張 慶

(安徽國(guó)順交通咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司，安徽 合肥 230051)

0 引 言

BIM是建筑信息模型，強(qiáng)調(diào)以建筑工程中各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息作為統(tǒng)計(jì)依據(jù)，通過(guò)數(shù)字信息仿真，對(duì)建筑物真實(shí)信息進(jìn)行模擬，并將上述信息應(yīng)用在工程策劃、運(yùn)行、維護(hù)等全生命周期中，將圖紙轉(zhuǎn)化為三維模型，為決策制定提供可靠的數(shù)據(jù)參考。在道路工程設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)單位應(yīng)明確道路的功能與定位，在充分考慮地形地貌等特征情況下，對(duì)BIM技術(shù)加以應(yīng)用，通過(guò)BIM技術(shù)對(duì)現(xiàn)有設(shè)計(jì)方案與思路進(jìn)行完善，以達(dá)到理想設(shè)計(jì)效果，確保道路工程順利開(kāi)展。

1 BIM技術(shù)的應(yīng)用思路

針對(duì)地質(zhì)環(huán)境、設(shè)計(jì)方案等較為復(fù)雜的道路工程，設(shè)計(jì)單位可引入BIM技術(shù)對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化與調(diào)整，本文對(duì)BIM技術(shù)的應(yīng)用思路進(jìn)行探索，相關(guān)內(nèi)容如下：

1.1 促進(jìn)應(yīng)用平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)化

為全面提升BIM技術(shù)實(shí)際應(yīng)用能力，應(yīng)加快制定道路工程設(shè)計(jì)中BIM技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)BIM技術(shù)相關(guān)的國(guó)際和國(guó)家法規(guī)進(jìn)行關(guān)注，并制定與工程設(shè)計(jì)相匹配的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，確保BIM技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)平臺(tái)朝向標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展。在標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)的建設(shè)中應(yīng)加強(qiáng)學(xué)科之間合作，重視科研、設(shè)計(jì)、管理等多部門(mén)聯(lián)合，推動(dòng)共建共享模式形成，為后期工作奠定基礎(chǔ)[1]。

1.2 整合工作流程

BIM技術(shù)的主要應(yīng)用思路是深入了解業(yè)主管理模式，對(duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行有效整合，根據(jù)工程實(shí)際情況，對(duì)BIM實(shí)施流程進(jìn)行科學(xué)編制。在工程設(shè)計(jì)中，為編制合理高效的BIM實(shí)施流程，設(shè)計(jì)人員對(duì)現(xiàn)有BIM技術(shù)的實(shí)施管理模式進(jìn)行了整合，并構(gòu)建了以建設(shè)工程為核心的工程設(shè)計(jì)報(bào)告，對(duì)與工程設(shè)計(jì)內(nèi)容融合的數(shù)據(jù)交換體系加以明確。

1.3 加強(qiáng)數(shù)據(jù)管理

在工程設(shè)計(jì)中，為達(dá)到理想的設(shè)計(jì)水平，需要確保BIM數(shù)據(jù)的安全性和數(shù)據(jù)傳遞有效。在數(shù)據(jù)管理中，應(yīng)充分考慮竣工文件生成的數(shù)據(jù)，并對(duì)工程的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和重點(diǎn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)進(jìn)行明確，做好數(shù)據(jù)收集和整理。有關(guān)工作完成后，不僅能夠加強(qiáng)數(shù)據(jù)管理能力，還可為后期工程養(yǎng)護(hù)管理提供良好的技術(shù)支持。

1.4 注重成果審核

在道路工程設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員使用了BIM技術(shù)對(duì)各階段成果進(jìn)行模擬展示，相關(guān)展示與審核對(duì)象具體包括道路建模范圍、數(shù)據(jù)信息和操作流程。在成果展示中，反思了模型構(gòu)件之間的沖突，并對(duì)模型的可傳遞性開(kāi)展了研究，真正實(shí)現(xiàn)了通過(guò)BIM數(shù)據(jù)方式，對(duì)道路工程取得的成果進(jìn)行展示與分析。

2 BIM技術(shù)在道路工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用路徑探究

BIM技術(shù)在道路工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)十分明顯，可有效提升道路工程品質(zhì)。下文著重對(duì)道路工程中BIM技術(shù)的應(yīng)用路徑進(jìn)行了探索，供相關(guān)人員參考。

2.1 組織架構(gòu)

道路工程根據(jù)BIM技術(shù)的應(yīng)用目標(biāo)，確定了以建設(shè)單位為主導(dǎo)、設(shè)計(jì)單位為策劃、運(yùn)維等相關(guān)單位共同參與的組織架構(gòu)。具體任務(wù)包括：

