BIM技术在公路设计中的应用

2023-09-26田亚云延喜宁田建文

运输经理世界 2023年3期

田亚云、延喜宁、田建文

（1.榆林市公路局路桥设计院，陕西榆林 719000；2.榆林市公路局，陕西榆林 719000）

0 引言

在我国现阶段的公路设计中，BIM 技术尚处在发展阶段，BIM 技术的引进，将为我国建筑业的发展创造出一个很好的发展空间，而且可以为项目后续节约更多的资金。鉴于BIM 具有诸多优点，本文根据实际情况，提出了如何在公路设计中更好地应用BIM 技术，通过分析，可以使公路设计的设计方案更具科学性以及合理性，可以有效推动公路设计行业的转型。

1 BIM 技术概述

1.1 BIM 技术基本内涵

BIM 技术是针对当前的工程应用需求开发出来的一种新的设计方法，能够将具体的项目数据导入计算机中，实现对项目的规划和空间建模；可以对设计进行更加精确的修改、调整方案。这项技术的核心是能够参与到工程的全过程中，并在工程的施工建设和后期的运营管理中起到持续作用。

1.2 BIM 技术特点

1.2.1 可视化

BIM 技术是三维技术，在设计时只需要增加相应的几何和非几何数据，既可以帮助建立报告和3D 建模，又可以保证工程设计、施工和运营过程中的交流和决策，具有高度可视化的特点[1]。

1.2.2 信息化

信息化发展是指发展、培养以计算机为主要的智能技术，并将其作为新时代生产力的代表。而BIM 技术则是依靠信息化技术实现提高生产效率的目的，其本身便具备良好的信息获取、传递、处理、再生、利用功能。另外，BIM 技术所生成的工程信息并非单独的，它具有一定的规模和组织程度。因此，BIM 技术具有信息化的特点。

1.2.3 协同化

BIM 技术的协同化，是指用BIM 技术以达到技术变革的目的，BIM 技术在实际工作中的应用可以有效改变过去各部门之间的关系，防止大量数据丢失。在具体实施过程中，采用数字信息模式，可以使施工单位能够在同一平台中开展各项工作，从而提高设计质量，实现更好的设计效果。

2 BIM 技术在公路设计中应用具备的优势

2.1 提升建模效率

将BIM 技术应用到公路设计中，可以使相关设计者对公路道路状况、营运功能、周边环境等方面的信息进行综合集成，同时通过可视化模型的建立，使这些信息可以在工程设计中得到更好的体现，从而为公路工程的合理规划提供依据。与常规CAD 技术相比较，BIM 技术已从单纯的基于图形建模转向了三维建模；通过3D 建模，使设计者可以更好地展现出较为复杂的立体形状，从而使设计者在现实中更好地反映出其设计效果。这种方法不但可以有效解决以前图纸设计中常见的弊端，减少设计误差，还可以有效提高设计效率。此外，BIM 技术在公路设计中的应用，可以将原有的平面图进行优化，从而达到更好的设计效果，这在提高模型的设计质量、提高工作效率方面具有十分重大的现实价值。

2.2 保证设计准确

将BIM 技术应用到公路设计工作中，能较好地利用复合体积算法、平均断面算法等先进算法，可以更高效、科学、准确地计算原地面线和设计线的土方。此外，BIM 技术自身还可以形成土方配比图标，对土方开挖的深度进行解析，从而确定土坑、弃土堆的位置、土方量移动和具体方向，为工程建设的后续提供有利环境。另外，BIM 技术的应用使设计者可以根据已有的模型来决定整个项目所需要的物料数量，利用这些资料进行成本控制，可以提高工程造价控制的整体水平。因此，BIM 技术在公路设计中的应用，既能最大限度地利用BIM 技术的优势，又能对工程造价、工程量等进行科学的研究，可以对后续的工程造价控制和施工效果起到很好的保障作用[2]。

