BIM技術(shù)以建筑物的各項信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎(chǔ)，進行建筑模型的建立，通過數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息。對比建筑行業(yè)，BIM技術(shù)在交通行業(yè)的技術(shù)相對滯后，為此，基于BIM技術(shù)的高速公路全要素對象的全生命周期設(shè)計技術(shù)研究及其應(yīng)用，是具有十分重大和現(xiàn)實意義的。

通過BIM平臺的統(tǒng)一架構(gòu)、基于統(tǒng)一的文件格式，保證各專業(yè)之間數(shù)據(jù)無縫傳遞，建立應(yīng)用軟件與交通項目管理系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口，充分利用BIM的直觀性、可分析性、可共享性、可管理性等特性，為交通項目設(shè)計的各項業(yè)務(wù)提供準確及時的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與技術(shù)分析手段。配合交通項目管理的流程、統(tǒng)計分析等管理手段，實現(xiàn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生、數(shù)據(jù)使用、流程審批、動態(tài)統(tǒng)計、決策分析的完整管理閉環(huán)，以提升交通項目綜合管理能力和管理效率。

本文以廣西都安至巴馬高速公路交旅融合示范工程為背景，對比高速公路工程傳統(tǒng)二維設(shè)計的工程存在的問題，研究基于BIM技術(shù)在高速公路全要素對象全生命周期過程設(shè)計中的關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用。

“交通+旅游”長壽大通道

都安至巴馬高速公路主線全長119.4km，是廣西高速公路網(wǎng)東西向的重要通道，是廣西實施“縣縣通高速”的重點項目，也是廣西高速公路網(wǎng)規(guī)劃“橫三”賀州至巴馬高速公路的組成部分。該工程貫穿桂林國際旅游勝地、巴馬長壽養(yǎng)生國際旅游區(qū)，是廣西東西向重要的公路通道之一，也是廣西中西部地區(qū)及我國西部地區(qū)通江達海、接受發(fā)達東部地區(qū)經(jīng)濟輻射的重要通道。

項目貫穿巴馬長壽養(yǎng)生國際旅游區(qū)和紅水河風景區(qū)，將圍繞世界長壽大道主題線路，通過“交通/服務(wù)區(qū)+旅游” 結(jié)合的方式，打造交旅融合示范公路。

項目圍繞世界長壽大道主題線路，依托巴馬世界長壽之鄉(xiāng)及多個中國長壽之鄉(xiāng)的生態(tài)人文資源，通過“交通/服務(wù)區(qū)+旅游” 結(jié)合方式，打造集長壽主題休閑度假體驗、山地運動康養(yǎng)公園、自駕車營地、自駕車集散、長壽之鄉(xiāng)旅游商品購物等于一體的長壽生活特色的交旅融合示范公路。本項目將爭創(chuàng)廣西首個公路BIM示范項目。


EPC總承包一體化

本項目建設(shè)的特點，是打造綠色高速和旅游通道，并采用EPC總承包模式實現(xiàn)設(shè)計施工一體化。本項目橋隧比48%，地形地質(zhì)復雜，建設(shè)難度大，具體表現(xiàn)為以下幾點：

1. 項目規(guī)模大、空間距離長。項目主線長119.4公里，橋梁長12657.6m，隧道長44060m，共有7處互通，總造價167億，涉及多個關(guān)鍵節(jié)點和多個部門，綜合管理復雜。

2. 項目地質(zhì)和地形條件復雜，項目所經(jīng)過的區(qū)域存在山地和丘陵交錯的特點，喀斯特巖溶地貌多，且橋隧比高達47.9%。

3. 區(qū)域規(guī)劃協(xié)調(diào)關(guān)系復雜。項目地形復雜、施工交通組織困難，路線選線及結(jié)構(gòu)物設(shè)計施工技術(shù)難度較大。

4. 要進行“高速+旅游”綜合設(shè)計。項目穿越紅水河百里畫廊、七百弄風景名勝區(qū)、巴馬長壽之鄉(xiāng)等重要旅游景點，怎樣定位和設(shè)計交旅融合需要綜合考慮。

