張曉鵬

摘 要：隨著交通運輸業(yè)地位的日益凸顯，我國公路工程規(guī)模不斷擴大。公路工程設計是影響公路工程質量的重要環(huán)節(jié)，而建筑信息模型（BIM）是優(yōu)化公路工程設計的新工具。隨著信息技術的飛速發(fā)展，BIM技術在公路工程設計中的應用越來越廣泛，有助于提高工程質量。因此，本文首先論述了BIM技術特點，然后分析了我國公路工程設計中的BIM技術應用現(xiàn)狀，最后提出公路工程中的BIM技術應用要點，以期提高我國公路工程質量，保障公路運輸安全。

關鍵詞：BIM技術;公路工程設計;質量;運輸安全

中圖分類號：U412文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）35-0119-03

Abstract： With the increasingly prominent status of the transportation industry， the scale of China's highway projects continues to expand. Highway engineering design is an important link that affects the quality of highway engineering， and building information modeling （BIM） is a new tool to optimize highway engineering design. With the rapid development of information technology， BIM technology is more and more widely used in highway engineering design， which helps improve the quality of engineering. Therefore， this paper first discussed the characteristics of BIM technology， and then analyzed the application status of BIM technology in China's highway engineering design， and finally put forward the key points of BIM technology application in highway engineering， in order to improve the quality of China's highway engineering and ensure the safety of highway transportation.

Keywords： BIM technology;highway engineering design;quality;transportation safety

信息時代，信息技術逐漸影響公路工程設計，而充分利用先進信息技術，能夠有效提高公路工程設計的科學性、準確性與可行性，保障公路工程順利施工。近年來，我國大力開展公路工程，但是影響公路工程設計水平的因素較多，設計質量要求高。因此，公路工程設計要合理利用BIM技術，降低各種不確定因素的影響，不斷修改與完善方案，保證方案質量。

1 BIM技術的概念及特點

1.1 概念

BIM技術通常指的是建筑信息模型，設計人員通過多種方式獲取工程數(shù)據(jù)信息，然后結合工程項目實際條件，建立具有相關真實信息的模型。最早運用BIM技術的是建筑工程，隨著BIM技術在建筑工程中的作用越來越明顯，其逐漸推廣并應用于其他領域。BIM技術以真實、有效的數(shù)據(jù)信息為基礎，因此數(shù)據(jù)信息收集是否準確是影響B(tài)IM技術應用效果的關鍵因素。

1.2 特點

目前，BIM技術在公路工程中的應用仍處于探索階段。人們要研究BIM技術特點，優(yōu)化BIM技術的相關軟件應用，為我國公路工程科學、可靠的設計提供技術支持，加快我國公路建設進度。從整體來看，BIM技術具有可視性、協(xié)同性、準確性和模擬性。

1.2.1 可視性。BIM技術具有可視性，能夠實現(xiàn)工程周邊環(huán)境狀況和公路路面路基設計的可視化展現(xiàn)，清晰地呈現(xiàn)公路工程的三維情況和立體模型，將公路工程施工各環(huán)節(jié)展示出來。三維模型的呈現(xiàn)能夠讓設計人員在立體模型中尋找設計靈感。

1.2.2 協(xié)同性。公路工程設計涉及的環(huán)節(jié)眾多，需要各部門加強溝通，尤其是設計單位、施工單位之間的溝通與交流。BIM具有協(xié)同作用，能夠提供協(xié)同服務，為相關單位提供信息，使信息得到共享，使工程相關的各個主體準確表達需求，減少因溝通不暢造成的失誤，有效節(jié)約設計成本，避免設計人員為了得到數(shù)據(jù)信息而重復工作，提高設計方案的實效性[1]。

1.2.3 準確性。BIM技術利用獲取的數(shù)據(jù)作為參數(shù)，直觀地展示公路工程三維立體模型。通過大數(shù)據(jù)分析，設計人員可以快速計算出工程現(xiàn)有曲面及設計曲面之間的土方量，并生成土方調配表，確定工程挖填量、土方堆放位置及移動方向等數(shù)據(jù)，進而明確工程材料需求量。各項數(shù)據(jù)信息的精準計算減少了工程施工的誤差率。

1.2.4 模擬性。不同于其他技術，BIM技術能夠實現(xiàn)可視化模擬。設計人員可以利用計算機技術的分析能力和篩選能力，有效獲取相關參數(shù)，并建立公路工程三維立體模型，優(yōu)化設計方案。在公路工程中，設計人員運用BIM技術，能夠快速確定公路的坡度、線型、交互式平面交叉路口模型等，由于施工圖和標注始終處于最新狀態(tài)，設計人員可以集中精力優(yōu)化設計。

