佘宏伟 康瑞
河南省机场集团有限公司 河南省郑州市 450000
摘要：随着经济和信息技术的快速发展，BIM技术的应用与推广为公路工程的设计与优化带来了新的机遇与挑战。论文在梳理公路工程特征与设计应用需求的基础上，系统阐述公路工程不同结构对象的建模与整合方法，重点研究设计方案审查、工程量估算、可视化展示等公路BIM感知与设计评价方法，并提出BIM设计成果为公路工程全生命周期管理提供数据基础。
关键词:设计优化；方案审查；虚拟现实；建筑信息建模；公路设计
引言
公路建设关系着国家宏观战略、地方经济发展和居民日常出行，公路设计的科学性、合理性对公路建设起到决定性作用。目前，基于CAD的公路设计方法多以“3-2-3”设计思路为主，用二维的CAD图纸表达三维设计创意，之后创建三维实体模型，其设计过程不可避免地会出现设计意图表达不准确、空间信息丢失和错漏碰缺问题。建筑信息建模（BuildingInformationModeling,BIM）在三维空间进行设计与协同，为公路工程的设计与优化带来了新的思路与机遇。
1公路工程BIM技术特点
公路工程BIM不仅是模型，而是具有数字化、信息化、协同性特点，可用于提高工程建设、管理水平的一项技术。公路工程BIM具有以下特点。（1）高速公路建设延绵几十乃至上百公里，除公路对象本身外，还需对其影响范围内的地形、地貌、地质信息进行收集和处理，公路工程BIM涉及的对象体量庞大。（2）公路设计以平面方向为主，采用平、纵、横等表达设计意图，相较建筑行业，专业间协作要求低，容错率相对较高。（3）公路工程虽然近年来随标准化的普及推广，少部分工程对象也具有类似特征，但大部分对象兼具线性特点，几何形状从平、纵、横三个方向分直线、曲线或缓和曲线，精确表达难度相对较大。
2公路工程BIM技术原理
BIM技术的一切工作是基于模型的，BIM模型应具有：是以参数化为代表的更为智能的方式被控制，通过数据可实现简单快捷的修改和更新；模型中包含有组织的几何及非几何数据信息，这些信息应能够被用来计算。各组成模型之间应具有联动性，且这种联动关系是基于与现实物理世界一致的逻辑关系而创建的，既包含空间位置关系，也包含规范标准中的上、下限阈值，以此进一步可完成以碰撞检查为代表的方案智能审核等应用；模型应具有可操纵性、可模拟现实世界的功能。
3BIM技术在公路工程设计中的应用
3.1多结构对象的BIM建模与整合
公路工程中涉及地形、道路、桥梁、隧道等多种结构对象，需要结合不同类型的软件进行相应模型构建，不同软件的数据格式、模型精度、坐标位置不尽相同，还需要将不同对象建模结果整合到一个统一的场景中，以满足工程设计需求。本文以Autodesk的软件体系为例，对公路工程的多结构对象BIM建模与整合方法进行系统总结。（1）地形创建基于地形点云、电子地形图、等高线等数据构建地形曲面，结合设计的道路中心线、横断面、纵断面设计数据，构建道路装配，完成带有多级放坡的道路曲面模型构建，为道路选线和土方计算提供精确的地面模型。（2）道路模型自动创建道路模型的构建即道路横纵断面的设计，要求路面宽度、路基填挖方、道路放坡以及道路附属设施的装配上与实际道路相符。Civil3D可以通过自定义方式自动创建道路横纵断面模型，与所创建好的真实地形模型贴合后，能够真实反映所建道路，节省了设计阶段对道路横纵断面图的绘制环节。（3）桥梁的参数化族构建桥梁具有结构清晰、构件功能明确的特征，公路工程全线建设通常包含多座桥梁，通过桥梁结构参数化建模方法实现桥梁BIM参数化快速建模及出图。
