BIM技术在公路工程设计中的应用

张晓鹏

摘 要：随着交通运输业地位的日益凸显，我国公路工程规模不断扩大。公路工程设计是影响公路工程质量的重要环节，而建筑信息模型（BIM）是优化公路工程设计的新工具。随着信息技术的飞速发展，BIM技术在公路工程设计中的应用越来越广泛，有助于提高工程质量。因此，本文首先论述了BIM技术特点，然后分析了我国公路工程设计中的BIM技术应用现状，最后提出公路工程中的BIM技术应用要点，以期提高我国公路工程质量，保障公路运输安全。

关键词：BIM技术;公路工程设计;质量;运输安全

中图分类号：U412文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）35-0119-03

Abstract： With the increasingly prominent status of the transportation industry， the scale of China's highway projects continues to expand. Highway engineering design is an important link that affects the quality of highway engineering， and building information modeling （BIM） is a new tool to optimize highway engineering design. With the rapid development of information technology， BIM technology is more and more widely used in highway engineering design， which helps improve the quality of engineering. Therefore， this paper first discussed the characteristics of BIM technology， and then analyzed the application status of BIM technology in China's highway engineering design， and finally put forward the key points of BIM technology application in highway engineering， in order to improve the quality of China's highway engineering and ensure the safety of highway transportation.

Keywords： BIM technology;highway engineering design;quality;transportation safety

信息時代，信息技术逐渐影响公路工程设计，而充分利用先进信息技术，能够有效提高公路工程设计的科学性、准确性与可行性，保障公路工程顺利施工。近年来，我国大力开展公路工程，但是影响公路工程设计水平的因素较多，设计质量要求高。因此，公路工程设计要合理利用BIM技术，降低各种不确定因素的影响，不断修改与完善方案，保证方案质量。

1 BIM技术的概念及特点

1.1 概念

BIM技术通常指的是建筑信息模型，设计人员通过多种方式获取工程数据信息，然后结合工程项目实际条件，建立具有相关真实信息的模型。最早运用BIM技术的是建筑工程，随着BIM技术在建筑工程中的作用越来越明显，其逐渐推广并应用于其他领域。BIM技术以真实、有效的数据信息为基础，因此数据信息收集是否准确是影响BIM技术应用效果的关键因素。

1.2 特点

目前，BIM技术在公路工程中的应用仍处于探索阶段。人们要研究BIM技术特点，优化BIM技术的相关软件应用，为我国公路工程科学、可靠的设计提供技术支持，加快我国公路建设进度。从整体来看，BIM技术具有可视性、协同性、准确性和模拟性。

1.2.1 可视性。BIM技术具有可视性，能够实现工程周边环境状况和公路路面路基设计的可视化展现，清晰地呈现公路工程的三维情况和立体模型，将公路工程施工各环节展示出来。三维模型的呈现能够让设计人员在立体模型中寻找设计灵感。

1.2.2 协同性。公路工程设计涉及的环节众多，需要各部门加强沟通，尤其是设计单位、施工单位之间的沟通与交流。BIM具有协同作用，能够提供协同服务，为相关单位提供信息，使信息得到共享，使工程相关的各个主体准确表达需求，减少因沟通不畅造成的失误，有效节约设计成本，避免设计人员为了得到数据信息而重复工作，提高设计方案的实效性[1]。

1.2.3 准确性。BIM技术利用获取的数据作为参数，直观地展示公路工程三维立体模型。通过大数据分析，设计人员可以快速计算出工程现有曲面及设计曲面之间的土方量，并生成土方调配表，确定工程挖填量、土方堆放位置及移动方向等数据，进而明确工程材料需求量。各项数据信息的精准计算减少了工程施工的误差率。

1.2.4 模拟性。不同于其他技术，BIM技术能够实现可视化模拟。设计人员可以利用计算机技术的分析能力和筛选能力，有效获取相关参数，并建立公路工程三维立体模型，优化设计方案。在公路工程中，设计人员运用BIM技术，能够快速确定公路的坡度、线型、交互式平面交叉路口模型等，由于施工图和标注始终处于最新状态，设计人员可以集中精力优化设计。

