摘要：高速公路从设计、施工到运行管理涉及到各种各样的数据，而传统的公路工程进度是以图表、报表、统计表的形式呈现的，难以与工程的具体位置及桩号建立直观的联系和显示。BIM模型可从总体计划、设计、进度等各个方面提供可视化的、形象化的工程建设管理，同时工程竣工时这些管理资料还能为公路的投入运营提供重要的依据。笔者对BIM技术在高速公路施工管理中的应用进行了分析，提出了公路建设信息模型，并依托这个模型系统阐述了道路BIM概念、模型、框架和平台搭建技术。
关键词：道路；高速公路；BIM；施工管理
1引言
BIM是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，BIM模型在公路工程中的应用将从总体计划、设计、施工进度等各个方面提供可视化的、形象化的工程建设管理，对重要结构物的建设质量进行可视化和属性管理，在提高生产效率、节约成本和缩短工期方面发挥重要作用，同时在工程竣工时这些管理资料还能为项目的投入运营提供重要的依据。
2传统高速公路管理办法的局限性
1）传统的人工统计和手工计算难以提供及时准确的数据。我国高速公路建设任务非常繁重，而与这种繁重任务极不相称的是我国高速公路工程施工管理方式和测绘方式还很落后，属于粗放型管理方式。高速公路开工前业主会根据标段成立若干管理处，派大量技术人员、财务人员、管理人员对各标段现场进行管理，对各标段开工情况和施工进度进行统计，以便向有关领导汇报。这种管理模式的不足主要表现在公路施工线路较长，容易因为交通原因耽误工程进度，好多文件层层传递，信息漏失和误解增多，特别是工程进度和费用需要实时汇报，浪费了大量的人力物力。
2）公路工程项目设计变更多，遇到不良地质时缺少分析工具，需要建立空间地质模型进行安全性初步分析。
3）承包人不能严格遵守施工管理程序，监理和业主远距离协调困难，需协同平台联合监督。主要表现在：①施工中，存在着先开工后报告的现象。②先检验而后才有检验申请报告的现象时有发生。③存在不按规定频率检验的情况。
4）资料缺、假、乱是承包方管理方面的一大通病，如果管理平台不统一，使用不便捷，则很难贯彻执行。由于承包方的技术资料管理人员缺乏或经验不足，加之未能及时进行资料的整理，使有些技术资料的真实性、可靠性不足；即使开发了项目管理软件系统，也是软件公司在录入，沟通主要靠报批文件和图纸，业主和施工人员在施工现场和管理处间来回传递，使信息滞后漏失严重。
3道路施工BIM解决方案
3.1工程量的自动分析方法
高速公路施工分标段管理，各标段单位工程又分为土石方工程、桥梁工程、隧道工程、涵洞工程等。土石方工程是公路工程的重要组成部分，特别在山区地带进行建设，即使是在丘陵地区也有大量土石方开挖和填筑，并且常常成为初期影响施工进度的项目。在公路工程设计和施工中，施工方法的确定、施工进度计划的编制以及工程成本的核算都要求提供精确的土石方工程量。大面积土石方工程量的计算方法有图解法、截面法、格网法3种。这几种土石方工程量的计算方法基本都是手工作业，计算工作量很大，而且计算精度非常有限。如何进行快速而精确的土石方工程量计算在工程设计和施工中具有重要的意义。
3.2路基施工三维动态进度模型
基于BIM原理核心模型和数据库，将充分利用GIS的数据融合分析功能，在合理建立高速公路设计施工信息基础数据库的基础上，搭建三维高精度地形影响可视化平台，开发二维GIS数据库及三维高精度地形影响可视化平台的联动模块，最终实现系统的动态更新功能。
3.3路面施工形象进度模型
沥青混凝土路面结构层由面层、基层、底基层、垫层组成。其中：面层是直接承受车轮载荷反复作用和自然因素影响的结构层，表面层应根据使用要求设置抗滑耐磨、密实稳定的沥青层；基层是起主要承重作用；底基层起次要承重作用；垫层起排水、隔水、防冻、防污等作用。“路面施工形象进度模型”可与三维高精度地形模型一起联动，最终实现系统的动态更新功能。
4典型案例
4.1工程管理
软件以工程为单位管理不同的设计任务，并且完全基于文件进行数据组织，可直接复制整个工程进行备份、交流，也可针对某一具体的地形、路线等数据文件进行这些操作。软件采用了样板化技术，可根据各类工程的设计要求和习惯进行个性化设置，使工程管理不再繁琐。另外，软件提供的数据还原功能可以把工程数据还原到之前的某个点，解决了采用文件组织数据的同类软件不能undo的缺陷。软件实现了对象和配置的集中管理，所有曲面、路线、设计纵断、横断、道路交叉口等都统一在对象树中列出，可以直接在界面中对选中的对象执行常用命令。
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4.2地形
提供高程点识别，从图形对象添加点、属性块添加点、导入点等多种高程点添加工具以及支持断口处理的搜索定义等高线、成组定义等高线、快速转化等高线等多种等高线定义工具，能快速准确地处理地形数据。支持陡坎、特征线、边界、洞，支持曲面黏贴，能更好地进行地形建模。使用软件提供的三维地形和高程检查功能可以快速排除地形数据中的错误，而编辑操作记录功能则能够随时对已加入地形曲面中的等高线、高程点等数据进行修改。