2 我國公路工程設計中BIM技術的應用現(xiàn)狀

在我國，BIM技術已經(jīng)應用于建筑、港口等行業(yè)。目前，BIM技術在建筑、港口中的應用能夠貫穿“建管養(yǎng)運”整個過程，取得了良好效果。與建筑、港口工程相比，公路工程設計和施工本身的影響因素較多，尤其是前期設計，需要考慮的影響因素更多，專業(yè)性更強。因此，人們要系統(tǒng)地研究、了解與學習BIM技術，并做好運用與推廣。目前，我國設計人員對BIM技術在公路工程中的應用了解較為片面，不夠深入，BIM技術應用較為單一，以構建CAD三維模型為主，沒有充分發(fā)揮自身優(yōu)勢[2]。

3 公路工程設計中的BIM技術應用要點

公路工程設計是建設單位建設目的及建設要求的集中體現(xiàn)，是施工單位能否保質保量如期完成公路工程施工的重要指南。科學、合理的公路工程設計方案在整個公路工程中起著關鍵性作用，直接決定公路工程質量。因此，研究公路工程設計中的BIM技術應用要點，具有現(xiàn)實性和必要性。

3.1 利用BIM技術進行環(huán)境模型處理

3.1.1 建立環(huán)境模型的必要性。公路工程設計階段，應用BIM技術的關鍵步驟是以獲取的數(shù)據(jù)作為參數(shù)，建立公路工程環(huán)境模型。建立環(huán)境模型是公路工程結構模型設計的基礎，能夠有效保障后期設計的正常進行，環(huán)境模型涉及的參數(shù)是科學預測公路工程量的依據(jù)，能夠為工程量測算提供數(shù)據(jù)參考。同時，環(huán)境模型的建立能夠保障后期公路施工的順利進行。

3.1.2 建立環(huán)境模型的要點。公路工程設計階段要建立環(huán)境模型，其間主要利用計算機技術取得三維點云數(shù)據(jù)，再根據(jù)CAD地形圖的矢量化特點，進行測算和數(shù)據(jù)分析，以確保其符合公路工程地面情況，在此基礎上建立三角網(wǎng)格地形模型。然后，要借助航拍及衛(wèi)星等手段，對比航拍照片、衛(wèi)星照片與三角網(wǎng)格地形模型，以達到重疊為止，這樣能夠充分保證地面狀況、地質地況真實、清晰，根據(jù)實際需要，為環(huán)境模型添加相關內(nèi)容，完善環(huán)境模型板塊，尤其是地面實際分布的鐵路、公路以及已有規(guī)劃區(qū)[3]。

地形因素會影響公路工程設計和施工，加上公路工程的空間跨度大，使得公路工程設計具有一定的難度。因此，在建立環(huán)境模型時，人們可以利用傾斜測量與激光點云，將地質地貌數(shù)據(jù)添加到環(huán)境模型中。設計階段充分考慮地質地貌因素的影響，可以為施工階段規(guī)避地質地貌因素的影響做好準備。即使出現(xiàn)線路和地面狀況發(fā)生變化，環(huán)境模型也能夠第一時間感知并做出相應變化，及時獲取變動數(shù)據(jù)，使得設計方案能夠根據(jù)實際變動情況進行調整，保證設計方案科學、合理、可行[4]。

3.2 利用BIM技術進行工程模型處理

公路工程設計階段，人們要合理利用BIM技術進行工程模型處理。

3.2.1 構建三維路線模型。當前，部分公路工程設計單位仍主要運用二維線路設計，較少使用三維路線模型。這是因為二維線路設計可以有效地對公路工程相關設計內(nèi)容進行匹配，比較靈活，局限較少。但是，當路線平縱發(fā)生變化時，二維路線設計往往不能及時感應，不利于設計方案的及時調整與優(yōu)化。利用BIM技術構建公路工程三維路線模型，可以實現(xiàn)路線平縱設計功能，并實時對路線平縱進行調整，減少追蹤路線平縱變化的時間消耗，提高了這一環(huán)節(jié)的設計效率。

3.2.2 構建路基路面模型。構建公路工程路基路面模型的主要方法是定制橫斷面模板。公路工程設計階段，橫斷面模板主要考慮的因素是道路綠化帶位置、路面結構、擋墻位置、人行道寬度與線型、路面邊坡、道路兩邊邊坡和排水溝等，根據(jù)各個因素的要求尺寸，定制橫斷面模板，以確保后期施工條件的實現(xiàn)。另外，對于具體涉及的各部分工程量，可在模型中根據(jù)各計算公式得到具體的數(shù)據(jù)[5]。

