張翼飛 余晨曦

（華東交通大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院，江西 南昌330013）

1 概述

BIM技術(shù)被認(rèn)為是一項能夠突破建筑業(yè)生產(chǎn)效率低和資源浪費(fèi)等問題的技術(shù)，是建筑設(shè)計的第二次革命。 我國工程建設(shè)業(yè)從2002 年以后開始接觸BIM理念和技術(shù)，現(xiàn)階段國內(nèi)BIM技術(shù)的應(yīng)用以設(shè)計單位為主，遠(yuǎn)不及美國的發(fā)展水平和普及程度，整體上仍處于起步階段，遠(yuǎn)未發(fā)揮出其全生命周期的應(yīng)用價值。當(dāng)前國內(nèi)各類BIM咨詢企業(yè)、培訓(xùn)機(jī)構(gòu)、政府及行業(yè)協(xié)會也越來越重視BIM的應(yīng)用價值和意義，國內(nèi)先進(jìn)的建筑設(shè)計單位等亦紛紛成立BIM技術(shù)小組，積極開展建筑項目全生命周期各階段BIM技術(shù)的研究與應(yīng)用。

BIM 技術(shù)作為一種近年來出現(xiàn)的信息化技術(shù)，或者說是一種全新的技術(shù)理念。但是，由于我國的BIM技術(shù)發(fā)展起步晚，缺乏較成熟的理論支點(diǎn)和相關(guān)的軟件平臺，使得我國的BIM技術(shù)發(fā)展較為滯后，特別是在高速公路工程中的應(yīng)用，雖然一些重大項目的施工已經(jīng)應(yīng)用了BIM 技術(shù)，但大多運(yùn)用的都較為片面。目前來說大部分的設(shè)計單位進(jìn)行的BIM 工作僅僅是將二維圖紙轉(zhuǎn)化為三位模型以供向業(yè)主進(jìn)行設(shè)計展示。因此，如何將BIM 技術(shù)深入的應(yīng)用于我國高速公路設(shè)計中，真正的實(shí)現(xiàn)三維輔助設(shè)計、各專業(yè)的協(xié)同工作等問題，應(yīng)該是我接下來應(yīng)該關(guān)注的重點(diǎn)問題。

2 BIM 技術(shù)在高速公路工程設(shè)計中的優(yōu)點(diǎn)

高速公路工程的信息量巨大，復(fù)雜構(gòu)件較多，涵蓋各種復(fù)雜類型，影響范圍廣泛，沿線控制因素眾多，線路方案設(shè)計及比選較為困難，關(guān)鍵技術(shù)節(jié)點(diǎn)難以把控。而BIM技術(shù)可以將所有信息整合在一個建筑信息模型上，將完整的設(shè)計方案展示出來，輔助設(shè)計，同時使各設(shè)計部門的交流溝通更為便捷。

2.1 可視化

BIM建筑信息模型，能夠?qū)⑺械臉?gòu)件信息以一種三維圖紙的方式展現(xiàn)出來，輔助各設(shè)計部門，使項目的設(shè)計及溝通交流在完全可視化的狀態(tài)下進(jìn)行。真實(shí)模擬高速公路設(shè)計階段的橋梁形式、隧道斷面、綜合管廊、行車道組成、燈光配合，能夠體現(xiàn)重點(diǎn)，加快設(shè)計部門解決問題的速度，使設(shè)計更為直觀，達(dá)到所見即所得的效果。

2.2 協(xié)調(diào)性

傳統(tǒng)二維圖紙難以展現(xiàn)設(shè)計的全部信息，專業(yè)與專業(yè)之間溝通交流較為困難。利用BIM建筑信息模型的協(xié)調(diào)性優(yōu)點(diǎn)，在設(shè)計前期的階段將不同專業(yè)的設(shè)計內(nèi)容放入同一個信息模型，進(jìn)行建筑物、鋼筋、管廊的碰撞檢測，優(yōu)化凈空、優(yōu)化設(shè)計，將設(shè)計中隱患的問題暴露出來，減少在后續(xù)施工階段可能存在的各種損失及返工情況，同時也提高了專業(yè)與專業(yè)之間、設(shè)計方與業(yè)主之間溝通的能力。

2.3 模擬性

高速公路工程大多較為復(fù)雜，施工進(jìn)度難以把控。利用BIM技術(shù)強(qiáng)大的模擬性，在設(shè)計階段進(jìn)行施工組織設(shè)計，再加上時間維度的規(guī)劃，通過協(xié)同工作平臺，使后續(xù)的管理更為直觀，隨時隨地將施工計劃與實(shí)際進(jìn)展相對比。對于工程中的復(fù)雜項目或施工過程中遇到的困難，利用BIM 技術(shù)進(jìn)行虛擬施工，現(xiàn)場預(yù)演，使現(xiàn)場施工人員能夠?qū)こ谈鼮榱私?，提升施工質(zhì)量，大大減少安全問題。

2.4 優(yōu)化性

根據(jù)高速公路工程線路較長，地形復(fù)雜，涉及橋梁隧道較多等特點(diǎn)，利用BIM 強(qiáng)大的設(shè)計分析功能，制作數(shù)字地形模型（DTM），對設(shè)計線路進(jìn)行平、縱、橫斷面優(yōu)化，參數(shù)化橫斷面與數(shù)字地形模型相關(guān)聯(lián)，自動識別填挖方放坡，實(shí)時更新工程量，使設(shè)計人員更了解每個方案所涉及的所有影響因素，達(dá)到最優(yōu)選線的目的。

