目中通過利用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)生成施工現(xiàn)場(chǎng)的三維實(shí)景模型，通過在三維實(shí)景真實(shí)重構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境中對(duì)特大型橋梁的施工工藝進(jìn)行三維動(dòng)態(tài)仿真模擬，并考慮各種不利的因素，對(duì)施工方案進(jìn)行前置分析并進(jìn)行優(yōu)化，解決特大型橋梁施工難度大、危險(xiǎn)系數(shù)高等問題，如圖7所示。同時(shí)通過利用BIM模型的可視化優(yōu)勢(shì)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工人員進(jìn)行多維度的技術(shù)交底，加速各方對(duì)施工工藝的理解，規(guī)避不必要的風(fēng)險(xiǎn)，提高施工質(zhì)量和效率。

通過在公路工程項(xiàng)目的勘察設(shè)計(jì)、施工等階段利用BIM技術(shù)開展設(shè)計(jì)優(yōu)化、可視化分析、協(xié)同設(shè)計(jì)、施工管理等研究，逐一解決公路項(xiàng)目中存在的難點(diǎn)問題，實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)在公路項(xiàng)目設(shè)計(jì)施工中的一體化應(yīng)用，提升公路項(xiàng)目設(shè)計(jì)和施工建設(shè)水平。

數(shù)據(jù)共享 融合應(yīng)用

BIM與GIS結(jié)合實(shí)現(xiàn)大場(chǎng)景方案策劃和場(chǎng)地分析。通過采用無人機(jī)航拍和三維實(shí)景建模相結(jié)合，如圖8所示，建立實(shí)景模型并集成到核心BIM平臺(tái)來進(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)。

圖7 平南相思洲大橋主橋施工BIM模型

圖8 公路項(xiàng)目大場(chǎng)景方案策劃和場(chǎng)地分析

跨平臺(tái)與終端的多源數(shù)據(jù)融合和共享?；谕粋€(gè)云數(shù)據(jù)庫，以BIM模型為基礎(chǔ)，用輕量化數(shù)據(jù)方式關(guān)聯(lián)工程結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、構(gòu)件對(duì)象屬性參數(shù)、施工組織計(jì)劃、施工現(xiàn)場(chǎng)的進(jìn)度員、設(shè)計(jì)文檔、施工日志、檢查記錄、施工工法屬性等多源數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)的融合和共享?；谙冗M(jìn)成熟的數(shù)據(jù)架構(gòu)方式，通過多個(gè)終端管理平臺(tái)直接對(duì)BIM模型關(guān)聯(lián)的所有屬性進(jìn)行管理、檢索、修改，并進(jìn)行文檔的版本控制。通過對(duì)這些結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的匯總，進(jìn)行統(tǒng)一的管理，并提供人性化、易于上手的信息查詢方式，提高施工管理能力。

設(shè)計(jì)施工一體化融合應(yīng)用。設(shè)計(jì)階段可將BIM三維設(shè)計(jì)成果轉(zhuǎn)換成二維圖紙，同時(shí)，根據(jù)項(xiàng)目EBS編碼將設(shè)計(jì)BIM模型按照施工習(xí)慣拆分并上傳到施工管理平臺(tái)數(shù)據(jù)庫中，將設(shè)計(jì)成果有效地向施工階段傳遞，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)施工之間數(shù)據(jù)的高效轉(zhuǎn)換。從設(shè)計(jì)源頭規(guī)劃BIM總體應(yīng)用，基于“一個(gè)數(shù)據(jù)源、一個(gè)模型”進(jìn)行工程項(xiàng)目的BIM實(shí)施應(yīng)用，避免以往項(xiàng)目單個(gè)階段或者局部BIM技術(shù)實(shí)施的局限性。

基于BIM的施工信息化管理。利用Bentley平臺(tái)的開放性，基于MicroStation定制開發(fā)項(xiàng)目電子沙盤系統(tǒng)，并通過編碼關(guān)聯(lián)賦予工程屬性，進(jìn)行三維工程內(nèi)容管理；通過ContextCapture生成3D Tiles實(shí)景模型，并結(jié)合開發(fā)的Web GIS實(shí)現(xiàn)輕量化網(wǎng)頁實(shí)景和模型信息瀏覽和共享，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目多參與方的BIM 5D施工管理。

通過BIM技術(shù)在公路項(xiàng)目的成功應(yīng)用，對(duì)于提升的公路項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工建設(shè)水平具有重要的作用，同時(shí)為后續(xù)實(shí)現(xiàn)公路數(shù)字化資產(chǎn)管理和養(yǎng)護(hù)決策奠定基礎(chǔ)。