2.3 加强沟通联系

在传统的公路设计中，由于各环节的设计工作相互独立，缺乏密切的联系，因此在实际施工中很容易产生各种矛盾和冲突。BIM 技术在公路设计中的应用，能够推动工程建设的整合，增强工程的协调能力。指导各有关部门协调工作，以达到有效的信息共享。这样既可以促进各个部门之间的密切关系，又可以通过研究来确定最合理的施工方案，可以有效根据施工过程中各个方面的矛盾，制定相应对策，保证项目的进展更为顺畅。由此可见，BIM 技术在公路设计中的应用，可以为公路建设的各种后续工作提供有力保障，并为各部门之间的交流提供有效渠道，进一步保证项目的顺利进行。

2.4 优化设计模式

无论是哪一种设计，修改、优化、调整都是不可或缺的一部分，以前的公路设计工作都是在设计完成之后，才会发现设计中的缺陷，或者在设计阶段修改设计图。然而，因为BIM 技术在公路设计中的应用，使得设计者能够直接检查、比较、分析公路工程的动态效果，从而把静态设计工作动态化。就算有变化，工程量、进度等调整工作也会相对容易一些。BIM 技术使得工程调试工作变得简单明了，只需简单地进行模型运算就可以精确地调整方案，再通过对调整后的方案进行合理性检验，从而使资源得到最大限度的发挥。

3 BIM 技术在公路设计中的应用现状

当前，BIM 技术在公路设计中的应用受到诸多因素的制约。具体而言，首先，由于公路工程的特殊性，使BIM 技术的应用变得更加困难。公路工程具有涉及范围广、距离远等特点，相对其他建设项目，需要对周边环境进行更为细致的考虑，从而使施工难度增大。因此，BIM 技术在实际公路设计中的应用还存在着一定的困难，与其他工程BIM 技术的应用效果相比，相对较差。其次，缺乏相应技术标准的支撑，使其在实际中的应用效果不明显。BIM 技术在我国建筑工程中得到了广泛的应用，积累了丰富的经验，并且我国也正在制定相应的BIM 技术标准，确保数据输入速度和格式一致。但BIM 技术在国内的公路设计工作中还处于初级阶段，不仅经验不足，技术标准也不健全。此外，由于公路工程本身的特性，所涉及的信息太多，使得技术应用标准不能得到有效确定。再次，缺乏与公路设计相关功能的支撑，缺乏相应的应用系统。BIM 技术是一项融合了信息化管理、三维建模等技术的新型技术，要提高BIM 技术在公路设计中的实际应用效果，必须提高BIM 技术的辅助功能，但目前我国在这一领域尚有不足之处，比如有关三维建模的软件，国内有些软件与国外的技术水平有很大的差距，这些功能上无法充分地适应公路设计工作的要求，无法充分发挥BIM 技术的作用，进而对公路设计工作产生不利影响。最后，缺少专门的应用人员，缺乏优秀的人才。BIM 技术是一项受到政府高度重视、业界公认的新技术，各高校纷纷设立相应的专业，以提高学生的素质。然而，就目前BIM 技术的培训现状来看，BIM 技术的培训主要集中在建设领域，而对公路设计等方面的人才培训意识不强。这导致了BIM技术在公路设计中的应用缺乏专业人才给予支撑，不能确保BIM 技术在工程领域的推广[3]。

4 BIM 技术在公路设计中的有效应用对策

4.1 积极融合多种技术

由于公路建设具有工程量大、涉及范围广等特点，因此在技术上的应用难免会出现一些问题，这就使得BIM 技术在实践中的应用变得越来越困难。所以，在实际的工程中，应积极地把BIM 技术与其他技术相融合，根据公路工程的实际情况，采用多种工艺配合设计，减少设计难度，保证设计的合理、科学和全面。如将BIM 技术与GIS 技术相融合，一方面能解决工程项目的规模大、工程量大、环境复杂等问题。另一方面，利用BIM 技术可以实现对工程方案进行合理设计。这种方法在大规模的项目中，具有很高的实用意义。

4.2 制定完善应用标准

为确保BIM 技术在公路设计工作中的有效应用，将BIM 技术的实用性得到充分体现，制定相应的规范就显得尤为必要，只有强化BIM 标准化体系建设，才有可能为技术的应用和发展做出一些贡献。所以，BIM 技术在公路设计中的应用，必须得到政府的高度关注和大力扶持，并得到业内专家的大力扶持，就技术规范中的缺陷进行剖析和研究，并提出相应的改进对策，从而制定相应的技术规范，确保BIM 技术在公路设计中的发展。比如，BIM 技术中关于数据的格式问题，要尽早实现统一，以保证它在实际中可被快速地录入，为得到更好的分析和优化的设计方案提供保障。

