高速公路工程建设中对BIM技术的应用研究

高速公路工程建设中对BIM技术的应用研究

刘浩

身份证号：120112198711080911  天津市  300350

摘要：BIM技术在高速公路工程建设中的应用，能够显著提升设计质量与效率、施工精细化管理水平以及运维阶段的全生命周期管理。BIM技术的应用实现了设计、施工、运维的一体化，促进了信息流与业务流的全过程贯通，提升了建设运营效益。高速公路BIM应用需要在顶层设计与应用框架、关键技术实施、集成管理与大数据分析等方面进行系统规划与落地，从而带来显著的经济、社会和环境效益。

关键词：高速公路工程；建设；BIM技术；应用

引言

在新形势下，社会在高速发展过程中，我国加大了高速公路工程项目建设力度，为了促进高速公路工程领域的可持续发展，需要明确意识到道路设施工作的意义。为了确保高速公路建设中工作质量，应合理运用建筑信息模型（BIM）技术，对高速公路设施规划、施工阶段等进行合理运用。结合高速公路工程项目具体情况，合理实施可行性、完善性的BIM技术应用方案，有利于在高速公路建设中中充分展现出BIM技术应用价值。

1BIM技术在高速公路建设中的应用价值

1.1提高设计质量与效率

BIM技术在高速公路设计阶段的应用，通过参数化设计自动生成技术文件，极大地提高了设计效率和质量。传统的高速公路设计过程中，设计人员需要重复繁琐的工作，如绘制平面图、横纵断面图等，这不仅耗时耗力，还易出错。而利用BIM技术，设计人员只需输入相关参数，如路线走向、设计速度、路面宽度等，软件就能自动生成各种技术文件。此外，BIM技术还能实现多专业协同优化设计方案。高速公路设计涉及路线、路基、桥隧、交通工程等多个专业，传统设计中各专业间协调困难，易出现设计冲突。而在BIM平台上，各专业的设计模型可实时共享，设计人员能及时发现问题，优化设计方案，提高设计质量。

1.2完善运维阶段全生命周期管理

BIM技术在高速公路运维阶段的应用，能够实现智慧化运维与设施养护，完善全生命周期管理。传统的高速公路养护管理中，由于缺乏完备的建设信息和运营数据，维护决策往往凭经验和直觉，难以实现精准养护。而利用BIM技术，可在建设阶段就构建完整的工程信息模型，包括路面、桥隧、交通设施等部位的几何信息、属性信息和状态信息。进入运营期后，通过传感器、巡检设备等实时采集路况数据，并与BIM模型关联，形成全面真实的数字孪生模型。基于该模型，管理人员能够实时监测高速公路的使用状态，合理制定养护计划，实现预防性和针对性维护，延长设施使用寿命。

2高速公路工程建设中对BIM技术的应用

2.1三维模型集成

在基于BIM的高速公路工程质量监管策略中，三维模型集成发挥着核心作用。三维模型集成允许在一个统一的数字平台上进行工程设计、分析和监管。这种集成为施工单位提供了一个详细的动态化工程视图，其中包括结构元素、材料属性和施工进度等内容。例如，通过应用公式：V=lwh（式中，V为体积，l、w、h分别为长度、宽度、高度），可以在模型中精确计算所需材料量，进而优化资源分配和成本控制。三维模型的应用不仅提升了设计和施工的精确性，还通过实时更新功能提高了监管效率。在施工过程中，模型能够实时反映施工的变更和进度，便于监管人员及时发现偏差和潜在问题。这种即时的信息反馈减少了对传统现场检查的依赖，降低了由人为失误导致的风险。因此，BIM在高速公路工程质量监管中的应用，特别是三维模型的集成和分析，为施工单位提供了一个高效、准确的监管工具，使工程质量监管的效果得到了显著提升。

2.2自动化缺陷检测

自动化缺陷检测技术运用算法和数据分析工具，自动识别工程模型中的潜在问题和不一致性。误差计算公式为EQ()Piiin12=-=/式中，E为总误差；Oi为观测值；Pi为预测值，n为数据点的总数。自动化缺陷检测系统通过对工程模型的实际数据（观测值）和预期数据（预测值）进行比较，计算总误差E。如果E超过了特定阈值，系统便会标识出潜在的缺陷或问题区域。在具体项目中，自动化缺陷检测的应用主要体现在两个方面，一方面，在公路工程中，自动化缺陷检测可以用于验证BIM模型的准确性。例如，系统可以检查模型中的道路对齐度、坡度、材料属性等是否符合设计规范。这样一来，所有的不一致或误差都可以在施工前被识别和纠正，从而避免后期的返工和成本增加。另一方面，在施工过程中，自动化系统可以持续监控工程的质量。通过实时比较施工进度或结构元素的实际情况与BIM模型预设的标准，系统可以及时发现其中存在的偏差或缺陷。这种实时反馈使监管团队能够迅速采取措施，确保工程质量符合预期。

