公路设施建管养一体化的BIM标准研究

杨鸿 陈忱 王兴武 吴一凡 徐磊如

摘要：本文以S38线王格尔至夏河段公路改建工程为依托，考虑施工和运维需求，根据公路工程信息模型应符合设计需求从而确定公路工程信息模型的建立、应用、交付应以模型单元为基本对象。模型单元的应用为解决项目系统在信息交换过程中对信息理解和认识一致提供了依据。

关键词：公路工程;BIM模型;应用标准

中图分类号：F542.6      文献标识码：A    文章编号：2096-6903（2020）06-0000-00

0 引言

近年来，BIM技术发展迅速，影响范围越来越广。基于BIM模型的可视化、协调性和模拟性，可以管理和辅助项目的整个生命周期，有助于降低投资风险，确保工程质量和施工安全，提高运行维护期间的资产管理及应急管理水平。而一体化标准体系应在一体化服务平台建成部署之前（或同时）发布，指导一体化服务平台涉及的各层级管理单位和底层数据支撑系统提早获悉一体化标准体系，利于一体化服务平台上线运行和应用成果的推广。为了贯彻执行国家和行业的有关 BIM 技术政策，以及甘肃省相关指导意见。规范和指导BIM技术在甘肃省公路建设全寿命期的应用，能够为支撑公路工程建管养一体化服务平台的实施，提高BIM数据与其他信息系统业务数据融合应用效率和效益，因此需进行公路设施建管养一体化BIM标准研究。

1 公路设施建管养一体化BIM标准研究的必要性

随着BIM技术在交通工程项目中的深入应用，公路工程项目中的一些难题得到了解决。但由于缺乏适应于交通行业应用的分类编码和实施标准，导致建管养过程中不同信息化系统对BIM模型及其信息的理解和认识不一致，造成三维信息模型存储格式不规范，工程项目建设管理养护阶段信息系统无法与三维模型准确关联，构造物模型信息接入标准不一致，模型交付标准不明确，模型精度无法管控，模型信息传输过程中数据完整性无法保证。现有的BIM标准体系难以支持公路工程全生命周期的应用，限制了BIM技术在中国的推广和应用。

为规范和统一不同专业和不同阶段BIM数据的共享与传递，约束BIM应用分类与编码统一性，构建各系统之间三维模型数据传输准确性和成果交付的完整性，必须建立一套可行的标准。因此，公路工程建管养BIM分类与编码标准的研究，能为项目建设过程中应用规则的制定提供一定参考，对我国公路工程BIM 标准体系的完善和健全具有重要意义。

2 国内研究现状

在交通行业信息化发展过程中，交通部做了很多计划工作，如《交通电子政务标准化指导意见》、《电子政务工程技术指南》、《交通行业信息标准体系》、《交通部信息化建设指南》等。这对规范整体信息化建设起到了重要推动作用，但还有很长的路要走。从项目建设到交付和维护，大量的基础数据和内容是相互关联的。数据格式不一致的问题日益严重，这严重影响了更高层次、更大范围的施工维护管理的实施。

在BIM标准建设方面，我国已将BIM技术列入国家战略性、前瞻性技术来研究推动。继2015年国务院发布了《中国制造2025》和“互联网+”行動计划，住房城乡建设部发布了《关于推进建筑信息模型应用的指导意见》后，2017年交通运输部发布了《关于印发推进智慧交通发展行动计划》，明确提出推进建筑信息模型（BIM）技术在重大交通基础设施项目全生命周期的应用。

国内BIM技术应用相对成熟的建筑业早于2012年就启动了BIM标准编制工作，并于2016年正式发布《建筑信息模型应用统一标准》，该标准所涵盖的领域都局限为民用建筑。

交通运输部正积极推进BIM技术在公路工程项目管理方面的应用和标准研制。交通运输部在《交通运输部办公厅关于开展公路BIM技术应用示范工程建设的通知》（交通运输部[2017]1283号，2017年9月11日）和《交通运输部关于推进公路水运工程BIM技术应用的指导意见》（交通运输部[2017] 205号）中指出，交通运输行业应加快制定BIM技术应用的相关标准。跟踪并积极参与BIM国际标准制定过程，加快符合中国国情的BIM标准研究和制定，鼓励科研、设计、施工、维护管理、咨询等单位共同研究BIM标准，开发BIM技术应用基础平台，促进应用共享，鼓励技术联盟、BIM中心等机构加强沟通协调和数据交流，为BIM标准的建立和统一创造条件。然而，相关的国家及地方标准尚未形成。