在工程建設(shè)初期階段，建設(shè)單位負(fù)責(zé)出具BIM技術(shù)應(yīng)用方案，并完成對(duì)方案配套政策的制定工作。工程落實(shí)后，能夠?yàn)锽IM技術(shù)的推進(jìn)營(yíng)造良好的政策環(huán)境。此外，建設(shè)單位也需要對(duì)BIM應(yīng)用進(jìn)度進(jìn)行管理，使BIM技術(shù)在道路工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用價(jià)值得到充分發(fā)揮。

在工程設(shè)計(jì)中，為確保BIM技術(shù)有效落實(shí)，相關(guān)部門(mén)對(duì)BIM設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)提出了嚴(yán)格要求，構(gòu)建了包括BIM總負(fù)責(zé)人、工程負(fù)責(zé)人、專(zhuān)業(yè)負(fù)責(zé)人、設(shè)計(jì)人員和數(shù)據(jù)管理員在內(nèi)的團(tuán)隊(duì)體系，如圖1所示。

圖1 BIM設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)組織架構(gòu)

2.2 BIM技術(shù)應(yīng)用

2.2.1 技術(shù)應(yīng)用可行性

道路工程設(shè)計(jì)中，可通過(guò)BIM技術(shù)對(duì)工程設(shè)計(jì)方案的可行性進(jìn)行研究，并通過(guò)數(shù)字化仿真模型對(duì)可行性設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證，成功模擬出地形、地質(zhì)、路網(wǎng)規(guī)劃、資源分布、產(chǎn)業(yè)布局和環(huán)境敏感區(qū)等建設(shè)條件，生成重要的道路交通數(shù)據(jù)，為管理工作開(kāi)展和決策制定提供幫助。

2.2.2 通過(guò)GIS對(duì)路網(wǎng)進(jìn)行規(guī)劃

利用GIS模型對(duì)交通布局進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，直觀展示路網(wǎng)服務(wù)水平，對(duì)交通運(yùn)輸狀況進(jìn)行如實(shí)反映。該環(huán)節(jié)往往要用到以下數(shù)據(jù)：受該項(xiàng)目影響區(qū)域的路網(wǎng)、路段歷史流量，描述影響區(qū)域現(xiàn)狀及交通設(shè)施建設(shè)規(guī)劃的矢量文件，歷年行政區(qū)客貨運(yùn)輸量。

2.2.3 搭建電子沙盤(pán)

基于BIM技術(shù)對(duì)沙盤(pán)作業(yè)進(jìn)行模擬，可通過(guò)BIM技術(shù)論述道路工程起點(diǎn)和終點(diǎn)選擇是否合理，并對(duì)擬定的備選方案進(jìn)行模擬，比較不同方案的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和主要缺點(diǎn)。在此過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)重點(diǎn)考慮的工程內(nèi)容包括土地評(píng)價(jià)、環(huán)境資源分析、節(jié)能環(huán)保價(jià)值和社會(huì)效益評(píng)價(jià)。在滿足上述要求后，選擇最優(yōu)的道路建設(shè)方案[2]。

在道路工程設(shè)計(jì)中，利用BIM技術(shù)和GIS地理信息技術(shù)，通過(guò)電子沙盤(pán)的方式，對(duì)各項(xiàng)影響因素進(jìn)行分析，并做好關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)選擇，使得工程設(shè)計(jì)效果滿足合同要求。這里要明確一點(diǎn)，使用BIM與GIS相結(jié)合的電子沙盤(pán)設(shè)計(jì)路徑，可實(shí)現(xiàn)對(duì)各項(xiàng)資源和條件的充分考慮，電子沙盤(pán)的內(nèi)容主要有地形地貌、水文特征、地質(zhì)條件、產(chǎn)業(yè)布局、軍事設(shè)施、城鎮(zhèn)規(guī)劃等，在匯集所掌握建設(shè)條件的基礎(chǔ)上，對(duì)GIS地模進(jìn)行創(chuàng)建，為設(shè)計(jì)人員選擇合適的道路規(guī)劃方案提供有效的信息支持。電子沙盤(pán)所匯集數(shù)據(jù)應(yīng)滿足以下要求：一是受該項(xiàng)目影響區(qū)域的地形數(shù)據(jù)。二是和大范圍地形相對(duì)的遙感影像。

