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交通工程

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BIM技术在公路设计中的应用研究

    摘要:在土木工程领域中BIM技术占据着非常重要的地位,主要分析了BIM技术特点及优势,并总结了BIM技术在公路设计中的特点,分析了BIM技术在公路设计领域中的应用前景和方向,最后对BIM技术在公路设计中公路构建结构树的建立、三维模型参数化建模、信息化管理和优化、工程量统计和方案必选等层次的应用进行了探讨,以此促进BIM技术在公路工程领域中的应用和发展。
 
    关键词:BIM;公路设计;应用研究
 
    0引言
 
    BIM技术是在信息化时代背景下诞生的一种创新工具和生产方式,其引发了西方发达国家在建筑领域的变革。BIM技术能够被应用于建设项目的整个生命周期中,并且还能够有效协调项目各参与方的工作,为各参与方提供畅通的交流平台。可以有效避免工程中的失误,提高工程质量,缩短工期,节约工程成本。但是,由于我国的BIM技术起步比较晚,尤其是在公路设计当中刚刚开始使用BIM技术,由此可见,加强BIM技术在我国公路设计中的应用研究是非常具有现实意义的。
 
    1BIM技术概述
 
    1.1BIM技术的定义
 
    BIM是BuildingInformationModeling的简称,即建筑信息模型,最早是由美国的查克伊斯特曼博士提出的。BIM是建筑信息模型,这个模型能够将整个建筑项目的生命周期的构建要求、几何特性以及构建性能等信息全部综合到一个单一的模型中,同时,在这个模型中还能够体现出项目施工的进度以及建造过程等控制信息。但是,随着BIM技术的发展,各国对于BIM提出了不同的定义。根据BIM在公路工程中的应用,可以将公路工程中的BIM定义为: “在公路工程中,借助三维信息化技术,对公路工程的各个参与方进行有效的协调,实现各利益方的信息共享和交付,有效提升工程建设的工作效率,优化资源的配置,并为工程决策提供科学的依据,可以将公路工程所有信息进行集成的建筑模型[1]。”
 
    1.2BIM技术的优势
 
    BIM技术是土木工程领域的先进技术,相比较于土木工程的传统建设手段,BIM具有显著的技术优势,主要体现在以下几个方面:①模型参数化,BIM信息模型主要是通过各种参数建立起来的,因此,在设计计算的过程中如果要对构建的信息进行调整,只需要在计算机平台中对相应的参数进行快速的调整即可,并且BIM模型还能够实现一次创建一处修改多处智能更新,这样就大大提升了工作的效率和质量;②结构可视化,BIM技术能够通过三维模型将结构特性和细节等方面完全呈现出来,这也为相关建设过程、管理方法和维护技术提供了非常大的便利,从而有效提升工程建设中各个参与方之间的有效沟通;③提高经济效益,BIM技术能够对各个设计和施工方案进行比较。其中包括工程量以及施工进度,并对成本进行精确合理的估算,从而有效调整各种工种和方案之间的关系,加快工程建设的进度,节约成本,提高工程的经济效益;④提高工程质量,在BIM技术当中可以通过碰撞检查、施工全过程控制和结构安全分析等手段,从而有效地改进现有工程技术中的弊端,有效地提升工程建设的质量和效率。
 
    2BIM在公路设计中的应用
 
    2.1公路构件结构树的建立
 
    在公路设计当中,构建整体BIM模型的前提是要建立系统的公路构件结构树,这样一来可以使得BIM模型显得更加的轻量化,从而更好地建立建筑模型。在实现工程项目的整个生命周期的构建过程中,还能够对相关信息进行准确的查找,这样一来可以有效提升信息管理的水平[2]。建立公路构件结构树最常用的方法为:面向对象;主要的原则为:按照功能对构件进行拆分。可以将公路构件结构树分为四个层次,第一层次:通过对公路工程的地质、地貌以及里程等相关特征进行分析,并进行科学的分段;第二层次:对以施工缝为界的功能组合进行细化;第三层次:通过对工程量的统计,重新对功能组合体进行构建;第四层次:根据方便建模的要求,按照单元将构建进行细化,之后完成构件树的建立。具体公路构件结构树模型如图1所示。
图1    公路构件结构树模型
 
