袁凱陽，尹錦明，盤奕彤，曾宇豪，梁玉敏，項(xiàng)侃

南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院城市建設(shè)與設(shè)計(jì)學(xué)院，江蘇 泰州 225300

BIM 的理念最初起源于1975 年喬治亞理工大學(xué)的Chuck Eastman 教授，他在自己的一個課題中提出了“A computer-based description of building”。經(jīng)過多年的研究發(fā)展，在20 世紀(jì)80 年代，芬蘭的一位學(xué)者提出了Product Internation Model 系 統(tǒng)；2002 年，Autodesk 公司推出BIM 軟件。隨后Bentley 和Graphisoft 兩大軟件公司，也推出了自己的BIM 軟件，BIM 技術(shù)開始成為一種可視化工程建模和提高工程建設(shè)效率的工具[1]。近年來，BIM技術(shù)在我國的應(yīng)用越來越廣泛，實(shí)踐表明，應(yīng)用BIM 技術(shù)可以降低工程成本、提高工作效率、縮短工程時(shí)間。相較于房屋建筑工程，BIM 技術(shù)在道路橋梁工程中的應(yīng)用還不充分，文章主要闡述BIM 技術(shù)在道路橋梁工程中的應(yīng)用情況，為BIM 技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展提供參考[2]。

1 BIM 技術(shù)在道路工程中的應(yīng)用

BIM 技術(shù)因具有在三維表達(dá)、信息集成與傳遞方面的優(yōu)勢，故在道路工程的前期規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工與運(yùn)維階段都有相關(guān)的工程應(yīng)用。

1.1 前期規(guī)劃階段

（1）GIS+BIM 模式。如今，GIS+BIM 模式是道路工程的設(shè)計(jì)規(guī)劃階段的一個重要方向。GIS 主要用于空間地理信息分析，而BIM 主要用于建模，兩相的結(jié)合將環(huán)境與項(xiàng)目緊密聯(lián)系，使設(shè)計(jì)階段可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行正確合理的設(shè)計(jì)。例如，重慶港城工業(yè)園區(qū)B 區(qū)路網(wǎng)工程運(yùn)用了GIS+BIM 模式，使路網(wǎng)與周邊環(huán)境完美融合，不僅提升了工程的科學(xué)性和合理性，而且降低了成本[3]。但是，目前GIS+BIM 模式仍然處于初期階段，GIS 和BIM 還不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)信息共享，一般先在BIM 中建模再到GIS 中查看，或者先由GIS 采集信息再導(dǎo)入BIM 軟件中進(jìn)行設(shè)計(jì)建模。無論是哪一種方式，其信息的傳輸效率都不高，還可能會出現(xiàn)信息缺失或軟件不兼容等情況。

（2）BIM 與無人機(jī)航測的結(jié)合。無人機(jī)測繪已經(jīng)逐漸應(yīng)用在實(shí)際的道路勘察過程中，其影像資料將在軟件中形成三維圖像，然后作為BIM 道路模型創(chuàng)建的重要依據(jù)[4]?，F(xiàn)在，無人機(jī)可以輕松捕獲數(shù)據(jù)，通過各種軟件平臺很容易實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)建模、管理和共享，使其成為GIS 分析師、測繪師以及飛行員等用戶的資源。無人機(jī)測繪可利用AI 規(guī)劃飛行路線，其具有強(qiáng)大的智能化數(shù)據(jù)處理和分析能力。在此基礎(chǔ)上，再由人工加以補(bǔ)充，便可初步確定選線設(shè)計(jì)。其所有的數(shù)字信息都可以為接下來的工作提供依據(jù)，從而在BIM 的全壽命周期管理系統(tǒng)中發(fā)揮作用。

1.2 設(shè)計(jì)階段

（1）軟件工具。目前，國內(nèi)尚無BIM 技術(shù)較強(qiáng)的軟件公司，Autodesk 公司和Bentley 公司的軟件被大多數(shù)設(shè)計(jì)和施工單位選用，還有的單位選用了國內(nèi)的緯地和鴻業(yè)軟件。同時(shí)，國內(nèi)公司在軟件二次開發(fā)方面做了不少工作，取得了一定效果[5]。

（2）道路專項(xiàng)設(shè)計(jì)。在三維地形建立后，就可以進(jìn)行道路的平縱橫設(shè)計(jì)。在三維環(huán)境中分析道路，可以檢查道路是否與實(shí)際地形相匹配，判別與控制物之間的沖突以及影響程度，也可以通過漫游等形式從汽車駕駛員或者空中視角來判斷行車的舒適性和道路的安全性等問題。三維環(huán)境更加有利于設(shè)計(jì)人員進(jìn)行縱斷面設(shè)計(jì)，在軟件中可以直觀地展現(xiàn)道路填挖的程度以及平縱組合的分析情況。橫斷面可采用裝配式的設(shè)計(jì)方法，通過不同模組的相互組合，準(zhǔn)確表現(xiàn)道路實(shí)施過程和實(shí)施后的情況。由于道路設(shè)計(jì)中的地形和平縱橫斷面都是在同一個數(shù)據(jù)空間中進(jìn)行的，因此可以調(diào)整不同子項(xiàng)的數(shù)據(jù)模型[6]。