基于項目建設(shè)的難點和需求，我們采用BIM技術(shù)的綜合優(yōu)勢來進行項目管理、設(shè)計和優(yōu)化，解決項目難點問題。


“BIM+交通”設(shè)計

場地勘測應(yīng)用

①無人機實景建模

通過無人機航拍獲取沿線正攝影像和三維實景模型，作為BIM設(shè)計的基礎(chǔ)資料。首先構(gòu)建出實景建模，形成詳細、精確的三維表示，加快方案設(shè)計流程、輔助科學決策。

②三維地形航測

通過機載激光雷達高精度測繪，實現(xiàn)快速、準確的測量，并快速地創(chuàng)建三維地形曲面，解決傳統(tǒng)測繪采樣點不足的問題，減少測繪成本。

③巖土數(shù)值模擬和可視化分析

基于地形曲面和鉆孔數(shù)據(jù)，對重要控制節(jié)點和復雜地質(zhì)路段建立三維地質(zhì)模型，實現(xiàn)項目公路不同要素的三維地形結(jié)構(gòu)、三維物探、三維巖土參數(shù)概念模型和可視化表達。并基于地質(zhì)模型進行橋梁、隧道等結(jié)構(gòu)設(shè)計。

④三維地質(zhì)解譯

針對特長隧道和地下空間溶洞，建立隧道全線地質(zhì)模型和溶洞模型，展示地下空間溶洞分布和工程數(shù)量，確定隧道圍巖等級、查看隧道結(jié)構(gòu)和各地層之間的關(guān)系。基于三維地質(zhì)還可以進行剖切和投影，自動創(chuàng)建地質(zhì)的剖面圖，實現(xiàn)二維和三維的聯(lián)動。


方案設(shè)計應(yīng)用

①征地拆遷分析

項目采用1:500同深度高清正攝影像輔助外業(yè)勘測，便于前期線位比選、征地拆遷。多角度觀察建設(shè)方案三維模型與周邊建筑物的位置關(guān)系，查找碰撞干涉點，確定征地拆遷影響范圍。減少基本農(nóng)田占用及建筑拆遷，提高征地拆遷的準確性。

②三維智能選線

基于BIM綜合考慮工程、環(huán)境和社會因素，設(shè)定多種控制條件，通過計算機進行大量優(yōu)化分析，在短時間內(nèi)選出上百個路線方案，以工程費用為優(yōu)化目標，確保選出最優(yōu)方案，降低工程建設(shè)費用。通過三維智能選線，比傳統(tǒng)選線模式效率提高了幾十倍。

③方案比選分析與匯報

采用三維可視化對道路和交叉口的視線區(qū)、障礙物以及事故路段進行分析，確定可視距離并評估安全度。通過三維設(shè)計前后對比分析，向決策者快速傳達多種方案設(shè)計意圖，直觀地展示方案設(shè)計效果和對周邊環(huán)境的影響，輔助方案決策。

④交旅融合重要方案設(shè)計

針對本項目的重要節(jié)點——大化服務(wù)區(qū)，采用BIM+GIS結(jié)合的方式來進行服務(wù)區(qū)的選址和場地規(guī)劃分析，再利用BIM模型對服務(wù)區(qū)內(nèi)部的分區(qū)和設(shè)施進行優(yōu)化，確保服務(wù)區(qū)、管理區(qū)等場地合理布置。最后采用BIM可視化導覽加VR交互式場景進行漫游查看，輔助方案分析與匯報。


詳細設(shè)計應(yīng)用

①復雜節(jié)點三維精細化設(shè)計

基于BIM的道路平、縱參數(shù)化設(shè)計，制定道路橫斷面模板，自動實現(xiàn)道路多級邊坡；通過參數(shù)化土木單元快速創(chuàng)建平交口和互通；采用BIM技術(shù)創(chuàng)建預應(yīng)力混凝土精細化模型、特長隧道精細化模型；基于大化服務(wù)區(qū)三維可視化模型進行環(huán)境分析、景觀設(shè)計。

