BIM技術以建筑物的各項信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎，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技術在交通行業(yè)的技術相對滯后，為此，基于BIM技術的高速公路全要素對象的全生命周期設計技術研究及其應用，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、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，為交通項目設計的各項業(yè)務提供準確及時的基礎數(shù)據(jù)與技術分析手段。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)二維設計的工程存在的問題，研究基于BIM技術在高速公路全要素對象全生命周期過程設計中的關鍵技術及其應用。

“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(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)構物設計施工技術難度較大。

4. 要進行“高速+旅游”綜合設計。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，怎樣定位和設計交旅融合需要綜合考慮。

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


“BIM+交通”設計

場地勘測應用

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設計的基礎資料。首先構建出實景建模，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、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)構設計。

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)構和各地層之間的關系。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，便于前期線位比選、征地拆遷。多角度觀察建設方案三維模型與周邊建筑物的位置關系，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(jié)點——大化服務區(qū)，采用BIM+GIS結(jié)合的方式來進行服務區(qū)的選址和場地規(guī)劃分析，再利用BIM模型對服務區(qū)內(nèi)部的分區(qū)和設施進行優(yōu)化，確保服務區(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。


詳細設計應用

①復雜節(jié)點三維精細化設計

基于BIM的道路平、縱參數(shù)化設計，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技術創(chuàng)建預應力混凝土精細化模型、特長隧道精細化模型；基于大化服務區(qū)三維可視化模型進行環(huán)境分析、景觀設計。

②三維參數(shù)化設計及出圖

建立橋梁參數(shù)化構件庫，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計中存在的問題，優(yōu)化設計空間。通過檢測碰撞發(fā)現(xiàn)設計中凈空不足等問題，對設計進行反饋和優(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)等應力擾動區(qū)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程中，采用BIM軟件平臺進行協(xié)同，按照不同的設計專業(yè)分配相應的權限。基于統(tǒng)一的服務器，確保各專業(yè)設計人員實時地共享設計信息和資源，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

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，減少公路建設對當?shù)厮Y源環(huán)境的破壞；采用噴射植被混凝土技術，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。

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的三維可視化技術助力開發(fā)百里畫廊服務區(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集成示范應用

本項目建立了道路、邊坡、橋梁、隧道、互通樞紐、服務區(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，該院與時俱進，開始探索BIM技術在交通運輸工程中的應用。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，并在場地勘測、方案規(guī)劃設計、施工圖精細化設計、施工仿真等方面開展了實際應用。


場地勘測方面，通過無人機和機載激光雷達獲取基礎測量數(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，構建構筑物的細節(jié)模型，通過二維出圖和工程量自動統(tǒng)計，提高設計的精度和效率，如參數(shù)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，通過施工仿真，發(fā)現(xiàn)并查找設計或施工中存在的隱蔽問題，為設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，都應用了BIM技術，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作為建設的信息革命，將推動交通運輸建設事業(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)向技術密集、管理高效的現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型。應用BIM技術后，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、運營信息的全記錄和全透明，消除黑箱操作的空間，有效預防工程建設領域腐敗。

基于BIM系統(tǒng)整體解決方案進行深度研究和應用，是交通行業(yè)三維數(shù)字化技術應用落地的現(xiàn)實途徑。其推廣應用將加快實現(xiàn)交通基礎設施“規(guī)劃、設計、施工、運維”建設管理全生命期的數(shù)字化、智能化，提高工程建設質(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。