BIM在大型交通工程中的应用

(重庆交通大学　重庆　400074)

一、引言

建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)自从 2002 年引入工程建设行业，至今已有十多年历程，目前已经在全球范围内得到业界的广泛认可，被誉为建筑业变革的革命性力量[1]。对于BIM的定义，各自的见解都有所不同，较为完整的定义来自美国国家BIM标准[2-4]。建筑信息模型是设施具有物理和功能特征的数字化表达，因此是设施的共享信息资源，并且在全生命周期提供决策的可靠基础[2-4]。

基于这些特点，学者们纷纷构想如何合理的将BIM技术应用于交通工程中来。吴守荣等，运用BIM 技术建立三维可视化施工模型，从控制施工风险、进度、安全、质量和施工全过程5D虚拟建造等5个应用方面进行详细阐述[7]；张建平等根据我国施工管理特点和实际需求，提出了工程施工BIM应用的技术架构、系统流程和应对措施，并将BIM与4D 技术相结合，自主研发建筑施工BIM建模系统和基于BIM的4D施工项目管理系列软件，从而形成一套工程施工BIM 应用整体实施方案[8]，等等。

本文结合国内外的文献资料，分别阐述BIM在城市轨道交通工程、公路工程、桥梁工程中的具体应用，指出目前还存在的一些问题以及展望国内BIM技术在今后的发展方向。

二、BIM在城市轨道交通工程中的应用

城市轨道交通作为城市公共交通系统的重要组成部分，它的出现缓解了各种“城市病”，由于其运量大、效率高、能耗低、集约化、乘坐方便、安全舒适等特点[9]，迅速发展成为城市交通的主动脉。但同时对于城轨建设又有许多难题摆在面前，城市轨道交通多为地下工程，我国地幅辽阔，跨距大，大地构造、地形地貌、水文气象等基础条件在各地都有所不同，地质现象众多，导致各地城轨施工都变得较为复杂；城市轨道交通的周边环境复杂，要充分考虑建筑与建筑以及地下管线之间的相互影响[10]；城市轨道交通作为一种人们出行的长期必备工具，它的后期运营养护也变得尤为重要。

由于BIM技术的能较好的解决这些问题，所以BIM在城轨建设工程中应用将成为未来的趋势[11-12]。目前BIM在轨道交通设计中的研究应用主要有以下几个方面：

1.方案研究中的应用

(1)场地分析

BIM模型与三维地面模型融合，利用Infraworks等工具软件，分析地铁站与商业开发的空间关系；分析地铁出入口、风亭等附属设施与周边环境的关系。

(2)地下空间分析

通过BIM模型反映地下管线现状，分析项目实施方案的合理性。

(3)方案调整

在BIM模型中直接对设计方案进行调整

(4)疏散模拟

运用BIM技术验证逃生通道设计的合理性。

2.设计阶段的应用

(1)模型构建

运用BIM软件建立3D模型。

(2)沟通协调

为项目参与方提供高效的三维可视化沟通平台。

(3)管综优化设计

管综优化设计由 BIM团队直接在模型中完成，真正做到管线零碰撞[13-14]，极大简化了BIM团队与设计师沟通的过程。

(4)机电深化设计

对施工图设计阶段的BIM模型更进一步深化，确保施工阶段机电与内装无冲突。

(5)建筑出图以及工程量统计

利用Revit中明细表功能，对车站构件进行精确统计，为概预算提供依据。

(6)施工配合

可视化交底，对施工进行指导；施工过程进行4D模拟[15]，直观准确地进行施工组织技术交底；通过移动设备将BIM模型与施工现场进行对比，及时发现施工中的问题。

三、BIM在公路工程中的应用

公路作为连接各地的重要基础设施，为国家的经济发展带来了腾飞[16]。公路具有不同于建筑工程的特点，它量大面广线长、地质条件复杂，需要长距离的表示空间地理位置关系、大面积的地表模型、地质模型等。由于BIM技术在公路工程设计中的应用刚刚起步，国内可供借鉴的案例不多，目前BIM在公路工程中的应用主要包括两个方面：

1.基础数据的整合

(1)地形数据

地形数据是三维模型建立的基础，根据不同需求所需的模型精度，地形和既有道路的几 何信息与纹理属性采集有以下几种方式(精度依次提高)：高分辨率卫星测量、航空摄影测量、三维激光测量。

(2)地物数据

对于改扩建道路工程中的既有植被、道路、桥梁、隧道等地物，采用机载激光三维测量获取既有道路的地表信息，数据解析后形成地物三维模型。

通过上述手段，对地形、地物信息进行采集，最后将这些不同精度、不同类型的数据进 行整合，形成BIM基础模型，同时还是其他应用开发的基础和平台。

2.设计方法

(1)在JSL-路线专家系统中进行设计，将路线平纵数据导出到三维设计软件。

(2)对路基、桥梁和隧道等进行参数化设计；参数化设计完成后，形成公路三维设计成果。

(3)与地形和影像模型融合，并对路面、边坡等添加材质，添加其它属性信息，形成BIM模型

四、BIM在桥梁工程中的应用

1.设计阶段

(1)BIM方案设计

在预可工可以及投标阶段，利用卫星或无人机对场地进行快速建模，对桥 梁设计方案选择、优化与调整。通过VR眼镜进行身临其境的浏览。

(2)BIM协同设计

通过BIM协同设计系统，将设计人员按专业分工，统一纳入系统进行协同设计，可以提高设计信息流转效率；协同设计系统管理整个设计流程，并可与企业其他信息管理系统集成，形成设计企业信息化的构架。