    2.2公路工程的BIM模型参数化建模
 
    BIM技术在公路设计中应用的基本出发点为三维可视化建模,这主要是因为公路工程设计的构件造物比较多,必须要通过建立参数化的模型才能够对公路设计、施工以及运营中的各种信息进行技术调整,具体公路工程三维模型参数化建模如图2所示。
图2  基于BIM的公路工程三维模型参数化建模
    根据图2所示,可以将公路工程三维模型参数化建模分为四个阶段:(1)建立三维地质模型作为地形参数,BIM技术可以输入现有的三维地质图形自动生成三维地形空间图,并能够直接输入测量数据对模型进行修正和更改,比如:可以通过GIS数据直接进行输入,BIM模型就会自动对地形图进行修正。(2)公路平纵线参数化模型的建立,主要的参数有:平曲线、缓和曲线、竖曲线、坡度、坡长以及直线长度等,可以通过参数建模的过程中将这些参数建立起相应联系,比如:在设计纵断面的过程中,就可以将地面线与设计线,借助竖曲线的拟合形成空间曲线,同时还可以利用三维建模将参数之间的关联耦合关系计算出来,这样一来就能够为三维路线模型的形成提供极大的便利。(3)横断面参数化设计,横断面的参数主要包括:路基的宽度和高度、路面型式和厚度、路肩、护栏、超高、边坡、路缘石以及排水设施等,这些都能够通过BIM技术实现参数化设计,同时还能够根据点的约束形成各参数之间的联系。(4)建立关键构造物子模型如:桥梁和隧道,在建立子模型的过程中,需要对桥梁或者隧道内部的构件布置、连接构造以及钢筋设计等进行全面的分析和考虑,对于构造物的类型在整体模型建立中只需要粗略地进行表示即可,能够有效提升整体模型的调用效率,同时也便于对局部构建进行优化和改进[3]。
 
    2.3信息化管理和优化
 
    BIM技术在公路设计中的应用,可以有效提升公路工程信息化管理水平。例如:在公路设计的阶段,可以借助BIM技术对各项设计构建进行碰撞测试,从而及时检查出其中的问题,通过这样的方式,能够使设计方案更加具有科学性、合理性以及可行性,并且还能够有效降低工程施工的难度,便于BIM模型的修改。另外,在施工过程中,如果发现施工现场的地质或地形条件和设计方案不符,那么使用BIM模型也可以使施工方案的修改和调整变得更加简单,只需要在BIM模型中对相关的参数进行修改和调整即可,不再像原来一样,需要人为对整个设计图纸进行整体的修改,并且BIM模型能够自动根据修改的参数,对其他相关的参数进行修改,从而有效提升了公路设计的工作效率和质量。此外,在运营过程中如果出现了状态区域,也能够借助BIM模型来改进相关的设计,并对效果进行模拟,通过这样的方式可以有效提升公路设计的水平,为公路实际运营的优化和改进提供科学依据[4]。由此可见,在公路设计的整个生命周期中,BIM技术都能够为其提供基础模型,并通过计算机平台对整个工程项目进行高效的信息管理和资源配置,同时BIM技术还能够对施工方案、管理养护周期等进行模拟,从而有效实现设计方案的全方面覆盖。
 
    2.4工程量统计和方案对比
 
    BIM技术能够为公路设计的整个生命周期提供详细的三维模型,从而为公路工程的工程量统计提供极大的便利,这主要是因为BIM的土方量的计算是根据现实地形和公路模拟计算出来的,因此,结果更加准确。比如:在对路基挖方和填方量的计算统计、路面工程量的计算统计和护栏、栏杆量的计算统计等,这些工程量都能够对施工方案的组织设计产生非常重要的影响,并且对于建造材料的选用和使用也具有非常重要的参考作用。BIM模型能够通过模拟工程施工对各项工程量进行精确的统计,这样一来可以有效节约大量的时间和资源,提高工程造价管理的水平,降低工程成本,提高工程的经济效率。另外,由于BIM技术可以高效、快捷地对工程量进行统计,因此,借助BIM模型对初级阶段的设计方案进行比选是非常适合的,能够一目了然地分析出不同设计方案之间的经济性优劣,同时,也为不同路线的比选设计提供了科学的参考依据,以有效选出最合理的设计方案,并且在公路工程施工过程中,还能够便于对方案的调整和修改,从而更好地促进公路施工的组织和开展,提高施工的效率和质量。
 
    3结语
 
    综上所述,BIM技术是土木工程领域中非常重要的前沿技术,对于改进现有的设计方法、施工手段以及管理模式都具有非常重要的促进作用。因此,加强BIM技术在公路设计中的应用研究是非常必要的,将BIM技术应用到公路设计中能够有效构建公路结构树、并且建立三维模型参数化建模,为公路设计提供先进的技术支持,同时,通过信息化管理和优化、工程量统计和方案,能够有效提高工程质量,缩短工期,节约成本,从而有效促进公路工程的发展,提高我国公路设计的水平。
 
    参考文献:
 
    [1]程兴园.BIM技术在公路工程设计中的应用研究[J].公路交通科技(应用技术版),2018(3):112-113.
 
    [2]周豪.BIM在城市道路设计中的应用研究[D].南京:南京林业大学,2015.
 
    [3]余萌.BIM技术在市政道路设计中的应用研究[J].四川建材,2016,42(2):149-151.
 
    [4]邱华棋.浅析BIM技术在市政道路设计中的应用研究[J].智能城市,2016,42(5):31.
 
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