得益于BIM技術(shù)的應(yīng)用，設(shè)計(jì)人員可在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中對(duì)施工操作過(guò)程進(jìn)行仿真演示，實(shí)現(xiàn)對(duì)工程施工狀態(tài)和方法的有效評(píng)估。此外，BIM技術(shù)的使用也有利于管理人員對(duì)道路工程整個(gè)設(shè)計(jì)工序進(jìn)行把握。BIM三維仿真演示技術(shù)應(yīng)用后，能夠提高工程可控制性，有利于消除潛在的安全隱患，促進(jìn)工程有序開(kāi)展。在具體設(shè)計(jì)工作中，可使用BIM三維模型仿真演示技術(shù)，對(duì)道路工程設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真分析，如2圖所示。

圖2 交通仿真分析圖

2.2.4 交通組織設(shè)計(jì)

前期準(zhǔn)備階段，有關(guān)人員應(yīng)重點(diǎn)分析典型工況，由此來(lái)確定研究范圍及目的。通過(guò)收集并處理相關(guān)數(shù)據(jù)的方式，為BIM模型的建立提供便利。待建模工作告一段落，引入實(shí)際數(shù)據(jù)，對(duì)仿真模型進(jìn)行建立，基于研究問(wèn)題對(duì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，由此來(lái)獲得排隊(duì)長(zhǎng)度、服務(wù)水平和交通流量等數(shù)據(jù)，結(jié)合模型標(biāo)定以及有效性檢驗(yàn)結(jié)果，輸出相應(yīng)的文檔及動(dòng)畫(huà)[3]。最后一步，便是對(duì)比分析仿真結(jié)果，確定符合本項(xiàng)目要求的設(shè)計(jì)方案。

初步設(shè)計(jì)工作的主要任務(wù)是確定路線方案，利用傳統(tǒng)技術(shù)所繪制圖紙，通常無(wú)法使空間關(guān)系得到直觀展示，比選、確定方案的難度有目共睹。項(xiàng)目可借助無(wú)人機(jī)攝影、航拍影像等技術(shù)，對(duì)真實(shí)GIS環(huán)境進(jìn)行生成，使建立場(chǎng)地模型的速度得到大幅提升。

對(duì)施工圖進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，以下內(nèi)容需要引起重視：

一是通過(guò)模擬駕駛安全性的方式，形成相應(yīng)的分析報(bào)告。眩光多出現(xiàn)在凹曲線段，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法往往選擇借助通用圖對(duì)中分帶防眩板進(jìn)行出圖，難以做到根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況設(shè)置并調(diào)整高度，只有在項(xiàng)目施工結(jié)束后，才能結(jié)合運(yùn)維結(jié)果加以調(diào)整，使得首批防眩設(shè)施無(wú)法發(fā)揮出相應(yīng)的作用。對(duì)三維模型加以利用，可通過(guò)模擬夜間行駛的方式，針對(duì)性檢測(cè)存在對(duì)向強(qiáng)光照射問(wèn)題的路段，形成可為設(shè)置防眩設(shè)施及后續(xù)工作開(kāi)展提供科學(xué)指導(dǎo)的分析報(bào)告，為行車(chē)安全性提供保證。

二是常規(guī)凈空核查所采取的方法為人工核查，考慮立體交叉匝道往往具有極為復(fù)雜的穿越及交叉關(guān)系，人工核查出現(xiàn)失誤的情況難以避免，對(duì)BIM技術(shù)加以應(yīng)用，可確保設(shè)計(jì)方案科學(xué)且合理。在前期設(shè)計(jì)階段，出于避免凈空不足情況出現(xiàn)的考慮，有關(guān)人員往往會(huì)預(yù)留較大富余，使得工程規(guī)模較預(yù)期更大，基于BIM開(kāi)展凈空核查工作，一方面可有效避免匝道縱面出現(xiàn)凈空不足的情況，另一方面可使交叉關(guān)系得到經(jīng)濟(jì)且合理的控制，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方式，使工程規(guī)模最大限度地靠近預(yù)期[4]。

2.2.5 展示建設(shè)目標(biāo)

以往，工程建設(shè)任務(wù)目標(biāo)的設(shè)計(jì)與展示環(huán)節(jié)均通過(guò)二維繪制斷面，該方案不夠形象和直觀，較易出現(xiàn)工程空間關(guān)系緊密度缺乏的問(wèn)題，進(jìn)而給后期對(duì)工程量的估算帶來(lái)難度。為解決以上問(wèn)題，設(shè)計(jì)人員提出將BIM與GIS結(jié)合的建議。GIS是在計(jì)算機(jī)硬、軟件系統(tǒng)支持下，對(duì)整個(gè)或部分地球表層(包括大氣層)空間中的有關(guān)地理分布數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、儲(chǔ)存、管理、運(yùn)算、分析、顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng)。BIM與GIS集成應(yīng)用，是通過(guò)數(shù)據(jù)集成、系統(tǒng)集成或應(yīng)用集成來(lái)實(shí)現(xiàn)的，可在BIM應(yīng)用中集成GIS，也可以在GIS應(yīng)用中集成BIM，或是BIM與GIS深度集成，以發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，拓展應(yīng)用領(lǐng)域[5]。