(3)参数化建模

实现常规标准化桥梁的参数化，主桥主要构件的参数化；建立三维上、下部构件的标准化库，如箱梁、墩身、基础等。根据原始基础资料及线路设计资料，自动化、批量化完成全线引桥桥梁的设计建模。

(4)碰撞检查

设计过程中钢筋及预应力筋的碰撞检测，桥上桥内设施、隧道内机电管线的碰撞检测，以及设计阶段其他构件的干涉检测。

(5)BIM与计算分析软件结合

将BIM三维模型局部导入有限元计算软件计算，通过计算结果修订三维模型，从而实现建模和分析计算的高效统一。

(6)辅助设计工具

实现桥梁与线路、地形、地质的关联化，借助地质模型，实现地基承载力的自动计算，随着结构的移动，可以自动计算桩长。通过辅助软件保证设计变更的快速完成，如二维出图、交通流量分析、工程量统计等功能。

(7)BIM数据库

建立BIM数据库，统一管理勘察、设计、建模、分析中的工程数据，为施工以及运维阶段数据库建立奠定基础。数据库系统实现设计阶段数据的输入、查看与管理。

2.施工阶段

(1)制造与预拼装

将三维模型以中间数据格式的方式同数控设备进行直接对接，以自动化方式完成对零部件的精确制造；运用BIM技术在虚拟环境中进行拼装测试，提前发现问题，减少返工和整改而造成的经济损失。

(2)4D施工策划

①施工过程模拟

在施工之前就能看到并了解整个项目施工的详细过程和结果，避免不必要的返工所带来的人力物力消耗，为实际工程项目施工提供经验和最优的可行方案。

②施工工艺模拟

为关键施工步骤模拟提供可视化解决方法，解决施工中存在的错漏碰；通过BIM技术结合施工作业指导书、施工仿真动画，快速地表达施工步 骤，可大大减少误读，避免质量问题、安全问题，减少返工和整改。

(3)4D施工管理

①施工进度管理

将BIM模型附加施工进度计划属性参数，形成4D模型。分别通过手机端和网页端上传施工进度数据。直观展现计划建造过程，分析实际施工与进度计划的偏差，合理纠偏并调整进度计划，使管理者对工程量及进度影响一目了然。

②施工质量验收管理

施工方利用App录入提交质量检验相关信息，系统推送至监理方，再经审核后推送至业主验收，实现施工过程管理无纸化，提高管理效率

(4)结构状态监控与动态更新

通过结构监测系统采集数据，利用已建BIM模型进行仿真分析，并利用桥梁结构损伤识别机理和云端数据库及时更新结构自身状态和力学性能信息，实现结构安全评估和智能预警，并最终为运维阶段提供真实可靠的BIM模型信息。

3.运维阶段BIM技术应用

(1)桥梁BIM建养一体化云平台

应用4D建模、多源异构数据集成及移动互联技术，建立桥建养一体化平台，实现建养全过程的信息共享和动态模拟，进行桥梁运维的准确评估、快速预警和高效决策。建立基于BIM技术的桥梁管养一体化平台，解决全寿命周期的可视化信息共享，实现桥梁精细化、动态化管理；坚持以“全寿命周期内的监管养护”为目标，通过数字化养护，建立桥梁全寿命期的数字化、信息化档案；及时“感知桥梁”，在结构危险萌芽阶段发出预警。

(2)桥梁全寿命周期成本计算及评估

桥梁全寿命周期成本是指桥梁整个寿命期内用于桥梁的规划、研究、设计、实验、施工、养护、检测、维修、管理、拆除等各阶段作业所支付的成本总称，可利用BIM技术建立计算模型，用社会折现率和物价波动水平来表征计算。

五、总结

BIM的热潮已从建筑行业蔓延到基础设施行业，本文结合目前BIM技术在大型交通工程中的一些应用理论，展示了BIM在工程建设中的一些可应用面。我们不难发现无论是在设计、施工还是运维阶段，理论基础都已准备得较为完善，框架已基本构建完成，但在近几年，实际的工程数量却很少，其主要原因是支撑理论的核心软件没有及时开发出来，应用平台的兼容性不好，这就需要我们向国外学习先进的研发技术，并大胆在实践中践行，敢于在实践中创新。我国的BIM技术还处在发展阶段，与国外高水平还有一定差距，只有更多学习，更多的运用到工程实践中，才能让理论更可行，我们才能成为一个正真的BIM强国。同时可以发现BIM技术无论在城市轨道交通、公路、还是桥梁中的应用都是朝着一个方向在发展——全生命周期应用，在未来几年里，BIM的发展将致力于实现全生命周期应用，致力于更加国际化标准化的应用。BIM是一门还在普及当中的新技术，学习好这门技术对我们未来的职业发展有着莫大的帮助，BIM应用广泛，无论将来我们在业主、施工单位还是设计院都可能涉及，如果我们现在在校园阶段就较好的熟悉了这方面技术，未来的发展是不可限量的。

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