基于Bentley的公路BIM协同设计与施工管理应用研究

龙波 彭欣

摘要：文章基于Bentley平台，通过对公路项目的初期方案设计、深化设计及施工阶段进行BIM协同设计与施工管理应用研究，利用BIM技术的综合优势逐一解决公路项目中存在的工程难点问题，形成了针对公路工程项目建设过程BIM应用实施的流程和方法，对于提升公路工程项目设计、施工建设水平具有重要的意义。

关键词：BIM技术;协同设计;施工管理

Based on the Bentley platform，and through the BIM collaborative design and construction management application study for the initial design，deepening design and construction stage of highway project，this article uses the comprehensive advantages of BIM technology to solve the engineering difficulties in highway project one by one，and forms the process and method for the BIM implementation and application in the construction process of highway engineering projects，which is of great significance for improving the design and construction level of technical highway engineering projects.

BIM technology;Collaborative design;Construction management

0 引言

公路交通作为交通运输系统的重要组成部分，是国民经济的命脉，对经济的发展起着重要的推动作用。推动公路的建设技术手段升级革新是发展现代公路交通的重要途径。

BIM技术以建筑物的各项信息数据作为模型的基础，进行建筑模型的建立，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息[1]。BIM作为一种全新的理念，涉及到工程建设项目的全生命的各个周期。BIM技术在民用建筑领域应用较为广泛，但是针对于交通领域，BIM技术的应用依旧远远落后于建筑领域。

本文以BIM设计施工一体化融合应用为指导思想，研究BIM技术在公路项目建设过程中的应用。

1 公路工程建设项目特点与难点

与其他工程项目相比，公路项目有着自己的特点与难点：

（1）项目跨区域大，综合管理协调困难。项目规模通常较大，距离长，涉及较多的地区敏感点和众多地方管理部门。

（2）征地拆迁量大，项目沿线常常穿越多个规划区及与地方道路、铁路有交叉，沟通协调难度大。

（3）控制性工程技术条件复杂。公路工程项目中通常包含技术复杂的特大型桥梁及特长隧道。

（4）项目沿线地质和地貌环境复杂。

2 BIM组织及实施方案

2.1 应用目标

针对公路工程建设的特点，通过采用无人机倾斜摄影技术、交通组织、虚拟建造等技术，结合BIM模型的三维可视化、三维方案快速设计与调整、动态碰撞检查等优势，逐一解决公路工程建设项目中存在的难点问题。

2.2 软硬件环境

结合不同BIM软件平台的优势及公路工程建设的特点进行综合考虑，在公路项目中采用符合土木工程行业习惯特点的Bentley的软件进行BIM技术的应用更为合适，如图1所示。在方案设计阶段，通过利用OpenRoads ConceptStation、PowerCivil、ContextCapture等软件实现道路、建筑、桥梁等模型的快速设计。在深化设计阶段，利用Bentley平台的一系列专业软件，如OpenBridge Modeler、ProStructures、OpenRoads Designer等，对道路桥进行详细设计。此外，在施工阶段可自主研发基于BIM的项目管理系统。硬件方面则需配备多台大内存和高性能图形显卡的工作站、专用储存设备以及航拍使用的无人机等。

2.3 实施方案与建模标准

利用BIM技术进行模型创建时，宜根据公路工程建设项目各阶段的应用需求采用不同的模型精度标准，避免陷入“过度建模”的误区。随着工程项目建设过程信息的积累和逐步深化，进行从近似到精确的创建，减少不必要的细节，既能减轻设计师的工作量，同时也能提高软件的运行速度。遵循这一原则，在项目各阶段可分别采用不同的精度进行模型的创建和交付。

首先，在公路工程项目的方案设计阶段可采用Bentley的OpenRoads ConceptStation软件作为基础平台，并通过利用无人机倾斜摄影技术生成三维实景模型重构项目工程环境，同时结合PowerCivil、SketchUp等软件建立起模型精度为LOD100的道路、桥梁、隧道、服务区等构筑物BIM模型，形成项目的真实三维场景展示，实现项目前期阶段的快速概念设计。

勘察设计阶段在项目方案设计的基础上采用LOD200～LOD300的模型精度分别进行详细的BIM设计。主要是采用Bentley的MicroStation、OpenRoads Designer、ProStructures等专业软件进行详細设计，实现对关键节点的精细化设计、工程量统计、二维出图等。

设计完成后根据需要采用LOD300～LOD400的模型精度对重要的隧道、桥梁进行施工阶段的深化设计，并根据施工分部分项进行EBS编码分解，应用到施工管理阶段。

3 BIM在公路项目设计与施工中的综合应用

3.1 场地勘测的应用

近些年来，倾斜摄影技术在工程领域的应用越来越广泛。倾斜设计测量技术是利用飞行平台搭载多个传感器，分别从垂直、倾斜等角度获取地面同一地物的不同影像[2]。在勘察阶段，可采用无人机对项目沿线进行航测，获取高分辨率的影像资料，并通过ContextCapture软件生成三维实景模型（如图2所示），作为项目设计的基础资料。在创建实景模型的同时还可快速生成三维地形曲面，能够解决传统测绘采样点不足的问题，减少测绘成本。

