萬磊、鄒林、王誼

（中國建筑土木建設(shè)有限公司，北京 100067）

0 引言

要想提高公路工程的實施效果，就需要全面提升在設(shè)計階段BIM 等工程技術(shù)應(yīng)用項目的高效性、自動性和全面性。在實際設(shè)計活動中，由于存在著不少BIM 技術(shù)難題，因此工程設(shè)計機構(gòu)需要在保證高速公路工程總體穩(wěn)定與安全性的前提下，完善施工效益。在設(shè)計實踐中需要實現(xiàn)工程理論和實際緊密結(jié)合，進一步提高對BIM 技術(shù)應(yīng)用的控制能力，從而整體提高公路工程的效益與應(yīng)用能力。

1 BIM 技術(shù)的概念

BIM 技術(shù)創(chuàng)建于20世紀70年代，其技術(shù)被認定是建造工程全生命周期中的模型被整合在一個模塊中，這個模塊包括關(guān)于施工進度以及工程狀態(tài)等的數(shù)據(jù)。BIM 是一種大規(guī)模數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，其中包括關(guān)于建筑材料的全部數(shù)據(jù)，它可用來處理整個工程生命周期內(nèi)的各種數(shù)據(jù)。以往的施工項目采取圖紙方式，通過對圖紙數(shù)據(jù)進行計算以實現(xiàn)管理，很難和特定的工程尺寸形成直接的聯(lián)系。BIM 作為一種綜合技術(shù)，利用數(shù)據(jù)的元素模擬房屋的構(gòu)造并揭示房屋構(gòu)件的主要物理特征。在BIM 技術(shù)的幫助下，可以通過建立3D 模型來進行對實際建設(shè)項目的3D 顯示，同時通過對成品建筑進行預(yù)模擬來完善產(chǎn)品設(shè)計過程。該建筑以非可視化的2D 平面結(jié)構(gòu)圖為基礎(chǔ)，因此在3D 空間中，人們很容易忽視建筑物的主要特點，從而降低工程設(shè)計精度以及后期的及時性。

2 公路工程設(shè)計階段BIM 技術(shù)應(yīng)用的重要性

公路工程設(shè)計階段BIM 的應(yīng)用必須貫徹到位，完善的三維數(shù)據(jù)模型也需要應(yīng)用到公路工程控制和管理的流程中。唯有在三維數(shù)據(jù)模型應(yīng)用中進一步完善BIM 技術(shù)，才能真正提升公路工程數(shù)據(jù)處理和分析的技術(shù)性、科學(xué)性。在現(xiàn)階段，公路工程設(shè)計階段BIM 技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)具有越來越明顯的安全性和越來越強烈的實用性，這同時也是為了提高工程設(shè)計效率、管理效果和滿足施工質(zhì)量的需要。在公路工程設(shè)計階段中需要全面考量工程施工過程對設(shè)計執(zhí)行結(jié)果的影響。

另外，根據(jù)施工的規(guī)范和特點，在現(xiàn)階段需要更加注重構(gòu)建施工管理綜合模型。在當前實施城鎮(zhèn)化的過程中，公路工程數(shù)據(jù)模型構(gòu)建的自動度、高效性是十分關(guān)鍵的，是進一步提升城鎮(zhèn)化管理水平和運營能力的關(guān)鍵方面，為維護城鎮(zhèn)化的安全運行，還需要強化與高速公路建設(shè)信息分析等環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)共享，更加注重整體建模、工程分析的技術(shù)要求，以達到在高速公路設(shè)計階段BIM 信息技術(shù)應(yīng)用的最好效果。只有充分把控模型制作的實際情況和性能需求，才能不斷推進設(shè)計階段BIM 技術(shù)應(yīng)用的功能發(fā)揮，實現(xiàn)更加良好的效益。