（3）道路附屬設(shè)施設(shè)計(jì)。一個完整的城市道路設(shè)計(jì)不僅包括道路自身，還包括橋梁、地下管線、交通設(shè)施、路燈、綠化等內(nèi)容。這些附屬類設(shè)施可以在BIM 中創(chuàng)建模型與道路主體關(guān)聯(lián)而得到一個綜合的數(shù)字化模型。這不僅提高了項(xiàng)目文件的整體性，將離散的各子項(xiàng)整合到一個文件中，也便于設(shè)計(jì)人員進(jìn)行全面的把握與設(shè)計(jì)，防止在子項(xiàng)調(diào)整修改時(shí)出現(xiàn)遺漏。

1.3 施工階段

（1）對接設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。在多方會審和圖紙交底時(shí)，設(shè)計(jì)單位可應(yīng)用BIM 技術(shù)提供可視化施工設(shè)計(jì)圖，而施工單位可以采用BIM 技術(shù)制訂施工方案[7]。BIM 技術(shù)能夠讓施工單位通過三維可視化技術(shù)結(jié)合施工特點(diǎn)將實(shí)際施工方法、流程等通過BIM 技術(shù)預(yù)先模擬，從而提高施工的質(zhì)量，確保施工的精準(zhǔn)度。不過目前路橋方面BIM 技術(shù)還處于初期階段，沒有房屋建筑方面成熟，設(shè)計(jì)階段的模型在施工階段還不能直接使用，需要施工單位重新建立施工模型。同時(shí)，道路模型不同于建筑模型，暫時(shí)沒有一款軟件能完美勝任其要求。

（2）安全、質(zhì)量、進(jìn)度、成本管控。目前，“BIM+VR”技術(shù)被用來進(jìn)行施工安全分析和排查安全隱患，以此保障施工安全，但是“BIM+VR”軟件仍不成熟，在實(shí)際環(huán)境中不易執(zhí)行或執(zhí)行過程出現(xiàn)沖突。質(zhì)量、進(jìn)度、成本的管控都依賴于多軟件融合和協(xié)同平臺建立[8-9]。然而各軟件并非同一公司研發(fā)，且不同軟件其程序各有不同，協(xié)同使用時(shí)常出現(xiàn)不兼容的問題。各專業(yè)人員協(xié)同共進(jìn)是為達(dá)到協(xié)同平臺建立的目的，但軟件的不兼容以及各專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的不同，勢必會對項(xiàng)目的實(shí)施造成影響。

（3）運(yùn)營維護(hù)階段。BIM 技術(shù)與運(yùn)營維護(hù)管理系統(tǒng)相結(jié)合是運(yùn)營維護(hù)階段的一種應(yīng)用，在運(yùn)營維護(hù)時(shí)使用BIM技術(shù)可以科學(xué)且有效地協(xié)調(diào)設(shè)備與空間之間的關(guān)系，并對可能出現(xiàn)的情況進(jìn)行防范[10]。但是道路BIM 技術(shù)在這方面的發(fā)展較為落后，雖然有類似于南寧市BIM 技術(shù)運(yùn)用管理云中心[11]這樣的嘗試，但是BIM 技術(shù)在運(yùn)營維護(hù)階段仍存在諸多問題，使運(yùn)營維護(hù)管理的實(shí)施受到限制。

2 BIM 技術(shù)在橋梁工程中的應(yīng)用

將BIM 技術(shù)應(yīng)用于橋梁工程，有利于優(yōu)化設(shè)計(jì)方案；精確量算，降低施工成本；保證高效的協(xié)同作業(yè)；實(shí)現(xiàn)施工過程的動態(tài)管理，為質(zhì)量問題追溯提供支持；通過三維施工模擬實(shí)現(xiàn)從紙面交底和三維交底的轉(zhuǎn)變[12]。BIM技術(shù)的使用不僅為設(shè)計(jì)提供了更優(yōu)化的解決方案，而且為傳統(tǒng)的管理模式帶來了轉(zhuǎn)變，從而提高施工效率，節(jié)約成本。

2.1 設(shè)計(jì)階段

（1）信息化模型。在設(shè)計(jì)階段不僅要完成橋梁的方案設(shè)計(jì)，還要使用一些建模軟件對橋梁的各種參數(shù)進(jìn)行編輯生成三維模型。設(shè)計(jì)過程結(jié)合GIS 數(shù)據(jù)與BIM 模型，對周圍環(huán)境或地形要素進(jìn)行相關(guān)性分析，提高模型信息的完備性[13]，可以更直觀地了解橋梁，獲得其在二維、三維空間下的外形、尺寸等信息以及橋梁不同結(jié)構(gòu)構(gòu)件的屬性。在BIM 模型中對某個對象進(jìn)行更改，其他與之有關(guān)的對象也會隨之改變，這是模型的關(guān)聯(lián)性。