3.2 方案阶段的應用

由于传统设计手段的局限性，经常造成设计与业主的需求不匹配，相互沟通不畅的局面。通过基于BIM模型和实景模型构建的真实三维场景进行方案设计，运用可视化的方式，可向业主传达真实的设计意图。此外，通过BIM模型与三维实景模型结合（如图3所示），为项目的选线、优化及耕地的占用和建筑物的征拆提供科学的依据。

3.3 详细设计应用

在前期阶段成果的基础上可利用BIM技术进行详细设计。对于道路，可利用自定义横断面模板进行快速设计，并分类统计工程量。同时，可通过建立上、下部结构参数化构件库，调整参数来适应不同的跨径、桥位，实现对常规桥梁的快速设计，从而提高设计效率。

此外，可利用MicroStation、ProStructures等专业软件对复杂的特大型桥梁进行精细化BIM设计，解决传统手段对复杂结构表达不清的问题。并且通过三维参数化模型单元将传统用表格形式表达的斜拉桥索塔钢锚梁、斜拉索锚拉板、锚具等结构进行实体化，通过BIM技术的三维可视化优势可以直观便捷地检查设置的参数是否正确，确定索塔钢锚梁、斜拉索锚拉板等构件的尺寸、空间位置关系是否存在矛盾及冲突的情况，减少或避免施工过程中产生的变更。

利用专业的钢结构软件Prosteel，可对特大型桥梁的钢混组合梁进行详细的BIM设计。通过利用软件的自动算量、详图功能实现对钢结构的工程量的快速统计和二维出图。

高速公路服务区作为交通形象的窗口，展示某地区高速公路建设水平的高低，其重要作用不亚于高速公路其他任何一个组成部分。高速公路服务区景观规划和设计必须强调与周边生态、自然、人文、经济环境的相互协调[3]。对于高速公路服务区的设计，可利用BIM技术进行场地布置与总体方案优化。此外，基于BIM模型，可对服务区进行云渲染，分析不同时间段的光照强度效果，以使建筑物与周边环境达到和谐统一（见图4）。

3.4 基于BIM的施工全过程管理应用

基于BIM的设计成果，针对复杂结构，如特大型桥梁、隧道、服务区等，可实现三维可视化技术交底，使施工人员更好地理解设计意图，确保施工质量，减少不必要的返工（见图5）。

研发基于BIM的项目施工管理系统，将BIM技术与施工过程进行系统性结合，可对公路工程项目进行精细化管理。在数字资料管理方面，可实现技术文档、设计图纸、技术方案等材料与BIM模型的关联，便于施工技术员查找相关资料，实现施工过程的资料记录、查询和追溯。在施工工序与进度控制方面，通过将工序控制与施工进度相关联，并与BIM施工模型相挂接，可实时反映项目实际进度，通过与项目的计划进度相对比，可随时直观地了解项目的进度动态，便于管理人员有针对地进行调整，加强对项目的管控，确保项目能够按照既定的目标进行。在安全质量管理方面，通过手机终端将现场的质量、安全问题以图片、视频、文字等数据信息的形式利用云技术与BIM模型相关联，推送给相关责任人进行整改，并以标签图片的形式在BIM模型端展现实际的现场处理情况，协助管理人员对质量、安全问题进行直观管理，实现工程项目的安全、质量问题处理过程留痕。

4 应用特点总结

（1）基于BIM与实景模型的真实三维场景的方案策划与场地分析

通过无人机航拍和三维实景建模相结合，如图6所示，建立实景模型并集成到核心BIM平台进行分析研究，为公路项目的方案设计和场地布置提供科学的依据。

（2）跨平台与终端的多源数据融合和共享

通过将BIM模型建立在同一个服务器中，可以在网页端、PC端、移动终端同时访问同一个模型，实现跨平台和跨终端的多源数据融合和共享（见图7）。

（3）设计施工一体化融合应用

利用BIM技术进行三维设计，在满足传统交付成果的同时，还可根据施工需求按照分部分项对设计的BIM模型进行EBS编码拆分，并上传到施工管理平台数据库中，实现设计施工之间数据的无缝衔接。从设计源头进行BIM总体应用规划，基于同一数据源进行项目的BIM实施，避免以往单阶段或局部BIM应用的局限性（见图8）。

5 结语

本文通过在公路工程项目初期的方案设计、深化设计及施工阶段开展BIM协同设计与施工管理应用研究，解决了公路工程项目中存在的规模和空间距离大、征地拆迁量大、沿线地质地理环境复杂等难点问题，形成了一套针对公路工程项目建设过程BIM应用实施的流程与方法。

参考文献：

[1]黄 强.论BIM[M].北京：中国建筑工业出版社，2016.

[2]肖雄武.基于特征不变的倾斜影像匹配算法研究与应用[D].西安：西安科技大学，2014.

[3]苏清华，马建荣.高速公路服务区景观规划及改造对策研究[J].公路交通科技（应用技术版），2016（7）：244-246.