BIM技術(shù)由于具有較強(qiáng)的模擬操作功能，通過(guò)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用，對(duì)道路路線進(jìn)行模擬操作，可明確道路工程設(shè)計(jì)是否合理，在建設(shè)具有現(xiàn)代化功能、標(biāo)準(zhǔn)化與高水平道路上發(fā)揮著重要作用。分析其具體應(yīng)用內(nèi)容，工程設(shè)計(jì)人員可借助BIM技術(shù)對(duì)道路的地形圖、橫斷面進(jìn)行規(guī)劃與設(shè)計(jì)，使得工程設(shè)計(jì)方案得到優(yōu)化。

BIM技術(shù)應(yīng)用后，可為設(shè)計(jì)人員提供空間數(shù)據(jù)支持，并對(duì)擬建道路工程的地理信息狀況進(jìn)行精準(zhǔn)把握，為BIM技術(shù)的多維度、多領(lǐng)域應(yīng)用開(kāi)辟路徑。此外，GIS技術(shù)還為用戶提供了空間查詢分析功能和宏觀地理環(huán)境信息展示模塊，并為工程設(shè)計(jì)中BIM技術(shù)應(yīng)用價(jià)值的充分開(kāi)發(fā)奠定基礎(chǔ)[6]。

2.3 基于BIM技術(shù)的一體化標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)建設(shè)

得益于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展，有關(guān)人員可在Web網(wǎng)絡(luò)端，對(duì)BIM+GIS模型進(jìn)行展示，使BIM技術(shù)的應(yīng)用形式展現(xiàn)出主流化的特點(diǎn)。研究和開(kāi)發(fā)具有可視化與一體化功能的BIM技術(shù)平臺(tái)，并對(duì)BIM系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)，為道路工程設(shè)計(jì)人員提供了極大的便利。為達(dá)到一體化應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，在展示過(guò)程中應(yīng)借助計(jì)算機(jī)圖形學(xué)相關(guān)知識(shí)，如矩陣運(yùn)算、射線相交法、軌跡控制等。在模型的交互環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)人員需要對(duì)GIS圖形進(jìn)行必要的縮放、移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)[7]。

在BIM技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，為實(shí)現(xiàn)圖形渲染速度和渲染效果的平衡，需要對(duì)平臺(tái)設(shè)計(jì)效果進(jìn)行展示，通過(guò)一體化設(shè)計(jì)理念，實(shí)現(xiàn)對(duì)工程全生命周期的可視化管理。為促進(jìn)BIM技術(shù)在交通道路中的應(yīng)用效果，應(yīng)對(duì)一體化平臺(tái)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化管理，通過(guò)數(shù)據(jù)融合、分類(lèi)和采集等方式，解決BIM系統(tǒng)與其他系統(tǒng)集成難度大的問(wèn)題。此外，可利用BIM技術(shù)對(duì)工程運(yùn)維模型進(jìn)行制作。當(dāng)工程正式進(jìn)入運(yùn)營(yíng)階段，相關(guān)承建方可向業(yè)主提供BIM數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)道路具體情況，性能、建筑財(cái)務(wù)、設(shè)備信息、管線布局等內(nèi)容進(jìn)行描述。而物業(yè)方面通過(guò)對(duì)BIM數(shù)據(jù)庫(kù)信息的查詢與統(tǒng)計(jì)，也可提高工程運(yùn)維管理能力[8]。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文以BIM技術(shù)在道路工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用為研究方向，首先對(duì)BIM技術(shù)總體思路和設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了分析；其次結(jié)合具體工程，研究了BIM技術(shù)在道路工程中的應(yīng)用方式，提出做好BIM團(tuán)隊(duì)組織架構(gòu)設(shè)計(jì)、應(yīng)用BIM技術(shù)軟件和促進(jìn)一體化標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)建設(shè)觀點(diǎn)；最后說(shuō)明BIM技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值得以充分發(fā)揮，為道路工程建設(shè)方案選擇提供了技術(shù)保障，設(shè)計(jì)單位應(yīng)看到BIM技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值，通過(guò)BIM三維模型展示，為道路工程科學(xué)設(shè)計(jì)助力。