②三維參數(shù)化設(shè)計及出圖

建立橋梁參數(shù)化構(gòu)件庫，通過套用通用圖庫自動生成橋梁三維模型，并實現(xiàn)自動更新。本項目實現(xiàn)了橋梁和涵洞通用圖數(shù)字化，并基于詳細的三維模型進行剖切出圖，替代傳統(tǒng)的二維出圖。

③碰撞檢測分析

通過三維碰撞檢測查找設(shè)計中存在的問題，優(yōu)化設(shè)計空間。通過檢測碰撞發(fā)現(xiàn)設(shè)計中凈空不足等問題，對設(shè)計進行反饋和優(yōu)化。

④BIM與三維數(shù)值模擬

基于詳細的三維數(shù)字模型，導出到不同的三維分析軟件中，建立ANSYS、FLAC 3D等有限元模型，分析復雜節(jié)點橋梁、高大邊坡地質(zhì)等應(yīng)力擾動區(qū)等受力情況，指導設(shè)計與施工。

⑤BIM協(xié)同設(shè)計

在項目的詳細設(shè)計過程中，采用BIM軟件平臺進行協(xié)同，按照不同的設(shè)計專業(yè)分配相應(yīng)的權(quán)限。基于統(tǒng)一的服務(wù)器，確保各專業(yè)設(shè)計人員實時地共享設(shè)計信息和資源，并且保留審核和修改過程記錄，便于追蹤。


數(shù)字仿真和交底

①三維交通仿真模擬

采用VISSIM進行互通和服務(wù)區(qū)車流及人流交通分析、預測和可視化仿真，分析項目未來的交通流量，規(guī)劃項目節(jié)點交通組織和解決方案。將分析結(jié)果進行可視化仿真模擬，用于直觀展示交通分析結(jié)果，為交通組織決策提供依據(jù)。

②依托平臺輕量化交底

項目采用一個平臺+多個終端的項目信息查詢，實現(xiàn)方案階段和施工階段多參與方的信息共享和同步。同時將BIM模型打包進行AR增強交底，或者發(fā)布依托平臺的三維PDF交底。

③施工場地布置及仿真

利用BIM模型可視化性能，建立施工場地三維數(shù)字模型，對施工場地進行合理規(guī)劃和集成化管理，減少施工用地，保證現(xiàn)場運輸?shù)缆吠〞场?br />
④全景漫游導覽和VR展示

針對大化百里畫廊服務(wù)區(qū)精細化模型建立VR仿真模型，它可以發(fā)布成獨立的exe文件用來展示。基于它的交互性，輔助方案匯報和決策。基于BIM設(shè)計成果，還可以通過網(wǎng)頁全景漫游導覽和交底，方便業(yè)主和施工人員更好地理解設(shè)計意圖。


融合設(shè)計提升品質(zhì)

①交旅融合BIM示范應(yīng)用

項目連接巴馬長壽之鄉(xiāng)、紅水河百里畫廊旅游區(qū)，為貫徹交旅融合發(fā)展意見，規(guī)劃交旅融合示范，達到通過實施交旅融合總體策劃，并借助BIM+GIS技術(shù)優(yōu)化線位方案和場地規(guī)劃，充分利用沿線自然和人文景觀資源，實現(xiàn)了交通+旅游融合以及公路功能拓展。

②推動項目綠色及品質(zhì)工程建設(shè)

本項目作為廣西交通廳品質(zhì)工程示范項目，基于BIM+GIS結(jié)合的三維選線統(tǒng)籌資源利用、提高土地利用率；結(jié)合三維水文地質(zhì)充分考慮地下水，減少公路建設(shè)對當?shù)厮Y源環(huán)境的破壞；采用噴射植被混凝土技術(shù)，盡可能保留原有植被，避免破壞巖土自然風光；廢舊材料再循環(huán)利用，治理污染、節(jié)約資源，最終推動了項目綠色和品質(zhì)工程建設(shè)。

③助力“交通+扶貧”深度融合

項目途經(jīng)三個國家級貧困縣，路線綜合考慮貧困區(qū)建設(shè)發(fā)展，貫徹實施深度貧困地區(qū)交通脫貧；基于BIM的三維可視化技術(shù)助力開發(fā)百里畫廊服務(wù)區(qū)、民俗度假村和多個鄉(xiāng)村旅游區(qū)，拉動當?shù)亟?jīng)濟，精準扶貧；基于3S的設(shè)計管理系統(tǒng)，將項目沿線貧困地區(qū)地塊和拆遷信息集成到三維GIS平臺，建立貧困信息系統(tǒng)，助力數(shù)字脫貧。