可利用Revit结合Dynamo，首先使用Revit对各桥梁结构进行建模，再利用Dynamo自动创建功能进行构件组合，同时可通过参数驱动灵活调整桥梁构件满足用户需求。另外，还可以将各通用族模型复用在不同的桥梁设计中，大大节省桥梁模型构建所需的时间。（4）隧道创建隧道模型与道路模型构建方法一致，建造隧道BIM模型时需按照设计要求设置取弃土方量。可利用Civil3D结合GIS软件，运用Civil3D软件制作无数据信息的三维模型，并结合GIS软件提取的三维地形数据生成三维数据模型。其次,在三维数据模型的基础上,结合地质软件进行专业地质设计,最后生成隧道模型。
3.2全线整合
公路工程不同结构对象的BIM模型需要通过不同软件进行绘制与编辑，由于各个软件功能性不同，因此，所构建好的模型无法在同一款软件中直接整合，需要将建好的每部分模型转换成通用格式文件利用整合软件组合拼接。一般将地形、道路曲面的IMX格式文件和桥梁模型的FBX格式文件添加进Infraworks中，选择好合适的坐标系，地形、道路曲面将会在Infraworks中生成。在放置桥梁模型时，选择和地形、道路曲面相同的坐标系，从而完成全线桥梁与地形、道路的模型整合。
3.3BIM信息管理平台
传统管理模式中，业主、施工单位、监理单位为主要参与方，管理的核心目标是对项目质量、进度和成本的有效控制。控制手段以纸质版文件的填报和审批为主，查阅及传递效率低；业主工作压力大，且往往缺少相应的工程技术知识及管理能力，监理方仅负责控制质量，难以辅助业主管理整个项目，工作中与进度、成本等多有脱节，施工单位传递给业主的信息往往经过“加工过滤”，管理体系缺乏对现场情况的真实反馈和记录，易造成决策不当，工期拖延、质量缺陷或成本失控等问题；项目的建设与运营分开管理，造成施工管理方式上对运营阶段的考虑不足；竣工后诸多施工中有价值的数据分散存储，且多以纸质或扫描版为载体，变为“死数据”，无法有效查询和后续利用。
3.4三维设计校审减少设计错漏碰缺
基于BIM模型展开设计校审与三维协同会签审核，能够较好的完成校审体系的数字化管控，确保校审流程数据的全面性输送。对于施工图的具体设计环节，还能利用数字技术的三维可视化技术、4D施工模拟技术以及碰撞检查技术等方案，能够有效辅助设计人员发现问题、迅速处理因碰撞、净空不足造成的一系列问题，降低现场返工，进一步减少了滥用资源现象，能够及时统计好工程量，降低建设资源损耗，设计质量得到显著提升。
3.5数字化管理提高施工过程的资源管控
在建设的整个过程中会产生很多数据与资料，以往的施工流程管理主要分为纸质文档与线上两种管理模式，与现场实施项目衔接不上，极易发生管理资料和现场施工不符，引发数据编改，导致数据内容不准确；施工中物料没有得到严格的管理，优质物料与场地标准化管控很难实现；不能立即转达调整施工计划的有关信息，很难利用三维可视化展开直观了解。
结语
BIM技术在公路工程设计中的应用与推广仍是当前具有挑战性的问题之一，本文围绕BIM技术在公路工程设计中的应用与创新方法展开研究，在梳理公路工程特征与设计应用需求的基础上，对公路工程地形、道路、桥梁、隧道等多结构对象建模与整合方法进行了系统梳理，并重点对设计方案审查、工程量估算、可视化展示等符合公路工程特点的BIM模型感知与设计评价方法进行了研究，最后提出了BIM设计成果传递要求，为公路工程全生命周期管理提供数据基础。
参考文献
[1]刘宏刚,张海华,甘一鸣,等.施工企业BIM应用策略研究[J].高速铁路技术,2016,7(4):1-7.
[2]张茜茜.BIM应用于市政桥梁设计的研究和实践[J].科学技术创新,2019(20):122-123.