2 我国公路工程设计中BIM技术的应用现状

在我国，BIM技术已经应用于建筑、港口等行业。目前，BIM技术在建筑、港口中的应用能够贯穿“建管养运”整个过程，取得了良好效果。与建筑、港口工程相比，公路工程设计和施工本身的影响因素较多，尤其是前期设计，需要考虑的影响因素更多，专业性更强。因此，人们要系统地研究、了解与学习BIM技术，并做好运用与推广。目前，我国设计人员对BIM技术在公路工程中的应用了解较为片面，不够深入，BIM技术应用较为单一，以构建CAD三维模型为主，没有充分发挥自身优势[2]。

3 公路工程设计中的BIM技术应用要点

公路工程设计是建设单位建设目的及建设要求的集中体现，是施工单位能否保质保量如期完成公路工程施工的重要指南。科学、合理的公路工程设计方案在整个公路工程中起着关键性作用，直接决定公路工程质量。因此，研究公路工程设计中的BIM技术应用要点，具有现实性和必要性。

3.1 利用BIM技术进行环境模型处理

3.1.1 建立环境模型的必要性。公路工程设计阶段，应用BIM技术的关键步骤是以获取的数据作为参数，建立公路工程环境模型。建立环境模型是公路工程结构模型设计的基础，能够有效保障后期设计的正常进行，环境模型涉及的参数是科学预测公路工程量的依据，能够为工程量测算提供数据参考。同时，环境模型的建立能够保障后期公路施工的顺利进行。

3.1.2 建立環境模型的要点。公路工程设计阶段要建立环境模型，其间主要利用计算机技术取得三维点云数据，再根据CAD地形图的矢量化特点，进行测算和数据分析，以确保其符合公路工程地面情况，在此基础上建立三角网格地形模型。然后，要借助航拍及卫星等手段，对比航拍照片、卫星照片与三角网格地形模型，以达到重叠为止，这样能够充分保证地面状况、地质地况真实、清晰，根据实际需要，为环境模型添加相关内容，完善环境模型板块，尤其是地面实际分布的铁路、公路以及已有规划区[3]。

地形因素会影响公路工程设计和施工，加上公路工程的空间跨度大，使得公路工程设计具有一定的难度。因此，在建立环境模型时，人们可以利用倾斜测量与激光点云，将地质地貌数据添加到环境模型中。设计阶段充分考虑地质地貌因素的影响，可以为施工阶段规避地质地貌因素的影响做好准备。即使出现线路和地面状况发生变化，环境模型也能够第一时间感知并做出相应变化，及时获取变动数据，使得设计方案能够根据实际变动情况进行调整，保证设计方案科学、合理、可行[4]。

3.2 利用BIM技术进行工程模型处理

公路工程设计阶段，人们要合理利用BIM技术进行工程模型处理。

3.2.1 构建三维路线模型。当前，部分公路工程设计单位仍主要运用二维线路设计，较少使用三维路线模型。这是因为二维线路设计可以有效地对公路工程相关设计内容进行匹配，比较灵活，局限较少。但是，当路线平纵发生变化时，二维路线设计往往不能及时感应，不利于设计方案的及时调整与优化。利用BIM技术构建公路工程三维路线模型，可以实现路线平纵设计功能，并实时对路线平纵进行调整，减少追踪路线平纵变化的时间消耗，提高了这一环节的设计效率。

3.2.2 构建路基路面模型。构建公路工程路基路面模型的主要方法是定制横断面模板。公路工程设计阶段，横断面模板主要考虑的因素是道路绿化带位置、路面结构、挡墙位置、人行道宽度与线型、路面边坡、道路两边边坡和排水沟等，根据各个因素的要求尺寸，定制横断面模板，以确保后期施工条件的实现。另外，对于具体涉及的各部分工程量，可在模型中根据各计算公式得到具体的数据[5]。

