BIM技術(shù)以建筑物的各項信息數據作為模型的基礎，進(jìn)行建筑模型的建立，通過(guò)數字信息仿真模擬建筑物所具有的真實(shí)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計技術(shù)研究及其應用，是具有十分重大和現實(shí)意義的。

通過(guò)BIM平臺的統一架構、基于統一的文件格式，保證各專(zhuān)業(yè)之間數據無(wú)縫傳遞，建立應用軟件與交通項目管理系統之間的數據轉換接口，充分利用BIM的直觀(guān)性、可分析性、可共享性、可管理性等特性，為交通項目設計的各項業(yè)務(wù)提供準確及時(shí)的基礎數據與技術(shù)分析手段。配合交通項目管理的流程、統計分析等管理手段，實(shí)現數據產(chǎn)生、數據使用、流程審批、動(dòng)態(tài)統計、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二維設計的工程存在的問(wèn)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(guò)程設計中的關(guān)鍵技術(shù)及其應用。

“交通+旅游”長(cháng)壽大通道

都安至巴馬高速公路主線(xiàn)全長(cháng)119.4km，是廣西高速公路網(wǎng)東西向的重要通道，是廣西實(shí)施“縣縣通高速”的重點(diǎn)項目，也是廣西高速公路網(wǎng)規劃“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(cháng)壽養生國際旅游區，是廣西東西向重要的公路通道之一，也是廣西中西部地區及我國西部地區通江達海、接受發(fā)達東部地區經(jīng)濟輻射的重要通道。

項目貫穿巴馬長(cháng)壽養生國際旅游區和紅水河風(fēng)景區，將圍繞世界長(cháng)壽大道主題線(xiàn)路，通過(guò)“交通/服務(wù)區+旅游” 結合的方式，打造交旅融合示范公路。

項目圍繞世界長(cháng)壽大道主題線(xiàn)路，依托巴馬世界長(cháng)壽之鄉及多個(gè)中國長(cháng)壽之鄉的生態(tài)人文資源，通過(guò)“交通/服務(wù)區+旅游” 結合方式，打造集長(cháng)壽主題休閑度假體驗、山地運動(dòng)康養公園、自駕車(chē)營(yíng)地、自駕車(chē)集散、長(cháng)壽之鄉旅游商品購物等于一體的長(cháng)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(gè)公路BIM示范項目。


EPC總承包一體化

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

1. 項目規模大、空間距離長(cháng)。項目主線(xiàn)長(cháng)119.4公里，橋梁長(cháng)12657.6m，隧道長(cháng)44060m，共有7處互通，總造價(jià)167億，涉及多個(gè)關(guān)鍵節點(diǎn)和多個(gè)部門(mén)，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(guò)的區域存在山地和丘陵交錯的特點(diǎn)，喀斯特巖溶地貌多，且橋隧比高達47.9%。

3. 區域規劃協(xié)調關(guān)系復雜。項目地形復雜、施工交通組織困難，路線(xiàn)選線(xiàn)及結構物設計施工技術(shù)難度較大。

4. 要進(jìn)行“高速+旅游”綜合設計。項目穿越紅水河百里畫(huà)廊、七百弄風(fēng)景名勝區、巴馬長(cháng)壽之鄉等重要旅游景點(diǎn)，怎樣定位和設計交旅融合需要綜合考慮。

基于項目建設的難點(diǎn)和需求，我們采用BIM技術(shù)的綜合優(yōu)勢來(lái)進(jìn)行項目管理、設計和優(yōu)化，解決項目難點(diǎn)問(wèn)題。


“BIM+交通”設計

場(chǎng)地勘測應用

①無(wú)人機實(shí)景建模

通過(guò)無(wú)人機航拍獲取沿線(xiàn)正攝影像和三維實(shí)景模型，作為BIM設計的基礎資料。首先構建出實(shí)景建模，形成詳細、精確的三維表示，加快方案設計流程、輔助科學(xué)決策。

②三維地形航測

通過(guò)機載激光雷達高精度測繪，實(shí)現快速、準確的測量，并快速地創(chuàng )建三維地形曲面，解決傳統測繪采樣點(diǎn)不足的問(wèn)題，減少測繪成本。

③巖土數值模擬和可視化分析

基于地形曲面和鉆孔數據，對重要控制節點(diǎn)和復雜地質(zhì)路段建立三維地質(zhì)模型，實(shí)現項目公路不同要素的三維地形結構、三維物探、三維巖土參數概念模型和可視化表達。并基于地質(zhì)模型進(jìn)行橋梁、隧道等結構設計。

④三維地質(zhì)解譯

針對特長(cháng)隧道和地下空間溶洞，建立隧道全線(xiàn)地質(zhì)模型和溶洞模型，展示地下空間溶洞分布和工程數量，確定隧道圍巖等級、查看隧道結構和各地層之間的關(guān)系?；谌S地質(zhì)還可以進(jìn)行剖切和投影，自動(dòng)創(chuàng )建地質(zhì)的剖面圖，實(shí)現二維和三維的聯(lián)動(dòng)。


