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BIM ( Building Information Modeling)即建筑信息模型技術(shù)，指的是包含建筑物全部信息的模型系統(tǒng)，在建筑物設(shè)計、建造、維護(hù)、管理的全生命周期發(fā)揮作用。作為新一代設(shè)計理念和技術(shù)，其已被國外諸多著名的建筑、結(jié)構(gòu)、施工公司在項目中成功應(yīng)用，是設(shè)計行業(yè)繼計算機(jī)輔助設(shè)計(CAD)后的第二次設(shè)計革命。 BIM的概念和過程已經(jīng)存在將近40年了，但直到2002年創(chuàng)立Revit軟件的公司被Autodesk公司收購后，BIM才被應(yīng)用于商業(yè)產(chǎn)品中。 2002年后，BIM技術(shù)逐漸被國內(nèi)設(shè)計行業(yè)所接觸，并得到了持續(xù)的關(guān)注。近年來，BIM在建筑設(shè)計、機(jī)械設(shè)計行業(yè)的應(yīng)用越來越深入，鐵路設(shè)計行業(yè)也進(jìn)行了積極嘗試并取得了一定的成果。公路行業(yè)由于自身特點的一些限制，BIM系統(tǒng)的應(yīng)用起步較晚，應(yīng)用較少。

一、BIM設(shè)計特點

BIM理念和地理設(shè)計思想應(yīng)用到道路設(shè)計過程中，結(jié)合先進(jìn)的三維地理信息技術(shù)，提升設(shè)計的科學(xué)性。和傳統(tǒng)的CAD道路設(shè)計軟件相比，具有以下特點: 基于BIM的面向?qū)ο髤?shù)化建模，實現(xiàn)道路設(shè)計信息和模型的統(tǒng)一，實現(xiàn)道路快速模擬與調(diào)整;實現(xiàn)在BIM模型框架下的場地、交通、照明的協(xié)同設(shè)計，減少方案沖突，提高設(shè)計效率; 結(jié)合三維地理信息展現(xiàn)和分析技術(shù)，實現(xiàn)在道路BIM基礎(chǔ)上的項目策劃、成本估算和施工過程模擬;實現(xiàn)設(shè)計方案的交互式調(diào)整和實時模擬、分析，及可視化和量化的分析成果指導(dǎo)方案的優(yōu)化; 實現(xiàn)在道路BIM基礎(chǔ)上的項目決策、施工模擬、交通仿真和道路信息管理等項目管理功能。

二、應(yīng)用現(xiàn)狀

大多數(shù)世界著名建筑、結(jié)構(gòu)、施工公司，幾乎所有項目都已運(yùn)用BIM技術(shù)，其他公司也都處在從CAD向BIM轉(zhuǎn)變的過程中。在公路行業(yè)，美國多個州的運(yùn)輸局都已經(jīng)將BIM應(yīng)用于基礎(chǔ)設(shè)施解決方案，日本政府已經(jīng)把基于BIM的三維CAD推廣列入了政府信息化規(guī)劃。近年來我國的一些大設(shè)計院在某些大型項目中也已開始應(yīng)用BIM技術(shù)，但不管是應(yīng)用范圍和應(yīng)用深度，總體上與歐美等國家仍有較大的差距。在公路設(shè)計行業(yè)，雖然進(jìn)行了諸多有益的嘗試，并于2014年首次系統(tǒng)應(yīng)用于邢汾高速建設(shè)管理中，但遠(yuǎn)未達(dá)到成熟、廣泛的應(yīng)用程度。本文就BIM理念在設(shè)計、施工、養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用進(jìn)行概述。

三、BIM解決方案

公路工程中實現(xiàn)BIM的主要軟件是Autodesk公司的AutoCAD Civil 3D和Bentley公司的Power InRoads以及最近國內(nèi)基于BIM二次開發(fā)的道路軟件（鴻業(yè)科技的Roadleader路立得等）。 我國公路、道路工程設(shè)計中目前使用的軟件有緯地、鴻業(yè)等。相比緯地等二維軟件，BIM軟件在很多方面有其突出的優(yōu)勢:如界面更加友好，信息更方便傳遞和存儲，設(shè)計三維可視化，有利于造價控制和后期運(yùn)營管理維護(hù)等。由于國內(nèi)軟件解決方案并不徹底，而且AutoCAD Civil 3D和Power InRoads在中國已開發(fā)有擴(kuò)展包，符合國內(nèi)的設(shè)計習(xí)慣樣式和規(guī)范需求，這使得國內(nèi)道路BIM的發(fā)展更加接近工程實際。