3.2.3 构建桥梁模型。公路工程设计中经常会遇到桥梁设计，桥梁设计技术要求高，难度大，影响远，因此在进行桥梁设计时要深入研究桥梁模型的构建。桥梁模型由桥梁上部结构模型和桥梁下部结构模型组成，两部分设计考虑的重点不一样。具体来说，当桥梁上部结构主要是箱梁或T梁时，要采用BIM软件中的GC和Revit技术，获取相应参数进行建模;当桥梁上部结构主要是钢桁架时，要采用BIM软件中的ProStructures技术。桥梁下部结构建立模型时，要考虑的是桥墩的各个参数，其间可以采用BIM软件中的MicroStation技术，对桥墩单元库参数进行分析，根据不同的桥墩参数，构建不同的桥墩模型，同时要考虑桥墩的墩径和墩高、桥墩的桩径和桩长对应的参数变化，及时优化模型。

3.2.4 构建隧道模型。我国公路工程受地质地貌因素影响较大，经常会有隧道工程设计。隧道工程设计考验着设计单位的设计水平，也直接关系施工安全和运行安全，而利用BIM技术构建隧道模型，能够有效预防不可预估因素。其间，既要构建隧道主体结构模型，又要构建隧道横通道、隧道洞门、隧道通风井等结构的模型。构建隧道主体结构模型时，应注意的是隧道横断面模型设计，BIM技术可以确保隧道衬砌结构数据信息准确，保证标准横断面尺寸信息精确，最大限度减少误差。对于隧道其他结构模型的设计，主要考虑的是位置设定，根据主体结构模型比例，调整横通道、隧道洞门和通风井等模型位置，为隧道工程设计提供更加有效的安全信息，提高隧道结构的稳定性[6]。人们要充分利用BIM技术的可视化特点，把握建模参数与实际工程的匹配度。

3.2.5 构建交叉工程模型。在公路工程设计中，最常使用的是平面交叉设计。利用BIM技术构建交叉平面工程模型时，需要注意的是，首先确定公路路面边线的空间位置、平面交叉路脊线的空间位置，两点确定后，建立三角网络，进而对平面交叉竖向进行设计。构建平面交叉工程模型时，要考虑人行道因素，增加平面设计的完整性。

3.2.6 构建景观绿化模型。景观绿化设计对公路后期运行、养护具有重要意义，在前期设计中，景观绿化模型真实、合理、可行对公路交通运行安全，城市市容市貌优化都有促进作用。因此，利用BIM技术构建景观绿化模型，能够提高景观设计的实效性，通过模型的可视化对景观绿化种类及类别及时进行调整、更换，最大限度地节约成本。

4 结语

公路工程设计充分利用BIM技术，有助于提高公路工程设计水平和施工质量，方便后期养护管理。在公路工程中，BIM技术应用主要通过设计、施工、运行和维护等方面体现。BIM技术在公路工程设计中的大力推广和应用有利于我国交通运输业的长期发展，对扩大交通运输业规模，加快工程建设进度，延长公路使用寿命，保证道路交通安全都有重要意义。从目前来看，充分发挥BIM技术在公路工程设计中的作用，仍需要较长时间，因此，公路工程设计人员要加强对BIM技术的理论研究与实践探索，重视BIM技术在公路工程设计中的应用，充分发挥BIM技术的优势，提升公路工程设计水平。

参考文献：

[1]何晓君.BIM技术在公路设计中的应用价值研究[J].公路交通科技（应用技术版），2018（8）：85-87.

[2]蒋科.BIM技术在公路工程设计阶段中的应用技巧[J].公路交通技术，2018（2）：17-21.

[3]何国亮.BIM技术在公路设计中的应用与思考[J].中国战略新兴产业，2018（16）：89.

[4]程兴园.BIM技术在公路工程设计中的应用研究[J].公路交通科技（应用技术版），2018（3）：33-35.

[5]张新.BIM技术在公路设计中的应用与思考[J].工程技术，2017（3）：171.

[6]庞思雨，张弛.一种基于BIM技术的隧道参数化建模方法[J].隧道建设，2018（2）：239-246.