方案設計應用

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(xiàn)位比選、征地拆遷。多角度觀(guān)察建設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(diǎn)，確定征地拆遷影響范圍。減少基本農田占用及建筑拆遷，提高征地拆遷的準確性。

②三維智能選線(xiàn)

基于BIM綜合考慮工程、環(huán)境和社會(huì )因素，設定多種控制條件，通過(guò)計算機進(jìn)行大量?jì)?yōu)化分析，在短時(shí)間內選出上百個(gè)路線(xiàn)方案，以工程費用為優(yōu)化目標，確保選出最優(yōu)方案，降低工程建設費用。通過(guò)三維智能選線(xiàn)，比傳統選線(xiàn)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(xiàn)區、障礙物以及事故路段進(jìn)行分析，確定可視距離并評估安全度。通過(guò)三維設計前后對比分析，向決策者快速傳達多種方案設計意圖，直觀(guān)地展示方案設計效果和對周邊環(huán)境的影響，輔助方案決策。

④交旅融合重要方案設計

針對本項目的重要節點(diǎn)——大化服務(wù)區，采用BIM+GIS結合的方式來(lái)進(jìn)行服務(wù)區的選址和場(chǎng)地規劃分析，再利用BIM模型對服務(wù)區內部的分區和設施進(jìn)行優(yōu)化，確保服務(wù)區、管理區等場(chǎng)地合理布置。最后采用BIM可視化導覽加VR交互式場(chǎng)景進(jìn)行漫游查看，輔助方案分析與匯報。


詳細設計應用

①復雜節點(diǎn)三維精細化設計

基于BIM的道路平、縱參數化設計，制定道路橫斷面模板，自動(dòng)實(shí)現道路多級邊坡；通過(guò)參數化土木單元快速創(chuàng )建平交口和互通；采用BIM技術(shù)創(chuàng )建預應力混凝土精細化模型、特長(cháng)隧道精細化模型；基于大化服務(wù)區三維可視化模型進(jìn)行環(huán)境分析、景觀(guān)設計。

②三維參數化設計及出圖

建立橋梁參數化構件庫，通過(guò)套用通用圖庫自動(dòng)生成橋梁三維模型，并實(shí)現自動(dòng)更新。本項目實(shí)現了橋梁和涵洞通用圖數字化，并基于詳細的三維模型進(jìn)行剖切出圖，替代傳統的二維出圖。

③碰撞檢測分析

通過(guò)三維碰撞檢測查找設計中存在的問(wèn)題，優(yōu)化設計空間。通過(guò)檢測碰撞發(fā)現設計中凈空不足等問(wèn)題，對設計進(jìn)行反饋和優(yōu)化。

④BIM與三維數值模擬

基于詳細的三維數字模型，導出到不同的三維分析軟件中，建立ANSYS、FLAC 3D等有限元模型，分析復雜節點(diǎn)橋梁、高大邊坡地質(zhì)等應力擾動(dòng)區等受力情況，指導設計與施工。

⑤BIM協(xié)同設計

在項目的詳細設計過(guò)程中，采用BIM軟件平臺進(jìn)行協(xié)同，按照不同的設計專(zhuān)業(yè)分配相應的權限?；诮y一的服務(wù)器，確保各專(zhuān)業(yè)設計人員實(shí)時(shí)地共享設計信息和資源，并且保留審核和修改過(guò)程記錄，便于追蹤。


數字仿真和交底

①三維交通仿真模擬

采用VISSIM進(jìn)行互通和服務(wù)區車(chē)流及人流交通分析、預測和可視化仿真，分析項目未來(lái)的交通流量，規劃項目節點(diǎn)交通組織和解決方案。將分析結果進(jìn)行可視化仿真模擬，用于直觀(guān)展示交通分析結果，為交通組織決策提供依據。

②依托平臺輕量化交底

項目采用一個(gè)平臺+多個(gè)終端的項目信息查詢(xún)，實(shí)現方案階段和施工階段多參與方的信息共享和同步。同時(shí)將BIM模型打包進(jìn)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(chǎng)地布置及仿真

利用BIM模型可視化性能，建立施工場(chǎng)地三維數字模型，對施工場(chǎng)地進(jìn)行合理規劃和集成化管理，減少施工用地，保證現場(chǎng)運輸道路通暢。

④全景漫游導覽和VR展示

針對大化百里畫(huà)廊服務(wù)區精細化模型建立VR仿真模型，它可以發(fā)布成獨立的exe文件用來(lái)展示?；谒慕换バ?，輔助方案匯報和決策?；贐IM設計成果，還可以通過(guò)網(wǎng)頁(yè)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計意圖。


融合設計提升品質(zhì)

