2017年9月，交通运输部下发了关于公路BIM示范工程的文件，文件中直接针对BIM技术的应用作出了重要批示。在公路项目设计、施工、养护、运营管理全过程开展BIM技术应用示范，或围绕项目管理各阶段开展BIM技术专项示范工作。主要任务包括：提升公路设计水平、提高公路建设管理水平、推进公路养护管理信息化。本文根据交通运输部第一批公路BIM技术应用示范项目中的贵州都匀至安顺高速公路项目，以及山东京沪高速公路莱芜至临沂（鲁苏界）段改扩建工程，介绍公路工程建设阶段BIM技术全面的应用。

总体应用思路

贵州都匀至安顺高速公路，项目全长276.324公里，总投资约430.79亿元，是贵州高速公路建设史上建设规模最大、投资额最高的高速公路项目。该项目具有自然条件复杂，路线布设难度大，且线位受规划区、保护区等影响，与公路、铁路和重要管线交叉，特殊结构桥梁，设计精度要求高，项目参与单位多，建设管理难度大。

山东京沪高速公路，项目全长232.393公里，主线按双向八车道高速公路技术标准改扩建；整体式路基拓宽至42米，新建单幅分离式路基宽度20.75米。由于项目地位特殊，改扩建意义重大。该项目涉及的改扩建形式多样，施工组织难度大，项目交通流量大，交通组织复杂。高边坡开挖施工及安全管控难度大，而且既有道路情况复杂，控制因素多。

这两个项目，分别是山岭重丘和平原微丘的地貌，是典型的带状工程。有着里程长，范围广，路基宽度多样，包含道路、桥梁、隧道、复杂的枢纽互通、特大型桥梁、钢结构桥梁、高边坡工点、多种不良地质等多种工程对象和特点，专业齐全，情况复杂，尤其是比较复杂的改扩建施工组织、交通组织等内容。因此，这两个项目非常具有代表性,具有很好的示范作用。

鉴于此，根据示范文件的内容要求，总体实施思路分为数字工程建设、工程信息管理和技术应用等三部分。对于项目建设单位，需要建立基于BIM的项目管理系统、建立全员参与的共享管理模式，以及改进建设管理。而对于项目的施工单位，则需要利用BIM技术改进施工组织，利用BIM数据进行构件加工，提升施工组织水平。

数字工程建设方案研究

GIS与模型轻量化

BIM与GIS的融合，在统一成球面坐标系以后，坐标以经纬度显示，常规的需求：查询平纵面信息、坐标、桩号、横断面、土石方就需要线位信息进行发布处理。

不同独立坐标系下的模型界面处的错位现象

绘制设计标准横断面

而GIS软件对地理信息轻量化处理是比较成熟的，但是对于工程模型，还需要进一步的研究和处理，否则会影响系统的刷新和运行。例如，模型创建的方法，模型的片面数过多，步长太短，需要进行检查和简化处理。对于工程模型来说，主要从研发面片检查工具、面片合并和减面处理等操作。

通过BIM与GIS的融合，模型轻量化处理后，才能将项目多专业、多种数据格式模型进行集成，解决大范围、大体量、多专业模型的融合及使用难题。

模型与属性分离

从2007年到2018年，先后颁布6本BS/PAS 1192标准，属于国家标准，适用于整个基础设施行业。欧洲和一些英联邦国家，都采用英国标准。提出相应的思路，并对其内容作了详细规定。COBie(Construction Operations Building information exchange)，是项目运营维护管理的信息交换标准，旨在项目前期就考虑运营时所需信息的搜集与整理。

COBie有以下特点：

(1) 所有数据皆包含于一个电子表格内。

(2) 电子表格需符合默认好的标准格式。

(3) 不同颜色代表不同的意义及重要性。

(4) 列表可以链接电子表格中的信息。

(5) 可参照外部文件档案。

(6) 可进行自定义设置。

COBie需要在项目开始前进行部署和定义，设计方、施工方和设备厂商均需根据各阶段职责要求填写相应的数据。COBie在实际操作中可用数据库的形式代替。

公路项目参与单位众多，导致建模软件工具、成果文件格式(典型如ifc/fbx/dgn/dwg)、附属信息格式等存在较大差异，为此可借鉴英国标准中COBie的思路来进行解决。项目单位提出了模型与信息分离的技术原则来解决这些问题。具体来说，针对主流模型设计软件平台，明确了模型文件交换格式，方便各单位、各专业协同建模，以及提出脱离模型，用独立数据库来实现工程信息的存储、管理，并借助模型构件编码实现模型对象及其工程信息的有效关联。