3 公路工程設(shè)計階段BIM 技術(shù)應(yīng)用中存在的問題

3.1 設(shè)計階段BIM 技術(shù)應(yīng)用的效果不足

設(shè)計階段BIM 技術(shù)應(yīng)用中對于各方面因素的考慮不夠到位，設(shè)計人員往往忽略了某一個方面的影響，只是依據(jù)要求來計算數(shù)據(jù)，而忽視了現(xiàn)實中的種種客觀條件，如自然條件、地理環(huán)境、交通狀況等。公路工程設(shè)計中的結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料審核與選擇、工程運營維護方面也考慮得不夠全面，導(dǎo)致公路工程承載能力不足，整體性能和使用質(zhì)量降低。因為在現(xiàn)階段對公路工程建設(shè)中BIM 技術(shù)應(yīng)用工作的關(guān)注度還不夠，使得BIM 技術(shù)應(yīng)用成效不足，與此同時在公路工程模型建設(shè)之前的家族庫建設(shè)、施工數(shù)據(jù)計算并未形成相應(yīng)的效率和效益，使得建模制作效果不夠，也無法保證工程的平穩(wěn)與安全。所以，在實踐過程中缺少對設(shè)計階段BIM 技術(shù)使用的關(guān)注度，一方面破壞了工程設(shè)計經(jīng)濟效益和實際應(yīng)用功能，另一方面在設(shè)計階段的BIM 技術(shù)使用過程中加大了不必要的資源和能源消耗。

3.2 公路工程設(shè)計的能力和水平偏低

設(shè)計階段BIM 的使用能力欠缺也是造成施工性能問題的最主要因素。在設(shè)計階段，部分工程設(shè)計技術(shù)人員由于自己技術(shù)能力和工程設(shè)計水平的局限，在設(shè)計工作中未能清楚地標示設(shè)計文件，對橋梁的受力方式和受力部位也無法清晰形象地表達，從而造成公路工程部分構(gòu)件的受力集中，受力分析不科學(xué)，整體承載能力降低。BIM 的應(yīng)用設(shè)計中需要考慮工程人員素質(zhì)和技術(shù)能力，以此為基礎(chǔ)確定出正確、合理的工程量估算策略與方法。設(shè)計人員在工程實踐中沒有做出進一步完善的方案，導(dǎo)致公路工程數(shù)據(jù)模型構(gòu)建措施未能發(fā)揮出應(yīng)有的效果。另一主要原因是公路工程族庫建設(shè)時在信息分析工作中出現(xiàn)了缺陷，如數(shù)據(jù)分析技術(shù)不能滿足國家相關(guān)規(guī)定與規(guī)范，在進行建設(shè)的整體模擬過程中也無法達到對三維數(shù)據(jù)模型的需求，從而大大降低了在設(shè)計階段對BIM 技術(shù)應(yīng)用的力度。

4 BIM 方法在公路改擴建工程不同時期的應(yīng)用

4.1 設(shè)計階段

BIM 道路設(shè)計是一個綜合型的信息系統(tǒng)設(shè)計，融合了土木建筑工程和通信安全等方面的知識，它們由多個學(xué)科設(shè)計者的研究和結(jié)果所集成。由于公路建設(shè)項目的復(fù)雜性以及跨學(xué)科的設(shè)計概念和藍圖之間往往彼此矛盾，因此造成建設(shè)項目返工速度較慢，項目建造時間也更長。BIM 技術(shù)可用來解釋在不同學(xué)科建設(shè)項目中的競爭，從而優(yōu)化工程項目設(shè)計質(zhì)量，減少土地所有者的建造成本。隨著項目的逐步實施，相關(guān)部門將不斷改革創(chuàng)新，關(guān)于該項目的資訊也將逐步增多。