综合以上分析，从目前的公路设施建管养一体化总体情况来看，我省亟需建立建管养一体化数据接入及BIM标准，指导建管养一体化平台的建设。

3 公路设施建管养一体化BIM标准研究的具体情况

为规范BIM模型在交通工程全生命期应用的技术要求，提升甘肃省公路工程建设水平，制定了甘肃省公路设施建管养一体化BIM应用标准，标准遵循《公路工程设计信息模型应用标准》和《公路工程信息模型统一标准》中的相关规定，规范了公路工程信息模型的建立、应用、交付和审核等内容，制定的专业涵盖道路、桥梁、涵洞、隧道、交安工程和沿线设施，适用于建管养一体化平台中BIM模型的生产需求及各等级新建和改扩建公路工程。

3.1基本规定

公路工程信息模型应符合设计需求并考虑施工和运维的需求，设计期宜搭建统一的协同平台，供工程建设各相关方共享公路工程信息模型，设计期的公路工程信息模型在建立、应用和交付中的坐标系统应与项目地形图坐标系统一致，使用桩号定位，提交的设计图纸和工程量统计表宜基于公路工程信息模型输出，模型单元在项目中宜赋予唯一存在的序列码，序列码的制定规则宜结合实际情况开展。

公路工程BIM模型的建立、应用、交付应以模型单元作为基本对象，宜选择参数化的建模方法，对无法参数化的可使用非参数化的建模方法，当构件中几何精度与属性不一致时，应以属性信息为准，在达到项目要求的同时，建议采用较低的建模方法。模型建立过程中可包含需求的多余信息，但在信息输入时应减少多余信息的输出。

3.2模型构架

信息模型的架构应由项目、标段、单位工程、分部工程、分项工程和部位构件六级构成，并具有可扩展性。模型扩展可根据工程需要，增加子单位工程、子分部工程和子分项工程，以及子单位工程、子分部工程和子分项工程的信息。

信息模型应包括路线、路基、路面、桥梁、隧道、交通工程及沿线设施等模型，车道、路肩、分隔带、绿化带归到路面部分。路线模型应包括平面和纵断面等内容;路基模型应包括路基土石方、排水、支挡防护、小桥和涵洞等内容;

路面模型应包括面层、基层、底基层、垫层和路缘石等内容;桥梁模型应包括上部结构、下部结构、桥面系和附属工程等内容;隧道模型应包括洞口、洞身、辅助通道、防排水和路面等内容。隧道监控设施、照明设施、通风设施和消防设施等;

交通工程及沿线设施模型应包括交通安全设施、管理设施和服务设施等内容。

3.3模型创建

BIM模型各元素的编码应由单位工程、分部工程、子分部、分项工程、子分项、部位6级代码组成，分部分项的划分应满足《公路工程质量检验评定标准》（JTG F80/1-2017）的划分要求，编码层级应根据自己项目的实际情况灵活调整。分部分项的编码由分类码和序列码组成，具体规定如下。

分部工程的分类码为：A，子分部的分类码为：a，分项工程的分类码为：B，子分项的分类码为：b。部位元素的编码由BIM建模软件中的元素唯一ID构成。单位工程标识符，如表1所示。

表1 单位工程标识符

分部分项名称

分类码规定

分部工程

A

子分部

a

分项工程

B

子分项

b

部位

BIM模型唯一识别ID

例如：某桥梁工程某一个桩基的编码：L005-A01-B01-8238，L005表示第005号桥梁（L为桥梁工程标识符），A01表示桥梁工程的第一个分部工程——桥梁下部结构，B01代表桥梁下部结构的第一个分项工程桩基，8238代表BIM软件自动随机生成的构件元素ID。

3.4模型审核与交付

模型审核宜遵循《公路工程信息模型应用统一标准》和本标准的规定进行完整性、一致性和规范性的审核。审核必须严格执行现行的标准规范、项目合同、《公路工程信息模型应用统一标准》和本标准的规定，宜由建设单位指定相关方审核，审核的范围宜涵盖项目合同约定的所有模型，以及由模型生成的图纸和报表等文档。

设计期应根据项目需求和实际条件，选择合适的深度等级。应遵循《公路工程信息模型应用统一标准》中的规定，引用4种不同的基本深度，除规定的基本深度等级外，建设单位可根据具体项目的需要，在基本等级之间，扩展其它深度等级，如LOD1.X、LOD2.X、LOD3.X、LOD4.X等级等。

3.5模型应用

公路工程信息模型应用应贯穿于整个设计期，降低项目成本，提高项目质量，可开展单专业的应用，亦可开展多专业的联合应用，根据应用的结果反馈并更新模型。

应用流程上首先应收集项目地形图、影像资料、实景模型等项目勘测资料和项目设计资料，同时选择合适的模型深度等级，模型深度等级可参考但不局限于本标准第五章模型交付的规定;然后建立项目场地模型和路线，并根据需求创建道路、桥梁、涵洞、隧道和交通工程及沿线设施模型;模型应用之前，对建立的场地模型和各专业模型进行整合，整合之后进行碰撞检查。