4.3 提高软件开发效率

BIM 技术的实施需要软件加持，BIM 技术的作用才能真正地得到体现，从而为公路设计后续工作的顺利进行奠定基础。所以，目前的公路设计师必须积极结合实际设计要求，深入剖析目前BIM 技术在公路设计中的问题，并与不同的软件开发者进行有效合作，从而提供公路设计专业软件的研究和开发工作。这样可以确保BIM 软件的性能得到不断完善，从而使设计工作简化，使之设计出与公路设计工作实际需要相适应的软件，为提高我国公路设计工作质量提供技术上的支持。

4.4 加大人才培养力度

在进行公路设计过程中，技术人才的质量和能力，决定着设计的合理性和应用的有效性。为此，我国必须提高目前设计人员的专业技术水平，并开展相应的培训活动，使其可以更好地应用BIM 技术，持续提高专业技术人才的整体水平。与此同时，目前国内急需大力培养新型公路设计技术人员，以BIM 技术为主，从人才方面为BIM 技术在公路设计中的应用奠定基础[4]。

5 BIM 技术应用展望

从国家的创新发展策略和产业发展的角度来分析，BIM 技术在国内还有很大的发展潜力。虽然BIM技术已经在我国各行各业得到广泛应用，已经掀起了技术改革的新浪潮，但在狂热的技术改革之中，也要清醒地思考，在工程的执行与可持续发展中，要秉持追求卓越的精神，不要过分追求“短、平、快”，而忽视长远的利益与品质。注重实效，摒弃过度包装；循序渐进，避免不求甚解；要坚持从基层做起，以“工匠精神”为根本，对BIM 技术进行完善和推广。BIM 的全名是建筑信息模型，其核心就是建模和信息。由于建模是信息的载体，它的作用是传达，所以BIM 技术的核心仍然是信息。BIM 技术是当前国内公路设计中的一项重要技术，但仍处在模型化阶段，尚未真正深入信息之中，因此，在未来的道路上，BIM 技术的应用主要有两个方面。

5.1 三维正向设计

如果说最初的技术转型是手工绘图向CAD 制度的转变，那么CAD 向BIM 则是技术上的另一次革命。三维正向设计，就是利用BIM 技术完成所有的设计工作，不再依靠传统的二维图纸。通过三维建模贯通整个设计过程后，BIM 技术将充分利用其协同化特点。由于传统的平面图缺少即时的信息传输能力，如果在设计中发生了修改，很有可能要重画一张设计图，从而会对多个领域产生一定的干扰，从而大大降低工程的进程。BIM 可以实时地进行建模，一旦发生变化，所有的模型都会发生变化，再也不会出现重新绘画的情况，从而增强了各部门之间的协同性和设计效率[5]。

与此同时，BIM 建模的可视化使得设计者更容易掌握，初学者在刚接触平面图形时，常常很难看懂，要经过长时期的积累和掌握，方能逐渐上手，而BIM 建模可以让设计师们看到真正的建筑，这样就可以降低入行门槛，加快培养专业人士的步伐。

BIM 技术具有可出图性能，能够快速地画出任何截面的平面图形，模型中设定尺寸标注样式，能够快速地按照模型的大小信息进行各种大小标记，而不是在平面图纸上进行标记，大大提升了成果出具的效率和质量。

5.2 贯穿工程全生命周期的信息传递

BIM 的信息既可以应用于设计阶段，也可以应用到施工、管理、维护等各个环节。以BIM 为基础构建的数字化管理体系满足设计、施工等各层面的工作需要，并在整个工程全过程中多方参与专业间的信息交流、协同管理，从而达到对工程的全面预报和监测。BIM 可以将不同阶段的数据、过程和资源联系起来，将全行业的产业链贯穿起来，为公路工程工业化发展提供技术保证，从而推动交通运输行业持续健康发展。