田亞云、延喜寧、田建文

（1.榆林市公路局路橋設(shè)計(jì)院，陜西 榆林 719000；2.榆林市公路局，陜西 榆林 719000）

0 引言

在我國(guó)現(xiàn)階段的公路設(shè)計(jì)中，BIM 技術(shù)尚處在發(fā)展階段，BIM 技術(shù)的引進(jìn)，將為我國(guó)建筑業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造出一個(gè)很好的發(fā)展空間，而且可以為項(xiàng)目后續(xù)節(jié)約更多的資金。鑒于BIM 具有諸多優(yōu)點(diǎn)，本文根據(jù)實(shí)際情況，提出了如何在公路設(shè)計(jì)中更好地應(yīng)用BIM 技術(shù)，通過(guò)分析，可以使公路設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方案更具科學(xué)性以及合理性，可以有效推動(dòng)公路設(shè)計(jì)行業(yè)的轉(zhuǎn)型。

1 BIM 技術(shù)概述

1.1 BIM 技術(shù)基本內(nèi)涵

BIM 技術(shù)是針對(duì)當(dāng)前的工程應(yīng)用需求開(kāi)發(fā)出來(lái)的一種新的設(shè)計(jì)方法，能夠?qū)⒕唧w的項(xiàng)目數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目的規(guī)劃和空間建模；可以對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行更加精確的修改、調(diào)整方案。這項(xiàng)技術(shù)的核心是能夠參與到工程的全過(guò)程中，并在工程的施工建設(shè)和后期的運(yùn)營(yíng)管理中起到持續(xù)作用。

1.2 BIM 技術(shù)特點(diǎn)

1.2.1 可視化

BIM 技術(shù)是三維技術(shù)，在設(shè)計(jì)時(shí)只需要增加相應(yīng)的幾何和非幾何數(shù)據(jù)，既可以幫助建立報(bào)告和3D 建模，又可以保證工程設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的交流和決策，具有高度可視化的特點(diǎn)[1]。

1.2.2 信息化

信息化發(fā)展是指發(fā)展、培養(yǎng)以計(jì)算機(jī)為主要的智能技術(shù)，并將其作為新時(shí)代生產(chǎn)力的代表。而B(niǎo)IM 技術(shù)則是依靠信息化技術(shù)實(shí)現(xiàn)提高生產(chǎn)效率的目的，其本身便具備良好的信息獲取、傳遞、處理、再生、利用功能。另外，BIM 技術(shù)所生成的工程信息并非單獨(dú)的，它具有一定的規(guī)模和組織程度。因此，BIM 技術(shù)具有信息化的特點(diǎn)。

1.2.3 協(xié)同化

BIM 技術(shù)的協(xié)同化，是指用BIM 技術(shù)以達(dá)到技術(shù)變革的目的，BIM 技術(shù)在實(shí)際工作中的應(yīng)用可以有效改變過(guò)去各部門(mén)之間的關(guān)系，防止大量數(shù)據(jù)丟失。在具體實(shí)施過(guò)程中，采用數(shù)字信息模式，可以使施工單位能夠在同一平臺(tái)中開(kāi)展各項(xiàng)工作，從而提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)更好的設(shè)計(jì)效果。