4.2 合理設(shè)計施工方案

在原來的工程設(shè)計階段，由于各個技術(shù)工程的技術(shù)人員相互之間無法實現(xiàn)高效的互動和交流，因此非常容易產(chǎn)生設(shè)計方案的變更、后期返工等情況。而通過應(yīng)用BIM 技術(shù)能夠清楚顯示工程設(shè)計方案，從而便于在各個專業(yè)工程技術(shù)人員之間做出合理調(diào)度，并迅速解決出現(xiàn)的情況，具體應(yīng)用方法如下。由于通過應(yīng)用BIM 技術(shù)能夠直接向項目管理技術(shù)人員展示工程施工方案，從而可以使他們直觀清楚地看到整個高速公路的施工流程，并充分理解不同工期時點與工期過程間存在的時間交錯問題，從而使整個公路工程建設(shè)的質(zhì)量大幅度改善，而且也能夠使整個工程建設(shè)方案的質(zhì)量穩(wěn)定性獲得良好保證。通過在公路建筑施工過程中應(yīng)用BIM 技術(shù)，可以搞好對建設(shè)施工現(xiàn)場的勘察工程，從而減少建設(shè)施工現(xiàn)場中引起重大安全事故的概率，使建筑施工安全狀況得以大幅度改善。在公路的建筑施工過程中必須保證模板設(shè)置正確，焊接嚴密，不得發(fā)生滲漏的現(xiàn)象。

4.3 數(shù)據(jù)信息化

為了在道路施工中應(yīng)用BIM 技術(shù)，工作人員需要將相應(yīng)的數(shù)據(jù)和要求導(dǎo)入計算機設(shè)備，并建立相應(yīng)的施工模式，以便達到數(shù)據(jù)信息化要求。到目前為止，和土木工程有關(guān)的主要工作是將各種數(shù)據(jù)以圖紙的方式展示，或以紙質(zhì)方式提供給使用者。尤其是在近年來，人們利用BIM 技術(shù)為建筑設(shè)計者制作3D 模型創(chuàng)造條件，而建筑設(shè)計模型也隨著建筑設(shè)計的多樣化和復(fù)雜化，對設(shè)計者的需求也日益提高。而與此同時，建筑設(shè)計者又面對著嚴峻考驗。利用BIM 設(shè)計技術(shù)能夠獲取大量和可視化排水的建筑設(shè)計模型信息和資料，為順利進行建筑設(shè)計工作提供了良好的依據(jù)。

4.4 智能工程

BIM 技術(shù)在高速改擴建工程中的應(yīng)用，完全說明了建造項目正朝著高度智能的方向發(fā)展。而采用BIM 技術(shù)施工高速公路將擴大智能信息技術(shù)的應(yīng)用范圍，可在工程實施過程中對施工動態(tài)信息進行連續(xù)管理，由此也可以大大提高項目的施工效率。另外，通過視覺建筑模擬手段，BIM 技術(shù)能夠進一步優(yōu)化建筑方案。利用BIM 技術(shù)，能夠促進高速公路建設(shè)項目的多元化并最大限度地增加項目利潤。

4.5 資源共享

和以前的建設(shè)工作一樣，建設(shè)企業(yè)的各個部分都必須彼此協(xié)作，不過大多數(shù)企業(yè)當前的建設(shè)部分還是單一的，相互之間缺乏交流與互動。通過采用BIM 信息技術(shù)，能夠達到共享設(shè)計信息資料的目標，并且技術(shù)人員能夠利用相關(guān)信息系統(tǒng)作為支撐，進而顯著提高施工管理水平。同樣，使用BIM 信息技術(shù)能夠提高部門間的協(xié)同，從而減少建筑施工中的差錯。另外，BIM 信息技術(shù)還能夠在高速公路施工期間使用，以更加豐富數(shù)據(jù)。

5 提高路橋工程設(shè)計階段BIM 技術(shù)應(yīng)用水平的策略

5.1 在設(shè)計階段應(yīng)用BIM 技術(shù)自動計算工程量

路橋項目建設(shè)時需要在設(shè)計階段使用BIM 的自動測算工程量，因為包含的各種施工數(shù)據(jù)都比較復(fù)雜，信息量相當大，信息處理和分析操作都相當困難，所以采用BIM 的模型數(shù)據(jù)庫存放大量信息，并且利用電腦實現(xiàn)高效率讀取。BIM 數(shù)據(jù)庫還能夠進行工程量的自動分類與測算，在這個過程中大大減少因人工運算而出現(xiàn)的故障現(xiàn)象。路橋設(shè)計變更以后，BIM 技術(shù)自動測算的工作量也相應(yīng)變更，從而保證工程量數(shù)據(jù)的準確性和科學(xué)性。

