BIM在公路设计中的应用研究

晋亚彬

摘 要：在信息时代，信息技术逐渐影响着公路工程设计，充分利用先进的信息技术可以有效地提高公路工程设计的科学性、准确性和可行性，保证公路工程建设的顺利进行。近年来，我国大力开展公路工程，但影响公路工程设计水平的因素很多，对设计质量要求也很高。因此，在公路工程设计中应合理运用BIM技术，减少各种不确定因素的影响，不断修改和完善方案，确保方案质量。

关键词：BIM;公路设计;应用研究

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，然后结合工程实际情况，建立具有相关真实信息的模型。BIM技术最早的应用是建筑工程。随着BIM技术在建筑工程中的作用越来越明显，逐渐推广应用到其他领域。BIM技术是建立在真实有效的数据信息基础上的，因此数据信息采集的准确性是影响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，它可以实现对周围环境的可视化和公路路面、路基的设计，清晰地呈现公路工程的三维情况和三维模型，展现公路工程建设的方方面面。三维模型的呈现可以让设计师在三维模型中找到灵感。

1.2.2协同效应

公路工程设计涉及多个环节，需要加强各部门之间尤其是设计单位与施工单位之间的沟通。BIM具有协同效应，可以提供协同服务，为相关单位提供信息，使信息得以共享，使与项目相关的每个主体都能准确表达需求，减少沟通不畅造成的失误，有效节约设计成本，避免设计人员为了获取数据信息而重复工作，提高设计方案的有效性[1]。

1.2.3准确度

BIM技术以采集的数据为参数，直观地显示公路工程的三维模型。通过大数据分析，设计人员可以快速计算出工程现有面与设计面之间的土方量，生成土方调配表，确定工程的挖填方量、土方堆放位置和移动方向，进而确定工程材料需求。各种数据信息的准确计算，降低了工程建设的出错率。

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 BIM技术在公路设计中应用优势

2.1 提升工程数据计算精准度

BIM技术在公路工程设计中的应用，可以在三维模型上清晰、全面地显示公路工程信息，方便技术人员将综合信息与公路工程实际信息进行比较，及时发现工程设计方案中存在的不足，完善设计方案，避免在实际施工中发生工程事故，有效规避工程施工风险，提高公路工程施工的整体安全性。将BIM技术应用于公路工程设计中，通过计算机技术、大数据和专业人工筛选信息数据，可以有效提高工程数据信息采集的准确性，同时也提高了公路工程数据信息采集的效率，为编制科学合理的公路工程设计提供有力的数据支持。

2.2加强各部门之间的联系，加强互动

传统的公路工程设计缺乏与业主的沟通，只是在设计前，设计完成后，业主的意见不能及时准确地体现在设计方案中，需要多次修改，不仅浪费时间，而且增加了人工成本。BIM技术能有效改善这一问题，BIM技术能有效连接不同部门、不同施工环节，促进各项目参与方的交流，整合不同的优秀建议，实现资源的高效配置，提高公路设计方案的實用性和完整性。

3 BIM技术在公路工程设计中的应用

3.1 多结构对象的BIM建模与整合

公路工程涉及地形、道路、桥梁、隧道等结构物。不同类型的软件需要结合起来建立相应的模型。不同软件的数据格式、模型精度和坐标位置不尽相同，需要将不同对象的建模结果集成到一个统一的场景中，以满足工程设计的需要。以Autodesk软件系统为例，系统总结了公路工程多结构对象BIM建模与集成方法。

3.1.1地形创建

以地形点云、电子地形图和等高线数据为基础，构造地形面。结合道路中心线、横断面、纵断面的设计数据，构建道路组合体，完成多级级配路面模型，为道路选线和土方计算提供准确的地面模型。

3.1.2自动创建道路模型

道路模型的建设，即道路横断面和纵断面的设计，要求道路宽度、路基填挖、道路平整以及道路附属设施的组装与实际道路相一致。Civil 3D可以通过自定义的方法自动创建道路横断面模型。与建立的真实地形模型拟合后，能真实反映已建道路，节省了设计阶段道路横断面图的绘制环节。

3.2设计方案审查

在公路设计阶段，BIM模型可以根据公路工程项目的实际需要，实现对设计方案的快速评审和优化调整，提前验证方案的可行性，减少方案冲突，提高设计效率，节约时间和成本。

3.2.1碰撞检测

利用BIM技术的碰撞检测功能，可以在设计过程中检测钢筋与预应力、桥梁设施、隧道管线等构件的碰撞问题，辅助方案比选，优化空间布局。

3.2.2关键部件的力学分析和验证

在桥梁工程设计阶段，结构的受力分析是保证工程质量的关键。目前国内常用的专业软件有ABAQUS、Midas、ANSYS等。以ABAQUS软件为例，首先将BIM模型转换成通用的FBX格式或obj文件导入ABAQUS。将多个组件对象模型组合成整体模型。根据实际需要，设置边界条件，增加荷载工况，划分模型网格进行仿真计算。根据计算结果，对整体结构进行分析、优化、反复迭代，最终形成设计阶段的力学分析结果，并将计算模型传递到施工和运维阶段，为后期的力学分析提供可靠的数据依据。

3.2.3隐蔽工程的明示

在公路工程中，BIM技术可以直观地检查桥梁工程、隧道工程和道路排水沟等隐蔽工程，特别是桥梁桩基、承台和隧道工程沿线的施工信息。设计师可以从任何角度和剖面直观地观看设计，有效地提高了设计的准确性。通过BIM技术的应用，准确、详细地记录了沿线地下隐蔽工程的信息，为施工、运营和维护阶段提供了方便的服务。

3.3 工程量计算

3.3.1 钢筋用量计算

在Revit中对族部件进行钢筋用量函数的编制，在族属性设置中将不同种类钢筋进行分类，钢筋用量与族参数做关联，通过计算函数驱动，只需要改变族部件的尺寸就可以自动计算出不同型号钢筋的用量，以此来进行项目成本的计算，提升项目成本计算效率。

3.3.2 混凝土计算

Revit根据构件自身尺寸可以自动计算出构件体积，根据实际需求将混凝土折损系数加入计算函数中，相应构件混凝土用量就可以自动算出。在项目审计查阅时，只需要查看结构属性就可以直接观察到相应构件的混凝土用量，从而与实际工程所需用量进行分析比较。

3.3.3 土方量计算

在civil 3D中，对于不同的分析对象，可以分别用地表体积、放坡体积和横断面体积来计算开挖体积。根据实际地形设置的开挖基准，可选择放坡形式，并根据设计要求自动计算出相应的土方量。如果地表完全准确地反映了地形，那么，土方量的计算结果也完全准确。在提高工程测量效率的同时，也解决了实际工程中土方量计算困难的问题。

结束语

BIM技术是一种新兴的三维工程建模技术，广泛应用于各个行业，特別是在公路设计中，取得了一定的成果。因此，要重视BIM技术在公路设计中的应用，为提高公路设计水平提供强有力的技术支撑，促进我国公路事业健康可持续发展，加快我国城镇化建设，提高国家整体竞争力。

参考文献

[1]BIM应用于市政桥梁设计的研究和实践[J].张茜茜. 科学技术创新.2019（20）

[2]BIM技术在公路工程项目管理中的应用研究[J].赵云峰，高伟连，孟宪忠. 价值工程.2019（11）

[3]BIM技术在公路工程中的应用[J].郑忠照. 中国高新科技.2019（04）