探究BIM 技术在道路工程中的应用*

张青艳 聂宝磊

1.宁波职业技术学院/应用力学研究所 浙江 宁波 315800；2.嘉兴南洋职业技术学院 浙江 嘉兴 314000

1 什么是BIM

BIM的研究和应用在美国起步较早。BIM概念、标准较多，常见的解释有：①Building Information Model，中文可以称之为“建筑信息模型”。②Building Information Modeling，中文可称之为“建筑信息模型应用”。③Building Information Management，中文可称之为“建筑信息管理”。

我国对BIM的定义是：“在建设工程及设施全生命期内，对其物理和功能特性进行数字化表达，并依此设计、施工、运营的过程和结果的总称。”

BIM是土木工程信息化建设的一个新阶段，它提供了一个全新的生产方式，运用数字化的方式来表达项目的物理特征和功能特征，对项目中不同阶段的信息实现集成和共享。它是一种基于三维模型的智能流程，能让建筑设计、施工和运营维护流程中各方专业人员深入了解项目并高效地规划、设计、构件和管理建筑。

美国大多数建设项目都已应用BIM技术，并且在政府的引导推动下，形成了各种BIM协会、BIM标准；加拿大、英国、荷兰、新加坡、澳大利亚等国家对BIM标准的相关研究和制定也愈发深入。

我国BIM技术目前正处于推广、使用阶段，政策支持的力度也相当大。随着国家及各地政府对BIM技术的不断推进，越来越多关于BIM的推进政策将会陆续推出[1]。

2 BIM技术的特点

2.1 模型信息化

BIM以信息的方式进行传达，具有信息完备性、关联性和一致性等特征。BIM除了对工程三维几何信息进行描述外，还包括对工程信息的完整体现，如建筑材料、工程性能结构类型等设计信息；施工工序、施工进度、成本控制、质量控制等施工信息；工程安全性能、材料耐久性能等维护信息。这些模型信息之间是可识别并互相关联的，若模型中的某个对象发生变化，与之关联的所有对象都会随之更新，保证了模型的整体性及一致性。信息是BIM技术的核心要素，如果没有信息或者信息不准确，BIM技术的其他特点也就不能很好的体现。

2.2 模型可视化

在计算机上，将原有用平面图纸表达的工程项目转变为三维立体模型展示在用户面前，用户可以实时查看或修改三维模型的信息参数，以达到设计、检查、建造模拟的目的。这样，在项目的设计、建造、运营过程中的沟通、讨论、决策均在可视化的状态下进行。将以往的二维平面图纸转换为三维模型，在进行设计方案沟通，施工过程管理中都直观可见，表述清晰准确，基本消除了二维图纸交付及使用过程中的理解偏差。

2.3 协调性

在以往的设计过程中，各专业工程师之间信息沟通不及时或不到位，往往导致设计的成果出现诸多碰撞、缺漏等问题，对实际施工造成不利影响。例如，布置管道时未考虑清楚其他项目工程的布置情况，导致布置管道不合理的情况发生。BIM的载体是模型，但灵魂是信息，重点应用是在协作。在BIM中各方参与人员在设计阶段可以基于一个中心文件进行平行工作，再将各专业模型整合到一个整体中进行检查，这样可以较大程度地减少不必要的设计错误。

2.4 模拟性

BIM不仅可以模拟具体的建筑物，还可以模拟在真实世界中进行的项目推进过程。在设计阶段可以为设计所需进行模拟分析，如日照分析、节能分析热能传导分析等；在施工阶段可以进行4D、5D模拟，根据施工组织设计来模拟施工，从而确定和优化施工方案及材料准备计划；在运营阶段可以对物业进行维护管理，如在使用期间发生管道或管件损坏情况，可以通过查看模型查找问题的原因，并获得具体参数进行维修。

2.5 优化性

BIM强调的是工程项目全生命周期的应用，整个项目从设计到运营管理过程实际上是不断优化的过程，受“信息”“复杂程度”"时间”三方面的影响，准确的信息为合理优化的结果提供了基本依据。BIM提供了建筑物的准确信息，这些信息可用于进一步优化复杂的项目。