4.3路线设计
软件提供导线法和曲线法2种路线设计方法。导线法提供了3单元和5单元2种类型的40多种设计方法，可以很方便地进行包括回头曲线在内的多种线形设计。曲线法提供了点加方位角、两点直线、参考路线3种起点接线方法，以及直缓圆、圆缓直、卵形、S形、C形等7种终点接线方式，进行匝道设计毫无障碍。而软件提供的复制指定桩号区间的路线、旋转路线、路线横移、路线反向、连接路线等编辑功能更是为路线灵活设计提供了根本的保障。另外，在路线设计过程中，随时可以查看三维视图、剖切地面线视图，以及进行规范检查，对路线的当前状态做到心中有数
4.4纵断设计
软件提供方便灵活的纵断拉坡设计功能，除常规设计方法外，还可以通过竖曲线上点反算变坡点高程、反算竖曲线半径，可以进行视距检查和规范检查等。而软件提供的匝道纵断传坡功能则大大简化了匝道的纵断设计工作。另外，软件提供了填挖方视图和三维视图，在纵断拉坡设计过程中随时对当前的填挖方情况了如指掌。
4.5横断和边坡设计
软件的横断板块设计功能灵活易用，除内置了几十种常用的公路和市政道路板块形式外，用户也可以添加自己的板块设计方案；除板块宽度、横坡、车道数、缘石等参数外，还可以设计每个板块的路面结构。软件可以根据板块方案生成标准横断面图和路面结构图。软件的边坡设计可以定义多套方案供不同道路、不同桩号区间使用，并且在同一方案内可以根据填挖高差的不同做不同的处理。边坡组件支持自由放坡、定高放坡、定距放坡、放坡到指定高程、多级放坡，以及边沟、排水沟、截水沟、挡土墙、护坡道等，并且支持生成桥头锥坡和相邻路基边坡处理。另外，软件内置了多种形式和用途的数百种挡土墙，用户还可以自行添加。
4.6超高加宽和平面编辑
软件的超高加宽计算功能，可以根据选用的设计规范自动计算超高加宽或根据公式计算，也可手工添加超高加宽区域和数据。超高旋转轴支持设在道路中线、中分带底部边缘、行车道内侧边缘或外侧边缘等位置。可分别设定每个板块的超高加宽值，支持有中央分隔带的道路的加宽，可以生成超高图。超高加宽结果直接改变道路平面图、土方断面和三维模型，可以在三维漫游中体验超高加宽效果。软件提供的多种绿化带编辑方式，以及定义港湾停靠站、出入口、紧急停车带、爬坡车道、错车道等功能则能够为道路平面编辑提供根本保障。
4.7行驶轨迹分析
用鼠标拖动或自动行驶的方式可视化模拟行驶轨迹，可生成行驶轨迹图，用于检查车道加宽是否合适等。该行驶轨迹支持不同车辆类型（小型车、普通汽车、鞍式列车、铰接车）和参数（轴距、前悬、后悬、总宽）。
4.8交叉口和立交出入口设计
软件提供的交叉口设计功能可以快速创建平交口，加铺转角支持单圆、三心圆、回旋线-圆-回旋线、圆-切-圆、倒角等形式，支持环岛交叉口，支持添加导流岛，支持定义左转附加车道、右转附加车道、出口附加车道，可以自动准确处理交叉口放坡。交叉口和道路保持联动关系，当道路被修改时，交叉口会自动同步更新。软件提供完善的交叉口竖向设计功能，可以采用等分法、圆心法、平行线法3种计算线生成方法以及6种板块划分方法，并且可以灵活调整控制点、计算线和板块。软件提供的创建立交出入口功能可以快速生成立交出入口，支持平行式和直接式2种出入口形式。
4.9智能联动
软件实现了智能联动功能，当修改路线、设计纵断等对象时，所有依据它们生成的数据都会自动更新。例如2条路相交生成了一个交叉口，但调整其中任意1条路后，交叉口会自动根据修改后的道路更新。另外，软件中的附加车道、港湾停靠站等道路组件都是可以删除或修改的，并且在删除或修改后道路自动更新，不需要再做额外的处理。
5结语
利用基于BIM的三维和四维模型可更清楚、更准确地介绍项目，对达成共识和项目获得批准起到了至关重要的作用。随着项目的推进，用BIM解决方案进行设计、协作和可视化，以及施工规划和模拟，有助于公司和项目利益相关方更好地了解、评估设计对周边地区的影响，并利用虚拟方式发现和解决问题，避免发生代价高昂的错误。目前市场上现有的BIM软件以及与BIM软件功能类似的软件，在道路施工管理方面还存在着空白，亟待相关软件行业去开发。
参考文献：
[1]清华大学BIM课题组.中国建筑信息模型标准框架研究[M].北京：中国建筑工业出版社，2011：4-7.
[2]张建平，李丁，林佳瑞，等.BIM的高速公路施工管理[J].施工技术，2012，41（127）：10-17.
[3]丰亮，陆惠民.基于BIM的工程项目管理信息系统设计构想[J].建筑管理现代，2009（4）：15-19.
论文作者:李育军
论文发表刊物:《基层建设》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/13
标签：软件论文; 交叉口论文; 功能论文; 模型论文; 道路论文; 路线论文; 地形论文; 《基层建设》2017年第16期论文;