3 BIM 技術(shù)在高速公路工程設(shè)計階段的應(yīng)用探究

針對不同領(lǐng)域有不同的BIM軟件，筆者通過對各大BIM 軟件的綜合分析，選擇Bentley 公司相關(guān)軟件進(jìn)行高速公路工程設(shè)計階段的相關(guān)研究。

3.1 方案比選

3.1.1 二維比選

針對高速公路工程線路控制因素多，線路較長等特點(diǎn)，可以利用BIM的二維，可以根據(jù)衛(wèi)星圖資料，制作全線二維貼圖，并與模型進(jìn)行匹配，通過Microstation 制作二維線性文件，繪制新建線、現(xiàn)狀路、管廊、可能涉及的拆遷地點(diǎn)等主要控制因素，并以不同的顏色進(jìn)行區(qū)分，配合LumenRT 渲染并制作選線漫游，進(jìn)行全程設(shè)計線路的展示，這樣能夠?qū)⒕€路、管廊等專業(yè)的所有設(shè)計內(nèi)容及影響因素清晰直觀的展示在一個平面漫游視頻內(nèi)，使設(shè)計者及業(yè)主能夠更清晰明了項目的整體規(guī)劃（圖1-2）。

3.1.2 三維比選

圖1 二維比選技術(shù)路線圖

圖2 平面漫游展示

建立建數(shù)字地形模型（DTM）是BIM 模型的首要工作，它是BIM模型與真實(shí)地理地形相結(jié)合、分析的基礎(chǔ)。首先根據(jù)高速公路沿線的地質(zhì)環(huán)境條件，利用無人機(jī)拍攝獲取地形源數(shù)據(jù)，或者根據(jù)二維地形圖生成三維三角網(wǎng)模型，根據(jù)實(shí)際情況對三角網(wǎng)離散點(diǎn)進(jìn)行修正，最終生成三位數(shù)字地形模型，再通過剪切等二次處理，與三維路、橋、隧模型相結(jié)合，實(shí)時分析地形，分析設(shè)計線路的優(yōu)缺點(diǎn)，達(dá)到真正三維分析比選的效果。

同時還可以與地理信息軟件GIS 結(jié)合，融合真實(shí)地理信息，對BIM 模型進(jìn)行三維空間關(guān)系分析判斷，包括通視分析、可視域分析、陰影率統(tǒng)計分析、天際線分析、剖面線分析等，實(shí)時展示各個設(shè)計方案的后續(xù)發(fā)展情況，輔助設(shè)計，使比選更為直觀，更具遠(yuǎn)見性。

圖3 三維比選技術(shù)路線圖

3.2 平、縱、橫斷面優(yōu)化

3.2.1 平縱曲線優(yōu)化

首先根據(jù)線路設(shè)計人員提供的設(shè)計路線平縱文件提資，與三維地質(zhì)模型一同導(dǎo)入建模軟件OpenRoads Designer。三維地質(zhì)模型為平縱斷面設(shè)計提供真實(shí)準(zhǔn)確的信息，路線平面線處于地質(zhì)模型內(nèi)，路線縱斷面與三維地質(zhì)模型提取的地面線在同一個設(shè)計視圖中，設(shè)計人員能夠更清楚設(shè)計縱斷面沿線的地形變化。另外，三維地質(zhì)模型的縱斷面曲線與平面線始終相互關(guān)聯(lián)，動態(tài)更新，平面線的任何設(shè)計調(diào)整都會直接在對應(yīng)縱斷面上更新，大大減小設(shè)計人員更改設(shè)計方案的工作量，同時使設(shè)計更為直觀，提高設(shè)計質(zhì)量。

圖4 縱斷面設(shè)計優(yōu)化

3.2.2 橫斷面優(yōu)化

OpenRoads Designer 軟件橫斷面涵蓋了包括道路、橋梁、隧道的所有構(gòu)件的參數(shù)化設(shè)計，在高速公路設(shè)計中，通過橫斷面各部件的幾何關(guān)系及結(jié)構(gòu)約束條件實(shí)現(xiàn)參數(shù)化，便于BIM模型的快速生成，同時增樹木、欄桿、車輛等三維實(shí)體，使設(shè)計結(jié)果更為真實(shí)的展現(xiàn)在設(shè)計者和業(yè)主面前。另外，將橫斷面與路基邊坡設(shè)置不同的邊坡約束條件，系統(tǒng)會自動根據(jù)數(shù)字地形模型選擇邊坡的形式與比例。

圖5 橫斷面自動識別放坡

3.3 施工組織設(shè)計優(yōu)化

高速公路工程中涉及立交互通、橋梁隧道等較多，針對這些結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工環(huán)境復(fù)雜等工程特點(diǎn)，利用強(qiáng)大的施工模擬功能，輔助設(shè)計人員對具體施工工法進(jìn)行應(yīng)用研究，科學(xué)合理的規(guī)劃相關(guān)工序及場地布置。同時，對施工設(shè)計進(jìn)行預(yù)演，能夠使施工人員更為清楚明了工程的重點(diǎn)以及各自的工作內(nèi)容。另外，施工組織設(shè)計能夠及時發(fā)現(xiàn)安全隱患，設(shè)計施工中的各項應(yīng)急預(yù)案，同時能夠作為安全方面的技術(shù)交底。

4 結(jié)論

筆者通過對BIM技術(shù)應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)的闡述，提出了BIM技術(shù)在高速公路工程設(shè)計階段的具體應(yīng)用方法以及技術(shù)路線，具體分析了BIM技術(shù)在方案比選、平縱橫斷面設(shè)計優(yōu)化以及施工組織設(shè)計優(yōu)化中的應(yīng)用優(yōu)勢，為相關(guān)工程提供理論依據(jù)。由此可見，BIM技術(shù)在高速公路工程設(shè)計中的應(yīng)用價值。