高速公路工程建设中对 ＢＩＭ技术的应用实践
发布时间：2021-12-18
[摘 要]研究分析在高速公路工程建设中实践应用 BIM技术的价值。随着高速公路工程建设技术的快速发展，传统的高速公路工程建设方式已跟不上时代的步伐，而 BIM技术的出现，为高速公路工程建设带来了新的革命。通过高速公路工程建设实例，根据高速公路工程建设中隧道衬砌的特点，应用 BIM 技术，设计出基于BIM技术的隧道衬砌智能化施工建设方案，并在 BIM技术支持下生成衬砌三维模型，验证 BIM技术在高速公路工程建设中的应用价值，扩宽 BIM技术在高速公路工程建设领域的应用范围。
[关键词]高速公路;BIM技术;公路建设;隧道衬砌
0 引言
随着我国目前公路行业的不断发展，在高速公路工程施工建设过程中，也提出更多新的、要求，而应用 BIM技术，可以实现对高速公路工程建设全生命周期内各阶段以及各参与方之间信息资源的共享，从而能够明显提高高速公路工程建设管理的信息化水平，提高高速公路工程建设效率[1]。BIM(全称：BuildingInformationModeling) 技术，能够基于三维数字技术基础，有效集成高速公路工程建设中各种施工阶段的数字化模型品，并且还可以运用数字化技术表示施工功能特性 [2，3]。同时，在实际的 BIM 技 术 中，还 可 通 过 构 建 “建 筑 信 息 模型”，从而可以合理设计出高速公路工程在施工设计、方案改造、数据采集以及统计建筑施工材料方面，优化工程建设施工的整个工作流程[4]。并且，在实际进行公路工程建设施工中，针对不同阶段，以建筑、结 构 模 型 为 主，应 用 不 同 的 BIM 功 能;如在建模中用 BIM 技术中的 revit技术，还可以应用碰撞检测以及动画展示功能，有效构建公路工程建设模型，提升公路建设施工效率。
1 高速公路建设项目案例
在某地建设的高速公路工程中，该工程项目位于 AK800+AK1250段，隧道衬砌段 2000m，层高不宜大于 1?5m，每层宜设置 4～5个窗口，其净空不宜小于 45cm×45cm。拱顶部位应预留 2～4个注浆孔。针对其公 路 隧 道 衬 砌 施 工 中，应 用BIM技术，结合实际隧道衬砌施工设计的特点，选用 BIM技术中，应用 BIM的 CATIA建模软件，构建设计隧道三维设计平台，并通过编制一个简要的隧道衬 砌 设 计 程 序，展 示 BIM 技 术 的 应 用 价 值，确保可提高工程项目的建设效率，优化设计方案。
2 在高速公路工程建设中 BIM 技术的应用优势
2?1 有助于合理设计施工方案
在高速公路工程建设中，应用 BIM 技术，可以合理的设计公路施工投标方案，也可以使施工过程中的交底工作做得更好，为实际高速公路工程建设，提供一个直观、明了的公路施工过程控制方案，大大提高实际高速公路施工效益。同时，在高速公路工程建设中，运用 BIM 技术，还可以基于BIM技术的可视化模拟功能，对公路工程施工过程中进行分部、分段研究分析，针对施工中一些重要的施工环节，进行重点的分析研究，从而可以强化施工人员对重点施工部分进行设计细化研究，大大提升施工中对关键施工部分的施工质量，使设计施工方案更符合实际应用需求。
2?2 可建模、模拟高速公路工程施工过程
在实际的应用过程中，可以有效将施工中三维资料与实体施工建设资料进行建模，使施工现场信息之间可以相互结合，从而可以模拟构建公路工程建设施工过程，使施工设计人员根据建模施工方案，进一步找出施工中的弊端，进一步的来优化设计施工方案。同样，在高速公路工程建设之中，还可通过应用 BIM 技术，将四维的拌合站模拟与建模信息相结合，减少重复作业，节约机械使用和人力成本，缩短了大量安装时间。
2?3 简化施工协调管理的工作难度
在公路施工中，通过应用 BIM 技术能够将各工区管理工作实时链接起来，方便施工管理中各方人员进行沟通。应用 BIM 技术，优化施工管理中的进度排布，避免各个施工工序之间出现交叉作业，也可以避免延误施工作业，提升管理工作质量，降低管 理 协 调 工 作 的 难 度。应 用 BIM 技 术，可以提高高速公路工程建设管理人员以及施工人员对施工工艺的认知情况，通过利用 BIM 技术，合理规划管理公路施工现场的各类安全设施，模拟施工现场布置，从而提高施工管理中对施工现场管理的安全性。
3 验证应用 BIM 技术建设高速公路工程的价值
3?1 优化构建高速公路 BIM设计思路
BIM应用与隧道工程设计，设计人员也可优化使用 BIM技术对公路隧道施工展开三维动态设计，通过建立隧道的实体模型进行结构分析、碰撞分析等。施工方通过 BIM技术实行对工程的动态管理，并参考设计模型进行施工指导、工期预测、分析造价等，优化施工管理。后期的运营和维护也可通过BIM技术对设计模型提供的信息参考，模 拟 后 期项目投入使用后会出现的相关问题，并针对这些问题采取措施等。BIM 技术设计应用结构见图 1。
3?2 基于 BIM技术设计高速公路隧道施工流程