①交旅融合BIM示范應用

項目連接巴馬長(cháng)壽之鄉、紅水河百里畫(huà)廊旅游區，為貫徹交旅融合發(fā)展意見(jiàn)，規劃交旅融合示范，達到通過(guò)實(shí)施交旅融合總體策劃，并借助BIM+GIS技術(shù)優(yōu)化線(xiàn)位方案和場(chǎng)地規劃，充分利用沿線(xiàn)自然和人文景觀(guān)資源，實(shí)現了交通+旅游融合以及公路功能拓展。

②推動(dòng)項目綠色及品質(zhì)工程建設

本項目作為廣西交通廳品質(zhì)工程示范項目，基于BIM+GIS結合的三維選線(xiàn)統籌資源利用、提高土地利用率；結合三維水文地質(zhì)充分考慮地下水，減少公路建設對當地水資源環(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(fēng)光；廢舊材料再循環(huán)利用，治理污染、節約資源，最終推動(dòng)了項目綠色和品質(zhì)工程建設。

③助力“交通+扶貧”深度融合

項目途經(jīng)三個(gè)國家級貧困縣，路線(xiàn)綜合考慮貧困區建設發(fā)展，貫徹實(shí)施深度貧困地區交通脫貧；基于BIM的三維可視化技術(shù)助力開(kāi)發(fā)百里畫(huà)廊服務(wù)區、民俗度假村和多個(gè)鄉村旅游區，拉動(dòng)當地經(jīng)濟，精準扶貧；基于3S的設計管理系統，將項目沿線(xiàn)貧困地區地塊和拆遷信息集成到三維GIS平臺，建立貧困信息系統，助力數字脫貧。

④公路全要素BIM集成示范應用

本項目建立了道路、邊坡、橋梁、隧道、互通樞紐、服務(wù)區、收費站等三維數字化詳細模型，并將各個(gè)專(zhuān)業(yè)信息模型進(jìn)行集成，實(shí)現了高速公路全要素對象BIM集成應用示范。

廣西交通設計集團有限公司是廣西最大的綜合性交通和市政勘察設計研究單位。從2014年起，該院與時(shí)俱進(jìn)，開(kāi)始探索BIM技術(shù)在交通運輸工程中的應用。為了推廣BIM，公司開(kāi)展了形式多樣的BIM學(xué)習培訓活動(dòng)，并走出國門(mén)，到國外交流、學(xué)習先進(jìn)的BIM技術(shù)及應用經(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(chǎng)地勘測、方案規劃設計、施工圖精細化設計、施工仿真等方面開(kāi)展了實(shí)際應用。


場(chǎng)地勘測方面，通過(guò)無(wú)人機和機載激光雷達獲取基礎測量數據，以圖形工作站、臺式工作站和移動(dòng)工作站形成強大的數據處理及建模能力。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。在方案規劃設計階段，快速地建立方案模型，實(shí)現對方案模型的調整、展示及初步工程量的統計。在施工詳圖階段，構建構筑物的細節模型，通過(guò)二維出圖和工程量自動(dòng)統計，提高設計的精度和效率，如參數化鋼錨梁和錨具、預應力鋼筋混凝土精細化設計等。施工仿真應用方面，通過(guò)施工仿真，發(fā)現并查找設計或施工中存在的隱蔽問(wèn)題，為設計和施工提供可視化的指導依據。

除此之外，公司在多個(gè)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(wàn)象至萬(wàn)榮高速公路、平南相思洲大橋項目、平南三橋等工程中，都應用了BIM技術(shù)，并取得較好的成效。成果獲得全球基礎設施年度大獎賽“特別榮譽(yù)獎”，全國“科創(chuàng )杯”“龍圖杯” “優(yōu)路杯”等多個(gè)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、國際BIM大會(huì )現場(chǎng)作主題報告，提升了公司行業(yè)知名度和影響力。


BIM作為建設的信息革命，將推動(dòng)交通運輸建設事業(yè)的信息化發(fā)展，促進(jìn)從管理粗放、勞動(dòng)力密集的傳統產(chǎn)業(yè)向技術(shù)密集、管理高效的現代產(chǎn)業(yè)轉型。應用BIM技術(shù)后，所有參建方基于BIM協(xié)同平臺開(kāi)展項目管理工作，實(shí)現工程投資、建設、運營(yíng)信息的全記錄和全透明，消除黑箱操作的空間，有效預防工程建設領(lǐng)域腐敗。

基于BIM系統整體解決方案進(jìn)行深度研究和應用，是交通行業(yè)三維數字化技術(shù)應用落地的現實(shí)途徑。其推廣應用將加快實(shí)現交通基礎設施“規劃、設計、施工、運維”建設管理全生命期的數字化、智能化，提高工程建設質(zhì)量和安全，促進(jìn)建、管、養的協(xié)調發(fā)展，推動(dòng)交通行業(yè)的轉型升級和長(cháng)遠發(fā)展。