2 BIM 技術(shù)在公路設(shè)計(jì)中應(yīng)用具備的優(yōu)勢(shì)

2.1 提升建模效率

將BIM 技術(shù)應(yīng)用到公路設(shè)計(jì)中，可以使相關(guān)設(shè)計(jì)者對(duì)公路道路狀況、營(yíng)運(yùn)功能、周邊環(huán)境等方面的信息進(jìn)行綜合集成，同時(shí)通過(guò)可視化模型的建立，使這些信息可以在工程設(shè)計(jì)中得到更好的體現(xiàn)，從而為公路工程的合理規(guī)劃提供依據(jù)。與常規(guī)CAD 技術(shù)相比較，BIM 技術(shù)已從單純的基于圖形建模轉(zhuǎn)向了三維建模；通過(guò)3D 建模，使設(shè)計(jì)者可以更好地展現(xiàn)出較為復(fù)雜的立體形狀，從而使設(shè)計(jì)者在現(xiàn)實(shí)中更好地反映出其設(shè)計(jì)效果。這種方法不但可以有效解決以前圖紙?jiān)O(shè)計(jì)中常見(jiàn)的弊端，減少設(shè)計(jì)誤差，還可以有效提高設(shè)計(jì)效率。此外，BIM 技術(shù)在公路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，可以將原有的平面圖進(jìn)行優(yōu)化，從而達(dá)到更好的設(shè)計(jì)效果，這在提高模型的設(shè)計(jì)質(zhì)量、提高工作效率方面具有十分重大的現(xiàn)實(shí)價(jià)值。

2.2 保證設(shè)計(jì)準(zhǔn)確

將BIM 技術(shù)應(yīng)用到公路設(shè)計(jì)工作中，能較好地利用復(fù)合體積算法、平均斷面算法等先進(jìn)算法，可以更高效、科學(xué)、準(zhǔn)確地計(jì)算原地面線和設(shè)計(jì)線的土方。此外，BIM 技術(shù)自身還可以形成土方配比圖標(biāo)，對(duì)土方開(kāi)挖的深度進(jìn)行解析，從而確定土坑、棄土堆的位置、土方量移動(dòng)和具體方向，為工程建設(shè)的后續(xù)提供有利環(huán)境。另外，BIM 技術(shù)的應(yīng)用使設(shè)計(jì)者可以根據(jù)已有的模型來(lái)決定整個(gè)項(xiàng)目所需要的物料數(shù)量，利用這些資料進(jìn)行成本控制，可以提高工程造價(jià)控制的整體水平。因此，BIM 技術(shù)在公路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，既能最大限度地利用BIM 技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，又能對(duì)工程造價(jià)、工程量等進(jìn)行科學(xué)的研究，可以對(duì)后續(xù)的工程造價(jià)控制和施工效果起到很好的保障作用[2]。

2.3 加強(qiáng)溝通聯(lián)系

在傳統(tǒng)的公路設(shè)計(jì)中，由于各環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)工作相互獨(dú)立，缺乏密切的聯(lián)系，因此在實(shí)際施工中很容易產(chǎn)生各種矛盾和沖突。BIM 技術(shù)在公路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，能夠推動(dòng)工程建設(shè)的整合，增強(qiáng)工程的協(xié)調(diào)能力。指導(dǎo)各有關(guān)部門(mén)協(xié)調(diào)工作，以達(dá)到有效的信息共享。這樣既可以促進(jìn)各個(gè)部門(mén)之間的密切關(guān)系，又可以通過(guò)研究來(lái)確定最合理的施工方案，可以有效根據(jù)施工過(guò)程中各個(gè)方面的矛盾，制定相應(yīng)對(duì)策，保證項(xiàng)目的進(jìn)展更為順暢。由此可見(jiàn)，BIM 技術(shù)在公路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，可以為公路建設(shè)的各種后續(xù)工作提供有力保障，并為各部門(mén)之間的交流提供有效渠道，進(jìn)一步保證項(xiàng)目的順利進(jìn)行。

2.4 優(yōu)化設(shè)計(jì)模式

無(wú)論是哪一種設(shè)計(jì)，修改、優(yōu)化、調(diào)整都是不可或缺的一部分，以前的公路設(shè)計(jì)工作都是在設(shè)計(jì)完成之后，才會(huì)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的缺陷，或者在設(shè)計(jì)階段修改設(shè)計(jì)圖。然而，因?yàn)锽IM 技術(shù)在公路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，使得設(shè)計(jì)者能夠直接檢查、比較、分析公路工程的動(dòng)態(tài)效果，從而把靜態(tài)設(shè)計(jì)工作動(dòng)態(tài)化。就算有變化，工程量、進(jìn)度等調(diào)整工作也會(huì)相對(duì)容易一些。BIM 技術(shù)使得工程調(diào)試工作變得簡(jiǎn)單明了，只需簡(jiǎn)單地進(jìn)行模型運(yùn)算就可以精確地調(diào)整方案，再通過(guò)對(duì)調(diào)整后的方案進(jìn)行合理性檢驗(yàn)，從而使資源得到最大限度的發(fā)揮。