④公路全要素BIM集成示范應(yīng)用

本項目建立了道路、邊坡、橋梁、隧道、互通樞紐、服務(wù)區(qū)、收費站等三維數(shù)字化詳細模型，并將各個專業(yè)信息模型進行集成，實現(xiàn)了高速公路全要素對象BIM集成應(yīng)用示范。

廣西交通設(shè)計集團有限公司是廣西最大的綜合性交通和市政勘察設(shè)計研究單位。從2014年起，該院與時俱進，開始探索BIM技術(shù)在交通運輸工程中的應(yīng)用。為了推廣BIM，公司開展了形式多樣的BIM學習培訓活動，并走出國門，到國外交流、學習先進的BIM技術(shù)及應(yīng)用經(jīng)驗。已形成了一套適用于交通行業(yè)整體解決方案，并在場地勘測、方案規(guī)劃設(shè)計、施工圖精細化設(shè)計、施工仿真等方面開展了實際應(yīng)用。


場地勘測方面，通過無人機和機載激光雷達獲取基礎(chǔ)測量數(shù)據(jù)，以圖形工作站、臺式工作站和移動工作站形成強大的數(shù)據(jù)處理及建模能力。賀州至巴馬高速公路蒙山至象州段就采用了機載激光雷達航測地形。在方案規(guī)劃設(shè)計階段，快速地建立方案模型，實現(xiàn)對方案模型的調(diào)整、展示及初步工程量的統(tǒng)計。在施工詳圖階段，構(gòu)建構(gòu)筑物的細節(jié)模型，通過二維出圖和工程量自動統(tǒng)計，提高設(shè)計的精度和效率，如參數(shù)化鋼錨梁和錨具、預應(yīng)力鋼筋混凝土精細化設(shè)計等。施工仿真應(yīng)用方面，通過施工仿真，發(fā)現(xiàn)并查找設(shè)計或施工中存在的隱蔽問題，為設(shè)計和施工提供可視化的指導依據(jù)。

除此之外，公司在多個公路、市政項目中，如防城港市跨海通道項目、南寧快環(huán)綜合整治項目、浦北至北流高速公路、老撾萬象至萬榮高速公路、平南相思洲大橋項目、平南三橋等工程中，都應(yīng)用了BIM技術(shù)，并取得較好的成效。成果獲得全球基礎(chǔ)設(shè)施年度大獎賽“特別榮譽獎”，全國“科創(chuàng)杯”“龍圖杯” “優(yōu)路杯”等多個BIM大賽一等獎。我公司BIM團隊注重BIM技術(shù)交流與合作，近兩年多次在國內(nèi)、國際BIM大會現(xiàn)場作主題報告，提升了公司行業(yè)知名度和影響力。


BIM作為建設(shè)的信息革命，將推動交通運輸建設(shè)事業(yè)的信息化發(fā)展，促進從管理粗放、勞動力密集的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)向技術(shù)密集、管理高效的現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型。應(yīng)用BIM技術(shù)后，所有參建方基于BIM協(xié)同平臺開展項目管理工作，實現(xiàn)工程投資、建設(shè)、運營信息的全記錄和全透明，消除黑箱操作的空間，有效預防工程建設(shè)領(lǐng)域腐敗。

基于BIM系統(tǒng)整體解決方案進行深度研究和應(yīng)用，是交通行業(yè)三維數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用落地的現(xiàn)實途徑。其推廣應(yīng)用將加快實現(xiàn)交通基礎(chǔ)設(shè)施“規(guī)劃、設(shè)計、施工、運維”建設(shè)管理全生命期的數(shù)字化、智能化，提高工程建設(shè)質(zhì)量和安全，促進建、管、養(yǎng)的協(xié)調(diào)發(fā)展，推動交通行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級和長遠發(fā)展。