2.6 可出图性

BIM技术有效联结了二维图纸和三维模型，进而联系到时间进度和材料计划。通过BIM三维模型，可以快速得到二维图纸，并且这些图纸中构件的关系与模型实体始终保持关联，当模型发生变化，图纸也随之变化，保证了图纸的正确性[2]。

3 BIM技术在道路工程中的应用

3.1 项目概况

本道路工程位于浙江嘉兴，沿线涉及一条现状河流，河道需要拓宽，并在河上新建一条3跨10m简支梁桥跨过。道路全线为“直线+圆弧”线型，其中圆弧段半径为1000m。该项目位于嘉兴市某物流园内，是本区域路网结构的重要组成部分，等级为城市次干路，设计时速40Km/h。道路宽32m，具体分幅为32m=4m（人行道）+10.5m（车行道）+3m（中分带）+10.5m（车行道）+4m人行道。如图1所示。

图1 项目整体概况

3.2 桥梁BIM模型的建立

本项目有路有桥，建模的重点在桥梁部分。其中桥梁部分建模精度要求高，需精确表达出桥梁支座的安装、预制板的安装、人行道板的安装、栏杆的安装、结构层等，如图2。设计阶段对主要结构（预制板结构、桥头搭板结构、桥台结构等）进行了深化设计。

图2 桥梁BIM模型

3.3 道路BIM模型

本项目道路部分比较简单，结构也不复杂，有个别地方需要做地基处理。所以建模的重点时放在结构层的精确建模，以满足工程量统计的需要。比如人行道施工，进行了精确的排砖设计，方便编制行道砖的材料计划和施工组织。如图3-2所示。

图3-1

图3-2 道路BIM模型

本项目设计分流制排水，实行雨污分流，并分别接入城市管网，与既有城市管网合理衔接；同时本道路需要跨越河流，污水管的设计需要在河道两侧设计两个沉井进行连接。通过三维建模设计，有效避免了返水、管道碰撞的问题。

3.4 图纸审核与冲突检查

通过BIM模型的建立，提前发现设计中的问题，及时向现场人员反馈，确保BIM技术能够真正服务于施工。例如本道路桥梁人行道的下方设计预留管道，方便布设城市电网，但是在桥台位置的预留洞口位置不够合理。这些问题都在设计阶段通过BIM技术及早发现并进行了纠正[3]。

3.5 工程量统计

本项目通过BIM模型的建立，为统计工程量提供了便捷的途径，为项目部管理建筑材料、编制材料计划等提供了帮助。

3.6 BIM-VR技术应用

本项目应用先进的BIM-VR技术。通过该技术，方便实施三维交底、指导施工。将相关部位制作VR全景视频，并制作链接二维码，如图4。每个人只要扫一扫二维码就能提前看到自己要做的工程三维模型、节点模型等内容，方便、快捷。该技术应用，对推广BIM技术发挥了重大的作用，真正意义上实现了BIM技术指导工程施工。

图4 BIM-VR技术

3.7 BIM技术在三维场布中的应用

通过BIM三维场布，建立原有地形三维模型，通过与拟建道路比较分析，得到原地形的填、挖方情况，并根据分析结果合理布置施工现场，定好项目部的位置、土方出土、回填的组织规划等[4]。

4 结束语

本文结合具体项目分析了BIM技术在道路工程中的应用。随着技术的不断成熟和人才队伍的不断壮大，未来信息化在工程项目的应用将越来越受到各个单位的青睐。

这几年在国际化的信息交互背景下，我国BIM技术的推广和应用的速度与成效还是令人欣喜的。一些大型的房地产企业、设计院、大型施工单位已经陆续开展了BIM结合实际项目的研究与应用；国内软件商也开始对BIM软件进行研发，并产生了实际的效益；部分高校也开始了BIM课题的研究，并将BIM技能列入专业课程中，作为学生毕业前必须掌握的技能之一。

BIM技术的发展是要逐步实现建设项目全生命周期的应用，在项目的全生命周期中发挥作用。随着计算机硬件与软件功能的进一步发展，BIM技术将不断与其他先进技术有机结合，灵活应用。BIM技术在与3D扫描技术、3D打印技术、VR虚拟交互技术、遥感技术等诸多先进技术的结合将为建设行业带来巨大的影响。