3 BIM 技術(shù)在公路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

當(dāng)前，BIM 技術(shù)在公路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用受到諸多因素的制約。具體而言，首先，由于公路工程的特殊性，使BIM 技術(shù)的應(yīng)用變得更加困難。公路工程具有涉及范圍廣、距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，相對(duì)其他建設(shè)項(xiàng)目，需要對(duì)周邊環(huán)境進(jìn)行更為細(xì)致的考慮，從而使施工難度增大。因此，BIM 技術(shù)在實(shí)際公路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用還存在著一定的困難，與其他工程BIM 技術(shù)的應(yīng)用效果相比，相對(duì)較差。其次，缺乏相應(yīng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的支撐，使其在實(shí)際中的應(yīng)用效果不明顯。BIM 技術(shù)在我國(guó)建筑工程中得到了廣泛的應(yīng)用，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，并且我國(guó)也正在制定相應(yīng)的BIM 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，確保數(shù)據(jù)輸入速度和格式一致。但BIM 技術(shù)在國(guó)內(nèi)的公路設(shè)計(jì)工作中還處于初級(jí)階段，不僅經(jīng)驗(yàn)不足，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也不健全。此外，由于公路工程本身的特性，所涉及的信息太多，使得技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)不能得到有效確定。再次，缺乏與公路設(shè)計(jì)相關(guān)功能的支撐，缺乏相應(yīng)的應(yīng)用系統(tǒng)。BIM 技術(shù)是一項(xiàng)融合了信息化管理、三維建模等技術(shù)的新型技術(shù)，要提高BIM 技術(shù)在公路設(shè)計(jì)中的實(shí)際應(yīng)用效果，必須提高BIM 技術(shù)的輔助功能，但目前我國(guó)在這一領(lǐng)域尚有不足之處，比如有關(guān)三維建模的軟件，國(guó)內(nèi)有些軟件與國(guó)外的技術(shù)水平有很大的差距，這些功能上無(wú)法充分地適應(yīng)公路設(shè)計(jì)工作的要求，無(wú)法充分發(fā)揮BIM 技術(shù)的作用，進(jìn)而對(duì)公路設(shè)計(jì)工作產(chǎn)生不利影響。最后，缺少專門(mén)的應(yīng)用人員，缺乏優(yōu)秀的人才。BIM 技術(shù)是一項(xiàng)受到政府高度重視、業(yè)界公認(rèn)的新技術(shù)，各高校紛紛設(shè)立相應(yīng)的專業(yè)，以提高學(xué)生的素質(zhì)。然而，就目前BIM 技術(shù)的培訓(xùn)現(xiàn)狀來(lái)看，BIM 技術(shù)的培訓(xùn)主要集中在建設(shè)領(lǐng)域，而對(duì)公路設(shè)計(jì)等方面的人才培訓(xùn)意識(shí)不強(qiáng)。這導(dǎo)致了BIM技術(shù)在公路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用缺乏專業(yè)人才給予支撐，不能確保BIM 技術(shù)在工程領(lǐng)域的推廣[3]。

4 BIM 技術(shù)在公路設(shè)計(jì)中的有效應(yīng)用對(duì)策

4.1 積極融合多種技術(shù)

由于公路建設(shè)具有工程量大、涉及范圍廣等特點(diǎn)，因此在技術(shù)上的應(yīng)用難免會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題，這就使得BIM 技術(shù)在實(shí)踐中的應(yīng)用變得越來(lái)越困難。所以，在實(shí)際的工程中，應(yīng)積極地把BIM 技術(shù)與其他技術(shù)相融合，根據(jù)公路工程的實(shí)際情況，采用多種工藝配合設(shè)計(jì)，減少設(shè)計(jì)難度，保證設(shè)計(jì)的合理、科學(xué)和全面。如將BIM 技術(shù)與GIS 技術(shù)相融合，一方面能解決工程項(xiàng)目的規(guī)模大、工程量大、環(huán)境復(fù)雜等問(wèn)題。另一方面，利用BIM 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工程方案進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。這種方法在大規(guī)模的項(xiàng)目中，具有很高的實(shí)用意義。

