BIM技术助山区“美丽公路”建设

       随着“美丽乡村”“和谐社会”等概念的提出，公路的设计不仅要考虑、经济、安全、舒适、经久耐用等内容，还要考虑山区公路的设计也应以“美丽公路”、“和谐公路”为出发点。在山区公路的建设中，山区公路的勘察设计是其施工的重要内容，其设计的科学性、合理性对整个施工的过程起到决定性作用。采用传统的2D设计容易出现遗漏、考虑不周，采用BIM可以通过模拟避免不必要的问题，节约时间及费用。

       BIM（BuildingInformationModel，建筑信息化模型）是包括建筑相关的工程信息的模型，其将三维数字技术应用于CAD技术中，其不仅提高了设计人员的工作效率，更是一种思维和模式的创新。BIM贯穿在整个工程建筑过程中，在设计、建设、运行、管理、维护整个周期中均发挥有效作用。在我国BIM近年来在机械、建筑行业中使用越来越广，由于山区公路自身的特点，BIM在山区公路的应用较少。

       1BIM在山区公路设计中的应用

       BIM在山区公路设计中的应用，主要分为三个阶段：规划阶段、勘察阶段、设计阶段。

       规划阶段：BIM在规划阶段不仅可以节约设计周期，并可以通过设定假设条件，使项目性能最优化。

       勘察阶段：BIM在勘察阶段可使工作内容简化，节约时间。同时BIM完成所有工作任务在同一环境中，从原始地勘数据、最小二乘法计算、地勘资料的编辑，最后自动创建地形图；创建地形的过程中是以交互式方式进行，错开隐藏性问题，创建可以在项目中自动使用的点或曲面；以曲面为参考，可以生产与原数据保持动态关系的对象，并可以选择任意曲面生产模型。

       设计阶段：通过建立道路模型可以有效地设计山区公路的模型，如：平面的交叉口的动态图。通过利用BIM内部的插件：人行道、车行道、车道组合、边沟等，可更快捷地设计环型路网，如路标和交通标志。根据直观模型可以更轻松地修改道路横断面，使设计优化。

       2BIM在山区公路施工中的应用

       2.1路基的进度模型

       根据BIM数据库和原理核心模型，结合GIS数据进行分析，在山区公路建设数据库基础上，构建可视化三维地形平台，研发出GIS数据库与三维地形图的可视化联动平台，最终实现动态的系统功能。

       2.2路面的进度模型

       山区公路路面结构层主要垫层、底基层、基层、面层组成，其中垫层的作用是防污、防冻、隔水、排水；底基层的作用为次要承重；基层的作用是承重；面层的作用是耐磨抗滑，因其直接与地面荷载相接处。其路面的进度可与三维地形图联动，实现路面的动态更新。

       2.3工程量的分析

       山区公路工程的重要组成是土石方工程，土石方的填筑和开挖的计算方法主要有：格网法、截面法、图解法。但此三种方法都需要人工进行、计算精度较差，且工作量较大，因此，如何有效精确地计算土石方的量是非常重要的。

       根据土石方计算的基本思路，利用BIM数字信息模型，做出底面网格模型与顶面网格模型，将底面与顶面之差的绝对值作为积分高度，单位网格面积作为积分单元，最后累加所有网格的工程量即为总工程量，其计算公式为：

       式中：h（x，y）为网格点的高程差值，当h（x，y）<0时，表示填方；当h（x，y）>0时，表示挖方。V为土石方体积。

       3BIM在山区公路实施中的困难

       山区公路的设计相对机械、建筑设计情况复杂，机械、建筑的设计背景相对环境集中，标准化程度高，设计者能够集中在设计方案及模型建设中。但山区公路的设计长达几十公里甚至上百公里的道路，其中包括隧道、路基、交叉等特点及由性质完全不同的因素组成，情况极为复杂，且标准化水平较低。因此，如何有机地将众多影响因素结合到BIM中是设计者面临的主要问题。山区公路BIM系统较为复杂，从投资至施工、管理，甚至到维护，所需内容、层次完全不同。

       解决思路：

       （1）BIM软件从目前情况来看，无法满足山区公路的设计需求，针对上述山区公路的特点，应开发开放式软件平台，广大市政设计人员根据自身需求及特点进行二次开发，满足复杂的山区公路设计，同时不断整合现有软件。

       （2）山区公路的设计受到诸多标准、规范、法律的限制，各阶段设计成果都应提交相应的成果标准，通过政府的推广，加深BIM系统在山区公路或公路行业的应用，可有效打开局面，缩小与先进水平的差距。

       （3）BIM是设计发展的潮流，虽然在应用初期设计效率较低，但应坚持。一是逐渐提高服务对象接受的程度，二是积累经验与人才。

       （4）BIM在系统应完善安全措施，在对BIM使用的人员应进行分级管理，加强安全保密教育。

       4结束语

       BIM在项目设计中的应用，可以更准确、更清晰地了解项目。同时，解决方案可视化及施工的模拟，及时发现存在的问题，避免不必要的错误。目前，BIM在山区公路的设计属于空白，其相关的标准、软件等都急需开发。通过提高生产效率、节约成本，适应信息化高速发展时代。