摘 要：BIM技术在国内土木建设各领域蓬勃发展，高速公路作为重要的基础建设未来发展离不开BIM技术的支持。本文立足于高速公路项目的特点和现阶段国内的BIM应用现状，调查高速公路行业内BIM的发展情况，阐述BIM技术应用于各生产阶段的特点和价值，分析在整个生命周期内BIM技术应用的设想，同时分析了该技术应用在现阶段高速公路行业内的障碍。分析证明虽然当前存在诸多因素的制约，但是高速公路行业的BIM应用势在必行。
关键词：BIM；高速公路；全生命周期；风险分析
0 引 言
中国高速公路基数庞大，近几年新建和改扩建项目也在进一步增加，同时国务院引发的《“十三五”现代综合交通运输体系发展规划》提出要提升交通发展智能化水平，促进交通产业智能化变革，健全智能决策支持与监管，促进交通运输绿色发展，这些政策对高速公路建设提出了新的要求。
目前，美国、日本、新加坡、韩国等国家已经建立了相关的应用标准，技术相对已经成熟。在我国BIM技术迅速发展，各方面全力推广BIM技术应用，相对水电和建筑，公路行业起步较晚，但设计方各大设计院已相继开展BIM的应用研究，许多建筑、铁路、高速公路等项目建设已经开始运用此技术指导勘察设计、施工及后期运营管理，院校如清华大学、同济大学、哈尔滨工业大学等也已开展软件、标准、结构、工程管理等方面理论研究，并取得一定成果。
1 BIM简介
BIM是“建筑信息模型”(Building Information Model)的简称，最主要的核心在于通过多维数字化、参数化、可视化仿真平台，将建筑项目的属性与功能信息服务于项目的整个生命周期，参建各方都能与平台内的信息互动。因此BIM技术有以下优势和特点[1-2]：1）信息多元性；2）信息关联性；3）信息多维性；4）标准统一；5）信息透明。
2 BIM应用现状
相对国外比较成熟的BIM技术，国内的应用尚处于起步阶段，有许多在建或已完成项目采用BIM进行指导勘察、设计、施工、项目管理、监理、供应商、销售、运营等，领域涉及建筑、公路、地铁、机场、海洋、电气工程等等，已经开始广泛的尝试。
目前，BIM技术最广泛的应用是设计方运用Graphisoft公司的ArchiCAD，Bentley公司的Microstation.TriFoma，和Autodesk公司的Revit等三维建模软件建立直观的三维模型，在其基础上进行不同细度的设计和分析；施工方面，有部分团队使用BIM技术辅助工程量测算指导施工和运营养护。
国内BIM在公路工程中的应用也是刚刚起步，已经有很多成功的应用，但是还远没有普及，大多数是局限于单个分项工程，例如张建平主导打造了基于BIM的邢汾高速公路4D建设管理系统用于施工管理，建立贺坪峡大桥、洺水1号大桥、黄岩子隧道、沙河特大桥等重点桥隧的精细BIM施工模型[2]；新疆博乐市团结路大桥工程以算量技术、碰撞检查和施工交底中进行应用；中交二勘院利用在河北省京港澳高速公路涿州（京冀界）至石家庄段进行可视化设计；京沪高速铁路利用 PHM系统对南京大胜关大桥进行养护；中交一勘院使用BIM技术对包茂高速公路（信宜至茂名段）项目全寿命周期管理。
3 公路建设项目中BIM技术应用的设想
3.1 决策立项阶段
决策立项阶段的目的是采用预可行性研究从宏观上论证项目的必要性，提出初步方案，进行经济评价和可行性分析，这一阶段可利用BIM思想，构建项目建设的可视电子沙盘。模型的参数化和可运算性保证了该阶段的科学性，可以把专业抽象的二维建筑图纸转化为直观的三维效果图甚至动画，让非专业的业主可以判断的更为准确、高效，为业主的投资控制带来方便。
3.2 勘察阶段
外业勘察是设计的基础，因此勘察成果的电子化、三维化是后阶段BIM工作是否能顺利开展的重要基石。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆现阶段外业勘察测绘的方法成熟多元，例如RS遥感、高分辨率卫星测量(GPS扫描)、无人机测绘等，有很多成熟的勘察测绘数据处理平台，如GIS等；另外地下管线、道路交叉、拆迁工程、水文土源的调查亦十分重要。本阶段引入BIM技术，主要是利用成熟技术建立数据库各专业的电子接口，将上述数据成果按流程和规范输入到公路模型中，并保证各测段和内外业的实时交流。
