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摘要：BIM以三维数字技术为基础，利用数据模型进行道路施工中的数据分析、管网构建等，有效减少了道路冲撞，提升了道路施工的经济性和有效性。本次研究过程中主要在某公路工程施工项目基础上分析BIM平台的构建，利用BIM几何模型和碰撞分析，对方案设计存在的问题进行调整和优化，望为公路工程项目开展提供有效参考依据。
关键词：公路工程；BIM技术；施工方案；优化
BIM技术又被成为建筑信息模型（Building Information Modeling）技术，是继计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）技术之后建筑业出现的又一种计算机应用技术，被誉为建筑业变革的革命性力量。该技术能够通过数据模型分析模拟现场施工情况，发现施工过程中的冲突和问题，及时调整和优化，大大降低了项目施工中二次返修的概率，减少了不必要的经济损失，已经在我国各个领域中得到广泛应用。
1 BIM技术优势分析
BIM技术最早是由美国乔治亚理工大学的Chuck Eastman提出，他在关于建筑描述系统（building description system）的课题中认为可以利用模型结构对建筑施工进行分析，提供决策依据。2002年，Autodesk公司正式构建了建筑信息模型（BIM），对建筑设计进行了一大创新，并在许多实践中得以应用，效益显著。
公路工程项目中利用BIM技术可以准确分析改建项目工程量，按照道路施工、桥梁施工、隧道施工等合理划分各阶段的施工方案、施工进度等，形成细化的工程总量及成本计算结果。在上述操作中大大减少了传统核算中的人工投入，为公路工程项目管理提供了有效参考依据。
除上述优势外，利用BIM技术还能够进行现场模拟。如BIM中的信息模型可以用于施工方案评估和优化。人员可以在采集到的项目数据基础上构建信息模型，配合GIS技术和可视化技术实现施工模拟，确定是否存在道路施工冲突、排水管网冲突等，及时调整，以保证公路工程项目施工的经济性和有效性；可以用于施工进度的模拟，利用国道路面建设三维模型，分析公路工程项目进度是否达标，实时化、动态化展示公路工程进程。
BIM平台的综合管理和施工碰撞不仅能够减少资源的投入，还能够及时发现施工隐患，实现全周期、全过程、动态化管理，已经成为现阶段公路工程方案制定时的重要依据，应用效益非常显著。
2 基于BIM的公路工程施工方案优化
本次研究过程中主要以某地区公路工程项目为例，分析基于BIM平台的施工方案优化，确定其应用效益，现结果如下。
2.1 项目概况
某高速公路连接线道路工程项目全长5.9km，包括道路施工、桥梁施工等，预计工期为12个月。
受环境因素和原道路设计影响，直接按照图纸开展现场施工时很容易出现方案不合理、道路管线冲突等问题，进而导致工期滞后。为解决上述问题，本次施工过程中选用BIM技术进行施工模拟和碰撞，对某地区公路工程及管理中的各项内容进行优化。
2.2 基础支撑
该高速公路连接线道路工程项目管理时利用BIM中心公共应用平台管理系统，在该基础上搭建本次改建项目BIM组织架构、建模标准和协调机制：
（1）组织机构。由BIM项目经理和专业技术人员构成，负责开展道路施工实施建模、BIM碰撞统计、实施方案二次深化等；合理监督道路施工实施的各项工艺环节和施工技术，保证人员严格依照规范及标准开展道路施工。
（2）建模标准。本项目中按照单位BIM技术实施手册中的各项要求形成统一管理规则，对规划阶段、设计阶段、施工阶段及运维阶段的BIM技术规范、建模标准、样板格式等进行完善。
（3）协调机制。主要针对模型应用、碰撞统计、安装施工等开展，全面把控改建进度、改建成本，实现模型纠偏、改建协调，保障方案深化的科学性和有效性。
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图1 基于BIM的道路三维模型构建
2.3 建模优化
（1）模型构建。按照BIM平台中的划分原则，运用EBS方式形成宏观模型、简要模型、微观模型三项解构，并制定相应代码和命名规则，以便于后续运用。本次公路工程过程中构建的三维模型主要包括改建规划模型、道路模型和桥梁简要模型、各类型细微模型，如图1所示。
上述过程中先按照各层次图纸形成初始项目施工模型，对施工方案进行2D图像再现。然后，再通过无人机、测量仪等对环境、地形、路面、桥梁、隧道等数据进行采集，形成全色彩数字影响及三维激光点云，对2D模型中的各项信息进行拓展和优化，并配合技术文件，实现2D模型向3D模型的拓展；最后，将设备、设施、材料等关键数据导入到3D模型中，形成完整的信息模型体系，如图2所示。
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图2 桥梁三维信息模型
（左侧为三维激光点云，右侧为三维模型）
为保证公路工程项目施工工程中3D模型构建的准确性和可靠性，在模型设计过程中应保证多方参与，多专业协同分析，使其能够及时发现信息模型构建中的问题，纠正上述模型中的不足，保证其能够与实际施工一致。
（2）模拟碰撞。本次现场模拟的过程中通过航拍配合GIS技术确定公路工程中的交通情况、道路施工调整、管线改迁等，将其传输到BIM平台中，用于信息模型的优化和动态展示，形成最终3D模型。此时，可进行模拟碰撞，分析施工过程中的冲突，查找可能存在的问题，并调整碰撞点。先由各专业技术人员逐项调整各自负责方面的模型碰撞，然后再综合整体施工实施科学排布、美化，直至零碰撞。
该高速公路连接线项目最终共建成1568个BIM族库，将搭建好的专业模型导入到Navisworks中进行碰撞检查，统计碰撞点数量，确定各个碰撞点情况，共发现189处碰撞。逐一确认碰撞点情况，发现碰撞点中183处存在明显冲突，需根据现场施工情况开展对应调整，其余6处为采集信息不准确导致，修正数据后碰撞点消失。
碰撞处理完毕后，再按照本项目要求逐一对调整后的实施方案进行校对，实现二次深化。确定无误后，由人员按照二维图纸和可视化交底中的各项材料开展现场施工。
（3）管理优化。该高速公路连接线项目施工过程中主要将BIM平台用于施工方案调整和项目管理过程中。施工方案调整在上述环节已经提到，本部分重点分析成本管理和动态管理。其中，成本管理中利用BIM中的信息模型构建资源群，依照专业工程量计算工具、施工项目数据等，快速进行成本计算和成本分析，预测各阶段项目成本投入并按照实际工程调整开展对应优化；动态管理环节则主要利用BIM进程模拟实现，在三维图像基础上快速获取工程进度情况，根据后台数据直接查阅设备状况和道路施工情况，确定是否存在安全风险、隐蔽风险、进度滞后等问题，并结合具体情况开展针对性处理和调控。
3 总结
基于BIM的公路工程项目施工管理过程中，可以在信息模型和可视化图像基础上快速查找施工设计中的不足，明确施工过程中可能出现的管线冲突、选址问题、施工冲突等，减少实际施工过程中由上述因素引起停工、返修的概率，大大提升了公路工程项目经济效益。与此同时，利用上述平台还能够实现全周期动态管理，消除可能存在的安全冲突、质量隐患，为公路工程施工质量的改善提供了有效保障。
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