（2）工程量計(jì)算。以前橋梁工程的工程量計(jì)算一般是通過二維圖紙加上造價(jià)軟件對工程量進(jìn)行計(jì)算，這樣的方式與實(shí)際會產(chǎn)生較大誤差。BIM 軟件能充分了解工程中建筑模型各個部分不同構(gòu)件的參數(shù)信息，對不同部分進(jìn)行特定分析得到最終的工程量和工程造價(jià)。通過使用BIM 軟件對工程進(jìn)行計(jì)算，將定額和材料的實(shí)際統(tǒng)計(jì)數(shù)量相結(jié)合，然后以定額為基礎(chǔ)進(jìn)行材料數(shù)量的調(diào)整，從而提高工程量成本控制的水平[14]。

（3）信息管理。橋梁工程的規(guī)模很大，施工復(fù)雜，結(jié)構(gòu)多樣，數(shù)據(jù)多，通過BIM 技術(shù)展現(xiàn)橋梁設(shè)計(jì)模型中各方面的數(shù)據(jù)信息，能對橋梁進(jìn)行模擬管理，從而合理調(diào)配施工建設(shè)區(qū)域和施工資源，確定施工過程中會產(chǎn)生的費(fèi)用。

2.2 施工階段

BIM 技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在對施工現(xiàn)場進(jìn)行管理，對整個施工過程進(jìn)行控制，可在模擬施工過程中提前發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目在施工過程中的潛在問題，降低施工過程中的風(fēng)險(xiǎn)；在真正出現(xiàn)問題前選擇良好的解決方案或者避免問題的出現(xiàn)，能節(jié)約人力成本減少工期；可以后期優(yōu)化施工順序，合理安排工期，提高施工效率。

橋梁工程施工程序十分復(fù)雜，施工涉及的領(lǐng)域范圍廣，施工難度大，危險(xiǎn)程度高，因此在施工前，技術(shù)人員應(yīng)該根據(jù)累積的經(jīng)驗(yàn)，將BIM 技術(shù)引入橋梁的設(shè)計(jì)階段，匯集設(shè)計(jì)方案中橋梁工程的數(shù)據(jù)信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)在設(shè)計(jì)方案中不符合要求的點(diǎn)，改善施工設(shè)計(jì)方案，從而保障施工人員安全，優(yōu)化施工過程[15]。

在施工過程中，施工的如期竣工和質(zhì)量控制頗為重要，要在工程規(guī)定的時(shí)間內(nèi)保質(zhì)保量地完成施工。BIM 技術(shù)在施工階段的應(yīng)用無疑為施工技術(shù)人員帶來一絲希望，其能同時(shí)實(shí)現(xiàn)多階段的操作，統(tǒng)一管理每個參與方，促進(jìn)參與方溝通，降低工程難度，同時(shí)實(shí)現(xiàn)三維立體模型中可視性，方便技術(shù)人員及時(shí)改正施工過程中出現(xiàn)的問題，并保證工程能保質(zhì)保量地在規(guī)定工期內(nèi)完成[16]。

2.3 運(yùn)維階段

BIM 技術(shù)的引進(jìn)改變了我國橋梁項(xiàng)目的施工建設(shè)方式，特別是在橋梁的運(yùn)營維護(hù)階段運(yùn)用BIM 技術(shù)，橋梁運(yùn)營管理人員可以通過實(shí)時(shí)分析橋梁的數(shù)據(jù)信息，制訂更優(yōu)化的運(yùn)營方案，在橋梁安全使用的前提下降低成本，還能監(jiān)測橋梁的耗能情況，評估橋梁的使用壽命。但是我國目前在橋梁運(yùn)營維護(hù)階段較少使用BIM 技術(shù)，盡管對BIM 技術(shù)在橋梁的運(yùn)營維護(hù)階段中出現(xiàn)的各種問題進(jìn)行了深入分析與研究，在BIM 技術(shù)使用和規(guī)范管理等方面仍然存在難以攻破的難題。國內(nèi)BIM 技術(shù)在橋梁工程的應(yīng)用還不成熟，缺乏大量經(jīng)驗(yàn)，因此在運(yùn)營維護(hù)階段，為更好地利用BIM 技術(shù)，應(yīng)加大對BIM 技術(shù)的研究力度，攻破目前存在的難題，發(fā)揮BIM 技術(shù)在運(yùn)營維護(hù)階段的最大價(jià)值與優(yōu)勢[17]。

3 結(jié)束語

綜上所述，BIM 技術(shù)滿足了道路橋梁工程的實(shí)際需求，推動了道路橋梁設(shè)計(jì)水平、施工管理水平、運(yùn)營維護(hù)水平，讓工程更加直觀，有效地減少了問題的出現(xiàn)。BIM 技術(shù)在道路橋梁設(shè)計(jì)中全面應(yīng)用是必然的趨勢。我國正處于由傳統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營維護(hù)方法轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⒒椒ǖ倪^程中，在這過程中也存在諸多問題，但隨著時(shí)間的推移，科研人員不斷努力探索，BIM 技術(shù)必將會促進(jìn)我國道路橋梁工程更好發(fā)展。