3.3 设计阶段
设计是BIM技术应用最成熟的阶段，因此高速公路建设BIM的应用可以从勘察设计阶段作为突破口逐步推广，目前BIM技术在设计阶段主要用于可视化设计、协同设计、性能分析、工程量统计及管线综合等。
首先，通过BIM技术将“反建筑”的传统2D设计转变为直观可视的3D；其次，高速公路设计包含线路(包括安全性评价)、路基、路面、桥梁、隧道（含有防排水、通风、照明等）、交通工程、给排水、立交等众多专业，设计人员即可通过电子交流接口实现各专业的协同设计；参数化的数据库保证了分析软件可以直接从平台中读取所需数据，这使得本来繁琐的工程量计算、冲突分析、性能分析通过BIM平台即可轻松实现，管线综合也通过冲撞检测大大减少设计工作量；数据的一致性实现关联数据自动发生变化，从三维模型提取传统二维平面图、横断面图、纵断面图、设计图表和文档也极为方便，使得方案设计将显得越来越重要，从根本上改变设计重心。
3.4 施工阶段
目前施工领域较多的使用方向为：设计可视化展示、碰撞检测与施工模拟、工程深化设计、施工项目管理。
可视化的3D施工展示、4D方案演示，可以直观的理解设计方案，将为施工单位提供良好的招投标竞争力;
多维碰撞检测对整个项目建设过程和关键环节进行施工模拟，提前发现问题，减少变更。
施工项目管理理论上是BIM应用重点的部分，这直接决定了项目的正常竣工。张建平认为施工管理框架应分为数据层、平台层、应用层三个部分：数据层主要涵盖BIM数据库以及用以转换非标准格式信息（如进度、清单等）的接口；平台层负责文件管理、模型管理、数据访问、分析算法（如施工状态分析、动态成本分析、资源计划分析）等；应用层则是对项目的具体管理，直接与人交互，实现对项目的4D管理，包括施工模拟、进度管理、工程量计算、资源配置、实时与历史信息查询等。
3.5 竣工验收与运营养护阶段
BIM技术为竣工验收提供更直观的、可视化的成果，并通过检测系统对完工项目进行数据检查，对比标准指标即可得出施工质量。参数化的数据库以及施工过程中被整理完善进入的设计变更、现场签证等信息完全可以代表竣工工程的实体，从而减小核算成本。
运营养护阶段，应用BIM数据库，针对薄弱环节进行定期检测，不断更新各部件的使用状态，从而在达到临界值前及时养护维修，制定合理的养护计划，避免结构破坏和不必要的损失，同时也能对突发状况展开准确、迅速的反应。
4 风险分析
国家层面十分重视交通行业的智能化、信息化发展，因此政策方面对BIM技术的发展将是大力支持的。技术方面是制约BIM发展的主要因素，国外的BIM相关技术软件都很成熟，我国正在经历国外BIM早期发展的状况，虽然量算软件基础深厚，但是BIM是基础平台，国外软件标准的不同、操作不便、专业技术的不对口导致其在国内发展受到制约；国内的BIM技术供应商无法对客户提供长期充分的技术支持，需求差异也导致技术方面的不足；前面介绍过很多院校的科研成果，但是并不能满足公路各专业的设计、施工等特色需求。
5 结 语
以数字化三维技术为基础的BIM技术将带给高速公路建设新的动力与活力，先进的三维可视化设计与全生命周期的项目管理将成为一种必然趋势，当前科技的日新月异，新技术不断涌现，例如虚拟现实（VR）和增强现实（AR）。广大设计者、建设者、投资者在理解了BIM技术带来的巨大效应后，推广只是时间问题，因此需要抓住历史的机遇。
参考文献
[1]祝嘉.在城市轨道交通建设项目中应用BIM技术的设想[J].建筑经济,2008,(S2):375-378.
[2]张建平,余芳强,赵文忠,王丙兴,王珩玮.BIM技术在邢汾高速公路工程建设中的研究和应用[J].施工技术,2014,(18):92-96.
论文作者:孔祥鑫,王吉栋
论文发表刊物:《工程管理前沿》2020年1月第2期
论文发表时间:2020/4/22
标签：技术论文; 阶段论文; 高速公路论文; 项目论文; 建筑论文; 多维论文; 数据论文; 《工程管理前沿》2020年1月第2期论文;