4.2 制定完善應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)

為確保BIM 技術(shù)在公路設(shè)計(jì)工作中的有效應(yīng)用，將BIM 技術(shù)的實(shí)用性得到充分體現(xiàn)，制定相應(yīng)的規(guī)范就顯得尤為必要，只有強(qiáng)化BIM 標(biāo)準(zhǔn)化體系建設(shè)，才有可能為技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展做出一些貢獻(xiàn)。所以，BIM 技術(shù)在公路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，必須得到政府的高度關(guān)注和大力扶持，并得到業(yè)內(nèi)專家的大力扶持，就技術(shù)規(guī)范中的缺陷進(jìn)行剖析和研究，并提出相應(yīng)的改進(jìn)對(duì)策，從而制定相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范，確保BIM 技術(shù)在公路設(shè)計(jì)中的發(fā)展。比如，BIM 技術(shù)中關(guān)于數(shù)據(jù)的格式問(wèn)題，要盡早實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一，以保證它在實(shí)際中可被快速地錄入，為得到更好的分析和優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案提供保障。

4.3 提高軟件開(kāi)發(fā)效率

BIM 技術(shù)的實(shí)施需要軟件加持，BIM 技術(shù)的作用才能真正地得到體現(xiàn)，從而為公路設(shè)計(jì)后續(xù)工作的順利進(jìn)行奠定基礎(chǔ)。所以，目前的公路設(shè)計(jì)師必須積極結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)要求，深入剖析目前BIM 技術(shù)在公路設(shè)計(jì)中的問(wèn)題，并與不同的軟件開(kāi)發(fā)者進(jìn)行有效合作，從而提供公路設(shè)計(jì)專業(yè)軟件的研究和開(kāi)發(fā)工作。這樣可以確保BIM 軟件的性能得到不斷完善，從而使設(shè)計(jì)工作簡(jiǎn)化，使之設(shè)計(jì)出與公路設(shè)計(jì)工作實(shí)際需要相適應(yīng)的軟件，為提高我國(guó)公路設(shè)計(jì)工作質(zhì)量提供技術(shù)上的支持。

4.4 加大人才培養(yǎng)力度

在進(jìn)行公路設(shè)計(jì)過(guò)程中，技術(shù)人才的質(zhì)量和能力，決定著設(shè)計(jì)的合理性和應(yīng)用的有效性。為此，我國(guó)必須提高目前設(shè)計(jì)人員的專業(yè)技術(shù)水平，并開(kāi)展相應(yīng)的培訓(xùn)活動(dòng)，使其可以更好地應(yīng)用BIM 技術(shù)，持續(xù)提高專業(yè)技術(shù)人才的整體水平。與此同時(shí)，目前國(guó)內(nèi)急需大力培養(yǎng)新型公路設(shè)計(jì)技術(shù)人員，以BIM 技術(shù)為主，從人才方面為BIM 技術(shù)在公路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)[4]。

5 BIM 技術(shù)應(yīng)用展望

從國(guó)家的創(chuàng)新發(fā)展策略和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的角度來(lái)分析，BIM 技術(shù)在國(guó)內(nèi)還有很大的發(fā)展?jié)摿?。雖然BIM技術(shù)已經(jīng)在我國(guó)各行各業(yè)得到廣泛應(yīng)用，已經(jīng)掀起了技術(shù)改革的新浪潮，但在狂熱的技術(shù)改革之中，也要清醒地思考，在工程的執(zhí)行與可持續(xù)發(fā)展中，要秉持追求卓越的精神，不要過(guò)分追求“短、平、快”，而忽視長(zhǎng)遠(yuǎn)的利益與品質(zhì)。注重實(shí)效，摒棄過(guò)度包裝；循序漸進(jìn)，避免不求甚解；要堅(jiān)持從基層做起，以“工匠精神”為根本，對(duì)BIM 技術(shù)進(jìn)行完善和推廣。BIM 的全名是建筑信息模型，其核心就是建模和信息。由于建模是信息的載體，它的作用是傳達(dá)，所以BIM 技術(shù)的核心仍然是信息。BIM 技術(shù)是當(dāng)前國(guó)內(nèi)公路設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要技術(shù)，但仍處在模型化階段，尚未真正深入信息之中，因此，在未來(lái)的道路上，BIM 技術(shù)的應(yīng)用主要有兩個(gè)方面。