3.5.1可视化宜进行下列分析

（1）路线选线与自然环境总体协调分析。

（2）路基邊坡防护与周围植被等自然环境协调分析。

（3）桥梁结构和造型美学设计，与周围景观的协调分析。

（4）隧道洞口与周围地形的自然环境协调分析。

（5）改扩建高速公路工程项目交通组织模拟。

3.5.2 方案比选宜进行下列分析

（1）根据路线所选定走廊带和主要控制点，不同路线方案进行比选。

（2）高填路基与桥梁、深挖路堑与隧道、整体式与分离式路基方案比选。

（3）土石方调配中挖移作填、集中取（弃）土、填料改良处理等方案比选。

（4）桥梁多种桥型、造型、景观等方案比选。

（5）隧道洞口方案比选，隧道支护结构方案比选。

（6）交通仿真分析，基于交通仿真研究报告优化公路工程设计方案。

3.5.3安全性评价宜进行下列分析

（1）根据沿线地形、地质、环境、交通需求、路线设计速度和指标等因素，分析路线平纵面、视距、超高、加宽等主要控制指标。

（2）路面抗滑能力、边坡稳定性、路基排水能力、路侧净区宽度和路侧危险程度评价。

（3）对路基与桥涵连接处、路基填挖方交界处、高填路基和深挖路堑进行路基沉降量和不均匀变形分析。

（4）桥下净空分析、基础不良地质与承载力分析，桥梁整体有限元计算与局部构件分析。

（5）隧道洞口稳定性分析、结构受力体系分析、突水涌泥分析、大变形评价分析、分析并建议相应的施工工法。

（6）基于公路工程信息模型和 VR技术，进行不同运行速度公路模拟驾驶，验证公路工程项目安全性报告。

3.5.4环境保护宜进行下列分析

（1）路線沿线交通量变化对区域噪声、废气和珍稀动植物的影响分析。

（2）路基填高、取（弃）土场土地资源利用分析;路基开挖、取（弃）土对水土保持的影响。

（3）桥梁用地规模与社会环境协调发展的分析，墩台压缩河床对河道冲刷的影响。

（4）隧道洞口开挖对山区地表植被的影响分析，以及隧道施工过程中废渣场地的选址，排水处理、防护及绿化设计，防范塌方和环境污染风险。

3.5.5其它公路工程信息模型应用

（1）二维图纸输出和工程量统计复核。

（2）构件预制加工和拼装。

（3）灾害情况下的隧道内人员疏散模拟。

4 模型元素属性数据字段

为了满足BIM模型在建设、管理和维护全生命周期中的应用，BIM模型构件的创建应符合如下数据字段的要求，如2所示。

表2   BIM模型数据字段的要求

数字内容

数据类型

命名

备注

元素ID

字符串

ElementID

单位工程

字符串

UnitProject

分部工程

字符串

Divisional

子分部

字符串

SubDivision

分项工程

字符串

Item

子分项

字符串

SubItem

部位

字符串

Part

体积

字符串

Volume

默认单位为立方米，保留小数点后两位

表面积

数值型

SurfaceArea

默认单位为平方米，保留小数点后两位

材质

数值型

Texture

5 结语

建立统一BIM模型、存储与协同交互基准和通用原则是BIM技术在交通行业实施落地以及示范推广的前提条件，为发挥工程的示范效应，要对BIM经验和应用成果进行总结，建立BIM在甘肃省交通行业应用的地区标准，并在后续推广应用期间不断完善更新。

BIM应用标准主要研究分类和编码。分类编码是BIM技术标准中的语义标准，是指在特定范围内对信息的结构体系进行组织和描述的一种方法。通过统一的分类和编码，我们可以实现在不同系统中对信息理解的统一。目前，在公路工程建设、管理和养护过程中，还没有关于信息模型语义标准的相关研究。本研究以信息分类体系和编码理论体系、公路信息分类与编码、公路工程标准工程量清单、预算定额工程量分类体系等理论为基础，构建了一套交通工程分类与编码体系，保证了BIM技术在交通工程建设项目中的管理和应用。

参考文献

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收稿日期：2020-05-08

作者简介：杨鸿（1990—），男，陕西洋县人，硕士研究生，工程师，研究方向：BIM技术应用。

Research on the BIM Standard of the Integration of Highway Facilities Construction， Management and Maintenance

YANG Hong，CHEN Chen，WANG Xingwu，WU Yifan，XU Leiru

（Gansu Transportation Planning Survey and Design Institute Co.， Ltd.，Lanzhou  Gansu  730000）

Abstract：In Gansu province bureau of science and technology project "research on gansu province highway facilities built custody integration data standards as the basis， with the line S38 Wang Geer to summer river highway reconstruction project as the backing， according to the highway engineering information model should meet the design requirements and the need to consider the construction and operational， to determine the establishment of the highway engineering information model， application， delivery should be model unit as the basic object， in order to solve project system in the process of information exchange of information provide a basis for the understanding and awareness is consistent.

Keywords：highway engineering;building information modeling;application of standard