四、BIM 在公路設(shè)計各階段的應(yīng)用

4. 1規(guī)劃階段 建筑信息模型(BIM)流程，有助于縮短設(shè)計、分析和進(jìn)行變更的時間。最終可以評估更多假設(shè)條件，優(yōu)化項目性能。

4. 2勘測階段 多年來，國內(nèi)外學(xué)者陸續(xù)將

BIM 技術(shù)及 GIS 、GPS技術(shù)引入到公路勘測中，勘測和設(shè)計工具可以自動完成許多耗費(fèi)時間的任務(wù)，有助于簡化項目工作流。使用BIM可以在更加一致的環(huán)境中完成所有任務(wù)，包括直接導(dǎo)入原始勘測數(shù)據(jù)、最小二乘法平差、編輯勘測資料、自動創(chuàng)建勘測圖形和曲面；能夠以等高線或三角形的形式來展現(xiàn)曲面，并創(chuàng)建有效的高程和坡面分析。

4. 3設(shè)計階段

(1)道路建模。可以幫助我們更高效地設(shè)計道路和高速公路工程模型，例如創(chuàng)建動態(tài)更新的交互式平面交叉路口模型。同時可以利用內(nèi)置的部件(其中包括行車道、人行道、溝渠和復(fù)雜的車道組件)，可以根據(jù)常用設(shè)計規(guī)范更迅速地設(shè)計環(huán)島，包括交通標(biāo)識和路面標(biāo)線等?；蛘吒鶕?jù)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)建自己的部件。由于施工圖和標(biāo)注將始終處于最新狀態(tài)，可以使設(shè)計者集中精力優(yōu)化設(shè)計。

(2)工程量計算與分析。利用復(fù)合體積算法或平均斷面算法，更快速地計算現(xiàn)有曲面和設(shè)計曲面之間的土方量。使用生成土方調(diào)配圖表，用以分析適合的挖填距離，要移動的土方數(shù)量及移動方向，確定取土坑和棄土堆的可能位置。從道路模型中可以提取工程材料數(shù)量，進(jìn)行項目成本分析。

(3)自動生成施工平面圖。

如標(biāo)注完整的橫斷面圖、縱斷面圖和土方施工圖等。使用外部參考和數(shù)據(jù)快捷鍵可生成多個圖紙的草圖。這樣，在工作流程中便可利用與模型中相同的圖例生成施工圖紙。一旦模型變更，可以更快地更新所有的施工圖。

(4)輕松處理變更與評審。因為數(shù)據(jù)直接來自模型，所以報告可以輕松進(jìn)行更新，更迅速地響應(yīng)設(shè)計變更。如今的工程設(shè)計流程比以往更為復(fù)雜，設(shè)計評審?fù)ǔＩ婕暗椒荂AD使用者，但同時又是對項目非常重要的團(tuán)隊成員，可以利用更直觀的方式讓整個團(tuán)隊的人員參與設(shè)計評審。

(5)多領(lǐng)域協(xié)作。道路工程師可以將縱斷面、路線和曲面等信息直接傳送給結(jié)構(gòu)工程師，以便其在軟件中設(shè)計橋梁、箱形涵洞和其它交通結(jié)構(gòu)物。