混合云的部署方式

平台通过建立数据中心数据库与BIM 服务器端，实现多个终端BIM模型数据共享。采用BIM模型私有服务器、数据公有云部署的混合云模式。既保证设计成果和GIS数据的安全性，又保证用户在浏览海量数据时稳定流畅的体验。

设计成果数字化交付

通过制定的项目BIM标准，在平台中进行工程构件的设计成果数字化表达。平台中的模型结构树与标准对应，模型属性信息内容与标准对应，平台将标准进行数据化的表达和呈现。

重要工点工程技术应用

1.设计成果核查

结合公司的质量管理体系，在两个依托项目设计的全过程建立 “设计-BIM核查-反馈-修正设计”的应用流程，对各专业之间的协调性、标高、坐标、复杂工点、施工临时构件等内容进行核查，进一步提高设计成果的质量。

施工临时构件核查

2.精细化结构设计

对于一些复杂结构，典型如桥塔，带仰角的塔柱，现浇爬模施工定位也是个空间问题，通过模型坐标拾取对现场测量人员放样坐标计算结果进行复核，以精确辅助主塔施工变截面模板定位、主塔施工。避免测量人员计算错误、辅助测量施工，可以避免后期的返工问题。

3.钢筋自动化加工

刚构桥内部干扰严重，三向预应力，不是随便移动避让就可以的。通过空间建模三维核查，有效避免干扰，同时还能得到钢筋的数字模型，采用数控机床，完成钢筋大样的数据传递，实现自动化加工。

0#块三维钢筋模型

4.辅助方案的论证

通过设置运输路径模拟架桥机运送梁片通过隧道，得到可能会有碰撞的位置，通过多次优化路径验证过隧道方案的合理性并得到合理路径。

5.施工场地规划

在山区场地狭窄，布设不易的地区，通过将现场地形、地貌、水文情况进行还原，再与工程模型的配合，比较方便完成场地布设工作。

6.激光点云的应用

通过三维扫描对开挖后进行点云扫描，生成点云模型，并与设计模型进行对比，验证出现场开挖模型与设计模型的标高、平面线形、坡率和超欠挖情况，控制边坡施工质量。

激光点云的应用

7. 施工监测监控

通过模型将路基、桥梁监测监控信息进行附加并设置报警值，方便对于数据检查和分析预警。

8. 施工组织方案模拟

根据施工组织方案、现状工点的竣工图，并分析方案，提取施工中的重难点或存在不确定的地方，以便制定模拟工作方案并建立模型。包括中分带的开口，机械、车流、交安设施的添加等，通过添加时间信息完成工序的模拟，并提交相应的验证报告。

9. 交通组织方案模拟

对于施工交通组织，首先要考虑到施工计划的编排，还要让现场交警明白实际的意图，因此采用这样交互式的方式来进行推演。

交通组织方案模拟

根据施工计划进行调整，制定者基于不同的交通组织原则进行多套方案的宏观对比，快速得出结论，采用简单模型，配上相应的色块。其次，对施工组织计划进行模拟，让施工的工序和计划更加合理，添加进来时间的安排，并可以进行修改。然后，绘制真实的交通车流，验证工序和计划的合理性，并查看什么时间节点，各匝道交通流情况和交通管制的情况。最后，进行第一视角的模拟驾驶，用以检查最终的方案，并最终进行交付。

基于BIM的工程信息管理

建立基于BIM技术的项目管理系统与方式，提高管理效率，改进施工组织，提高设备利用率，减少备料，进行构件加工，提高加工效率和精度，提升施工组织水平，实现交工、竣工的数据成果交付，这也是基于BIM的信息管理目标。

然而，现阶段的建设管理系统，典型的四大管理功能:安全、质量、进度和造价，对应的是公路工程项目分部分项与清单的划分，分别是基于《公路工程质量检验评定标准》和《公路工程标准施工招标文件》的，两者并不能完全对应，导致项目建设中存在多个平台。因此，现阶段很多项目都在做一体化平台，大致思路：分部分项和清单均进行细分，建立对应关系，打通计量支付与质量、进度和安全模块的对应关系。

因此,需要先结合具体项目中分部分项和清单的划分原则,来制定项目BIM标准,才能在平台中既实现工程构件的设计成果数字化表达,又达到与施工建设管理系统对接的目的。

当然，对于全面应用BIM技术，我们还面临诸多问题,典型如BIM成果的有效性问题，项目管理系统的需求多样化，涉及项目管理的流程和权限问题、项目完成后的竣工交付与运维管理系统的对接等问题。因此，对于BIM技术在公路工程建设阶段的应用，仍然需要大量的探索、实践和完善的工作。

本文刊载 /《桥梁 · BIM视界》杂志2020年 第3期 总第14 期

作者 / 望开潘、作者单位 / 中交第二公路勘察设计研究院有限公司