另外，利用BIM 設(shè)計的關(guān)系數(shù)據(jù)庫，能夠形成路橋建筑三維數(shù)據(jù)模型，其信息模塊可以集成各種信息，包含構(gòu)件圖塊、模板、視圖的各種圖元，且各種圖元之間彼此關(guān)聯(lián)。通過使用BIM 的基礎(chǔ)軟件構(gòu)建的數(shù)據(jù)庫，能夠準確高效地獲得實物數(shù)據(jù)。此外，工作人員利用數(shù)據(jù)庫接口也能夠獲得實物數(shù)據(jù)。設(shè)計人員應(yīng)當加強數(shù)據(jù)模型構(gòu)建的模型制作，數(shù)據(jù)模型構(gòu)建內(nèi)容具備復(fù)雜性，應(yīng)不斷優(yōu)化模型制作手段，將設(shè)計階段BIM 技術(shù)應(yīng)用落實到位，督促設(shè)計單位嚴格按照規(guī)范進行設(shè)計，按照工程管理的要求制作模型。此外，在設(shè)計階段BIM 技術(shù)應(yīng)用過程中應(yīng)緊緊把控族庫建設(shè)與數(shù)據(jù)計算的效果，將成本控制與工序管理落實到細節(jié)之處。按照設(shè)計要求來落實設(shè)計階段BIM 技術(shù)應(yīng)用，實現(xiàn)更加合理、協(xié)調(diào)的工程量計算措施，必須加強路橋工程整體模型的信息共享和工程量數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)路橋工程設(shè)計階段BIM 技術(shù)應(yīng)用的高質(zhì)量進行。

5.2 創(chuàng)新協(xié)同化的工作模式和工程管理模式

BIM 技術(shù)在設(shè)計階段的應(yīng)用可以完善路橋建設(shè)基本標準，應(yīng)用協(xié)同化的工作模式來充分提升路橋設(shè)計的質(zhì)量，設(shè)計人員通過選取技術(shù)水準高的BIM 技術(shù)軟件，統(tǒng)一插件與接口輸出形式，可以實現(xiàn)設(shè)計標準的統(tǒng)一，充分實現(xiàn)設(shè)計人員的工作需求。此外，通過創(chuàng)新協(xié)同化的工作模式和施工管理機制，施工人員能夠合理調(diào)配施工整體模式，從而達到更為優(yōu)秀的施工效益，并充分發(fā)揮在設(shè)計階段BIM 信息技術(shù)應(yīng)用工作的有效性，以更規(guī)范的設(shè)計要求和標準來提高施工運營管理的效益與功能。關(guān)于項目施工過程中必須落實的前期數(shù)據(jù)準備工作，通過深入研究數(shù)據(jù)系統(tǒng)，在保證工程總體平穩(wěn)與安全的基礎(chǔ)上，逐步完成關(guān)于工程數(shù)據(jù)模型的建設(shè)質(zhì)量和施工效益。

6 結(jié)語

工程項目通過應(yīng)用BIM 技術(shù)實現(xiàn)了現(xiàn)場布局及優(yōu)化，大大減少了場布土地面積和臨水臨電管理費，同時充分發(fā)揮了已有資源，有效降低了前期投資。把原來獨立建設(shè)的水泥拌制站、瀝青拌和站、水穩(wěn)拌制站統(tǒng)一規(guī)劃到某個體系中，共用同一組篩分體系、同一套管理體系，因此大大減少了土地使用面積，降低了場站建設(shè)管理費用。應(yīng)用BIM 技術(shù)危險建筑可視化方案分析，結(jié)果更加直觀、精準，有效保障了施工安全并提升了建筑品質(zhì)，節(jié)省了工程時間。同時，應(yīng)用BIM 技術(shù)全面分析輔助方案的設(shè)計論證，有效地加強了方案設(shè)計論證效果。