4. 4施工階段 目前，BIM的應(yīng)用在歐美發(fā)達(dá)國家正在迅速推進(jìn)，并得到政府和行業(yè)的大力支持。如美國已制定國家BIM標(biāo)準(zhǔn)，要求在所有政府項目中推廣使用。IFC ( industry foundation classes)標(biāo)準(zhǔn)和BIM技術(shù)，并開始推行基于BIM的IPD ( integrated project delivery，集成項目交付)模式。IPD模式是在工程項目總承包的基礎(chǔ)上，把工程項目的主要參與方在設(shè)計階段集合在一起，著眼于工程項目的全生命期，基于BIM協(xié)同工作，進(jìn)行虛擬設(shè)計、建造、維護(hù)及管理。如今，引入IPD理念和應(yīng)用BIM技術(shù)，已成為當(dāng)前國內(nèi)施工企業(yè)打造核心競爭力的重要舉措。 另外通過基于BIM的碰撞檢測與施工模擬，進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件及管線綜合的碰撞檢測和分析，并對項目整個建造過程或重要環(huán)節(jié)及工藝進(jìn)行模擬，可以提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計中存在的問題，減少施工中的設(shè)計變更，優(yōu)化施工方案和資源配置。目前常用的碰撞檢測與施工模擬軟件主要是Autodesk Naviswork和Bentley Navigator。

4. 5運(yùn)營養(yǎng)護(hù)階段 多年來，國內(nèi)外學(xué)者陸續(xù)將BIM技術(shù)及GIS技術(shù)引入到公路信息化管理，在公路建設(shè)、路政執(zhí)法和資產(chǎn)管理方面取得較好的效果。美國聯(lián)邦公路局將GPS ,GIS及多媒體視頻等技術(shù)應(yīng)用到公路資產(chǎn)管理，可以迅速的定位查看損壞的公路資產(chǎn)視頻，保證了道路的安全性。

目前我國公路養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)一般采用傳統(tǒng)的二維地圖顯示方位信息。公路系統(tǒng)內(nèi)包括運(yùn)營、路政、養(yǎng)護(hù)等多個部門，各個部門有各自的信息系統(tǒng)，彼此之間的數(shù)據(jù)也是由各自部門維護(hù)，采用不同的數(shù)據(jù)格式和交換格式，導(dǎo)致無法整合到統(tǒng)一的地理數(shù)據(jù)平臺上進(jìn)行有效數(shù)據(jù)共享，從而使得部門之間難以實現(xiàn)高效協(xié)同。目前最有效的方式是將BIM和GIS結(jié)合起來，利用移動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供道路養(yǎng)護(hù)檢測所需要的數(shù)據(jù)，再通過利用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)地理設(shè)計和BIM相結(jié)合，在此基礎(chǔ)上建立基于BIM的交通設(shè)施資產(chǎn)及運(yùn)營養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)。利用整合后的BIM模型信息，將公路資產(chǎn)管理與養(yǎng)護(hù)集成到三維可視化平臺，同時基于BIM模型，提出預(yù)防性養(yǎng)護(hù)決策模型，為公路資產(chǎn)管理、道路養(yǎng)護(hù)管理等提供管理決策平臺。

五、BIM技術(shù)在我國實際工程中的應(yīng)用 為提高邢汾高速公路建設(shè)工程的管理水平，項目建設(shè)方與清華大學(xué)合作，首次將BIM和4D-CAD技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)用于高速公路工程建設(shè)管理中。針對高速公路點多線長特點，提出了多細(xì)度BIM施工模型以及相應(yīng)的多層次4D施工管理技術(shù)，開發(fā)了“基于BIM的邢汾高速公路4D建設(shè)管理系統(tǒng)”，并應(yīng)用于實際工程中。通過創(chuàng)建邢汾高速公路整體線路、工程標(biāo)段、重點橋隧/路段等不同細(xì)度的BIM施工模型，實現(xiàn)了基于BIM的宏觀、中觀和精細(xì)化管理相結(jié)合的多層次4D施工管理和可視化模擬。 應(yīng)用表明，通過構(gòu)建不同細(xì)度的BIM施工模型，可有效地展示高速公路工程不同層次和不同局部的動態(tài)施工過程和施工狀態(tài)，實現(xiàn)高速公路工程的動態(tài)、集成和可視化的施工管理和工程模擬，為高速公路工程建設(shè)的BIM技術(shù)應(yīng)用提供了方法、技術(shù)、系統(tǒng)和應(yīng)用示范，可明顯提高工程建設(shè)管理的信息化水平和效率。

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