3.2.3 構建橋梁模型。公路工程設計中經(jīng)常會遇到橋梁設計，橋梁設計技術要求高，難度大，影響遠，因此在進行橋梁設計時要深入研究橋梁模型的構建。橋梁模型由橋梁上部結構模型和橋梁下部結構模型組成，兩部分設計考慮的重點不一樣。具體來說，當橋梁上部結構主要是箱梁或T梁時，要采用BIM軟件中的GC和Revit技術，獲取相應參數(shù)進行建模;當橋梁上部結構主要是鋼桁架時，要采用BIM軟件中的ProStructures技術。橋梁下部結構建立模型時，要考慮的是橋墩的各個參數(shù)，其間可以采用BIM軟件中的MicroStation技術，對橋墩單元庫參數(shù)進行分析，根據(jù)不同的橋墩參數(shù)，構建不同的橋墩模型，同時要考慮橋墩的墩徑和墩高、橋墩的樁徑和樁長對應的參數(shù)變化，及時優(yōu)化模型。

3.2.4 構建隧道模型。我國公路工程受地質地貌因素影響較大，經(jīng)常會有隧道工程設計。隧道工程設計考驗著設計單位的設計水平，也直接關系施工安全和運行安全，而利用BIM技術構建隧道模型，能夠有效預防不可預估因素。其間，既要構建隧道主體結構模型，又要構建隧道橫通道、隧道洞門、隧道通風井等結構的模型。構建隧道主體結構模型時，應注意的是隧道橫斷面模型設計，BIM技術可以確保隧道襯砌結構數(shù)據(jù)信息準確，保證標準橫斷面尺寸信息精確，最大限度減少誤差。對于隧道其他結構模型的設計，主要考慮的是位置設定，根據(jù)主體結構模型比例，調整橫通道、隧道洞門和通風井等模型位置，為隧道工程設計提供更加有效的安全信息，提高隧道結構的穩(wěn)定性[6]。人們要充分利用BIM技術的可視化特點，把握建模參數(shù)與實際工程的匹配度。

3.2.5 構建交叉工程模型。在公路工程設計中，最常使用的是平面交叉設計。利用BIM技術構建交叉平面工程模型時，需要注意的是，首先確定公路路面邊線的空間位置、平面交叉路脊線的空間位置，兩點確定后，建立三角網(wǎng)絡，進而對平面交叉豎向進行設計。構建平面交叉工程模型時，要考慮人行道因素，增加平面設計的完整性。

3.2.6 構建景觀綠化模型。景觀綠化設計對公路后期運行、養(yǎng)護具有重要意義，在前期設計中，景觀綠化模型真實、合理、可行對公路交通運行安全，城市市容市貌優(yōu)化都有促進作用。因此，利用BIM技術構建景觀綠化模型，能夠提高景觀設計的實效性，通過模型的可視化對景觀綠化種類及類別及時進行調整、更換，最大限度地節(jié)約成本。

4 結語

公路工程設計充分利用BIM技術，有助于提高公路工程設計水平和施工質量，方便后期養(yǎng)護管理。在公路工程中，BIM技術應用主要通過設計、施工、運行和維護等方面體現(xiàn)。BIM技術在公路工程設計中的大力推廣和應用有利于我國交通運輸業(yè)的長期發(fā)展，對擴大交通運輸業(yè)規(guī)模，加快工程建設進度，延長公路使用壽命，保證道路交通安全都有重要意義。從目前來看，充分發(fā)揮BIM技術在公路工程設計中的作用，仍需要較長時間，因此，公路工程設計人員要加強對BIM技術的理論研究與實踐探索，重視BIM技術在公路工程設計中的應用，充分發(fā)揮BIM技術的優(yōu)勢，提升公路工程設計水平。

參考文獻：

[1]何曉君.BIM技術在公路設計中的應用價值研究[J].公路交通科技（應用技術版），2018（8）：85-87.

[2]蔣科.BIM技術在公路工程設計階段中的應用技巧[J].公路交通技術，2018（2）：17-21.

[3]何國亮.BIM技術在公路設計中的應用與思考[J].中國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，2018（16）：89.

[4]程興園.BIM技術在公路工程設計中的應用研究[J].公路交通科技（應用技術版），2018（3）：33-35.

[5]張新.BIM技術在公路設計中的應用與思考[J].工程技術，2017（3）：171.

[6]龐思雨，張弛.一種基于BIM技術的隧道參數(shù)化建模方法[J].隧道建設，2018（2）：239-246.