5.1 三維正向設(shè)計(jì)

如果說(shuō)最初的技術(shù)轉(zhuǎn)型是手工繪圖向CAD 制度的轉(zhuǎn)變，那么CAD 向BIM 則是技術(shù)上的另一次革命。三維正向設(shè)計(jì)，就是利用BIM 技術(shù)完成所有的設(shè)計(jì)工作，不再依靠傳統(tǒng)的二維圖紙。通過(guò)三維建模貫通整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程后，BIM 技術(shù)將充分利用其協(xié)同化特點(diǎn)。由于傳統(tǒng)的平面圖缺少即時(shí)的信息傳輸能力，如果在設(shè)計(jì)中發(fā)生了修改，很有可能要重畫(huà)一張?jiān)O(shè)計(jì)圖，從而會(huì)對(duì)多個(gè)領(lǐng)域產(chǎn)生一定的干擾，從而大大降低工程的進(jìn)程。BIM 可以實(shí)時(shí)地進(jìn)行建模，一旦發(fā)生變化，所有的模型都會(huì)發(fā)生變化，再也不會(huì)出現(xiàn)重新繪畫(huà)的情況，從而增強(qiáng)了各部門(mén)之間的協(xié)同性和設(shè)計(jì)效率[5]。

與此同時(shí)，BIM 建模的可視化使得設(shè)計(jì)者更容易掌握，初學(xué)者在剛接觸平面圖形時(shí)，常常很難看懂，要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)期的積累和掌握，方能逐漸上手，而B(niǎo)IM 建?？梢宰屧O(shè)計(jì)師們看到真正的建筑，這樣就可以降低入行門(mén)檻，加快培養(yǎng)專業(yè)人士的步伐。

BIM 技術(shù)具有可出圖性能，能夠快速地畫(huà)出任何截面的平面圖形，模型中設(shè)定尺寸標(biāo)注樣式，能夠快速地按照模型的大小信息進(jìn)行各種大小標(biāo)記，而不是在平面圖紙上進(jìn)行標(biāo)記，大大提升了成果出具的效率和質(zhì)量。

5.2 貫穿工程全生命周期的信息傳遞

BIM 的信息既可以應(yīng)用于設(shè)計(jì)階段，也可以應(yīng)用到施工、管理、維護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)。以BIM 為基礎(chǔ)構(gòu)建的數(shù)字化管理體系滿足設(shè)計(jì)、施工等各層面的工作需要，并在整個(gè)工程全過(guò)程中多方參與專業(yè)間的信息交流、協(xié)同管理，從而達(dá)到對(duì)工程的全面預(yù)報(bào)和監(jiān)測(cè)。BIM 可以將不同階段的數(shù)據(jù)、過(guò)程和資源聯(lián)系起來(lái)，將全行業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈貫穿起來(lái)，為公路工程工業(yè)化發(fā)展提供技術(shù)保證，從而推動(dòng)交通運(yùn)輸行業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。

6 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，我國(guó)的道路建設(shè)項(xiàng)目日益增多，這就為公路設(shè)計(jì)和施工帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。目前，BIM 技術(shù)的發(fā)展必須在軟件的支持下，整合多種技術(shù)，制定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)展軟件開(kāi)發(fā)，加強(qiáng)技術(shù)培訓(xùn)，才能真正提高BIM 技術(shù)的應(yīng)用水平，為我國(guó)公路設(shè)計(jì)的發(fā)展起到推動(dòng)作用。