在高速公路工程建设中，应用 BIM 技术，在设计隧道施工方案过程中，应能够综合考虑工程周边隧道围岩的地质条件，并根据施工现场断面的形状，优化设计支护结构与施工条件。用时，在具体的公路工程建设施工过程中，还可以充分利用施工现场围岩自承能力，提升衬砌施工的强度与稳定性，能保证高速公路隧道可以在建成后长期使用。根据隧道的使用要求和相关资料，衬砌的断面普遍采用两种断面形式，直墙式衬砌断面和曲墙式衬砌断面。基于 BIM技术，仿真设计施工流程，见图 2。
3?3 仿真构建基于 BIM的施工模型
在实际高速公路工程建设中应用 BIM 技术发挥重要价值，通过调用 BIM 技术工具平台 CATIAV5R21，使用 VB6?0对 CATIAV5R21进行二次开发，设计 一 个 简 易 的 隧 道 衬 砌 三 维 模 型 设 计 程序[5]，该程序所要实现的功能是在用户通过相关资料的查看后已经得到了隧道衬砌的设计参数，然后用户只需要将这些参数输入就可以得到相应的三维模型。大大简化了设计步骤，使设计效率得到提高，并方便后续设计的使用和修改。
首先，进入 VB6?0新建工程，然后使用相关控件设计出系统的开始窗体的界面。
其次，用户需根据设计资料选择所要设计的断面形式，并进入该断面的设计界面，本次设计中，应用直墙式衬砌，如图 3所示。
然后，通过 VB编程来操作 CATIA的绘图命令，设计隧道衬砌，创建直线、圆弧、凸台和实体镜像等命令，实现模型的建立。
3?4 优选隧道施工衬砌结构
在隧道衬砌断面设计界面，用户只需将得到的设计参数输入到相应的文本框，然后 就可开始创建衬砌。得到三维的施工模型结果，如图 4所示。
根据以上仿真模型分析，在实际工程中隧道所处的地质条件十分复杂，常常采用复合式衬砌，基于直墙式衬砌、曲面衬砌建立复合式衬砌，才可以提升隧道施工质量。因此在实际应用过程中，只需通过调用模型库大量的数据资料，便可完成优化设计的复合式衬砌结构，提升高速公路隧道衬砌施工质量，发挥重要应用作用。
3?5 合理设计施工方案
首先，项目管理人员应用 BIM 提供的工程施工方案，可以非常直观的理解就认识到在进行公路施工过程中，其各个施工时间节点与施工工序之间的交叉情况，从而可以进一步提高公路施工的效率，也可以使施工方案的安全性得到提高[6]。应用 BIM技术对公路工程施工进行虚拟展示，可视化观察研究预测施工中存在的安全隐患，也可以找出施工中的难点，提前在施工前合理设计施工方案，制定精准的公路工程建设施工计划，以保障高速公路隧道施工工作可以顺利的完成。
其次，在具体进行公路工程施工过程之中，应用 BIM技术，做好施工现场的勘查工作，减少施工 现 场 出 现 安 全 漏 洞 的 机 率， 提 高 施 工 安 全性[7-9]。模板安装必须稳固牢靠，接缝严密，不得漏浆。模板台车的走行轨Ⅲ级围岩段，宜设在底板垫层 (15cm厚 的 C15混 凝 土) 面 上，V级 围 岩段，宜铺设在填充混凝土面上。允许偏差，如表 1所示。
最后，在高速公路工程的隧道施工中，通过应用 BIM技术，建立隧道衬砌施工现场的虚拟三维信息可视化模型，这样就可以让工程施工设计人员更加直观了解到公路工程施工建设的整体情况，并且还可以进一步分析各项施工中容易出现问题的原因，从而制定有针对性的解决方法，使施工中各个部门沟通变得更加便利，减少交错施工难题。
4 分析在高速公路工程建设中应用 BIM 技术的价值
在进行高速公路设计的过程中，应用 BIM 技术，能够将公路设计元素转换为数字化的构件，从而将公路工程建设的各个部分分解成单独的单元，构建虚拟化的公路工程建设模型，为实际工程建设人员提供数据参考便利，发挥积极应用价值。同时，运用 BIM 技术，还可以建立有着现实公路特征的虚拟数字化公路工程建设施工模型，并可在模型中自动计算、测量出设计空间的形态，为提升公路工程 建 设 施 工 提 供 数 据 治 疗。采 用 BIM 技 术，将实现从根本上解决前期的规划、设计、中期的施工、后期的运营各阶段的信息断层问题，实现工程信息在全生命周期内的有效运用和监管[10]。在高速公路工程建设过程中，应用 BIM 技术，可以提升高速公路工程建设施工进度，合理安排施工数据，确保工程建设在规定期限内完工。同样，在本次研究中，针对高速公路隧道衬砌施工中，应用BIM技术，仿真公路隧道衬砌模型，为施工人员、管理人员以及设计人员协调沟通，提供可视化的模型参考，减少重复作业，节约机械使用和人力成本，使施工建设管理变得更加清晰，提升施工质量，减少施工中出错的几率，发挥积极应用价值。
5 结论
综上所述，在高速公路工程建设中，应用 BIM技术，优化设计高速公路隧道衬砌智能化施工建设方案，可以在 BIM技术支持下生成衬砌三维模型，可以使施工协调管理更为便捷，保障工程的顺利完成;在高速公路工程建设中应用 BIM 技术发挥重要价值，节约成本，可以在高速公路工程建设中扩宽 BIM技术的应用领域，发挥积极应用价值。——论文作者：董 君1，王志赫2
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