2.3多维度合作协同

多维度合作协同在基于BIM的高速公路工程质量监管策略中，实现了不同专业团队之间的有效沟通和协作。多维度合作协同的量化评估公式为Cs=∑（IcEc）/N式中，Cs为协同得分，能够衡量团队协作的综合效果；Ic为单个团队成员的输入贡献；

Ec为该输入的有效性评估；N为参与协作的团队成员总数。通过计算Cs，可以量化团队成员间协作的效果，识别合作中的优势和需要改进的部分。量化协同得分的方法有助于监测和提高多学科团队间的交流与协作水平。在建筑信息模型（BIM）环境下，不同专业的团队成员能够高效共享信息，开展密切协作，这对于项目能否取得成功有着至关重要的影响。有效的多维度合作协同不仅提高了工程设计和施工的质量，还促进了风险管理和项目的按时按预算完成。

2.4路基施工质量管理

利用BIM技术建立路基模型，集成与融合多种数据信息，以此作为基础，开展各项质量管理工作。电子沙盘是BIM模型的一种升级模式，可以对道路的地理空间、坐标等各类信息进行直观表达，而且还具备模拟和漫游功能，可以展示各关键节点和重点工程部位。利用电子沙盘可以精确计算土方挖填工程量，提高路基土方开挖施工的精确度。建立BIM质量控制工序交验平台，将准备工作、防排水施工、土石方开挖、路基填筑、碾压作业等工序按流程进行排列，设置相应的交验与卡控环节，构筑标准规范的质量防控体系，保证每个工序都按照规范要求进行质量控制，确保相关责任落到实处，实现质量责任可追溯。对于路基施工经常存在压实度不足的难题，需要着重进行质量控制，如果解决不好，会导致路面开裂、沉陷、渗水等问题频发。利用BIM技术，结合大数据、物联网、传感器、定位系统等，能够实时采集路基施工过程中的碾压速度、碾压遍数、振动VCV值、高程信息、位置信息等数据，上传到BIM数字化管控平台进行分析处理，自动计算路基压实轨迹、压实稳定性以及各点压实均匀度，针对计算结果进行施工质量评价，并将评价结果反馈给现场施工人员，及时调整路基施工操作规程，采取针对性的强化处理措施。利用BIM技术可直观、实时地展现路基施工过程质量信息，生成各种质量管理报表，为管理者科学动态决策提供依据。路基施工对机械设备应用要求较高，合理配置机械组合，能够提高机械化施工效率，减少资源能源浪费。

2.5施工仿真

首先，利用BIM技术建立三维场地模型，可视化呈现施工现场情况，优化调整场地布局，合理划分加工区、存储区、休息区、堆放区等功能区域；并根据不同阶段施工计划动态调整场地布置，减少二次搬运，提高机械施工效率，避免发生碰撞问题，减少矛盾和纠纷。其次，利用BIM技术开展虚拟建造，能够将施工方案进行全场景展示，提前发现实际施工过程中可能存在的问题；尤其是在大型桥梁、隧道等结构复杂的工程建设项目中，可以通过虚拟建造预拼装各种结构构件，掌握施工中的重难点问题，不断优化施工方案和工艺流程，提高工作质量和效率，减少安全风险。通过虚拟施工，能够直观查看各专业、各分包作业的进度计划，合理调配各种生产要素，减少交叉作业和作业面冲突问题，提高施工组织协调的有效性。另外，对于复杂结构施工，可以利用BIM技术进行深化设计，通过碰撞检测功能，自动检测设计方案中存在的缺陷，避免因图纸错误导致质量隐患和成本增加。

结束语

BIM技术在高速公路工程建设全生命周期中的应用，是实现设计、施工、运维一体化，提升建设品质与效益的必由之路。未来，随着信息技术的不断发展与行业应用的持续深化，BIM技术将与云计算、大数据、人工智能等新兴技术加速融合，为高速公路工程建设插上腾飞的翅膀。同时，BIM技术的全面应用也对从业者提出了更高的要求，需要不断加强专业技能培训，完善标准规范体系，优化管理流程与协作机制，真正将BIM技术的价值潜力转化为高速公路高质量发展的强大动力，为交通强国建设贡献智慧与力量。

参考文献

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[3]张科超,王珏,朱秀玲,等.高速公路工程建设中对BIM技术的应用研究[J].公路,2022(04):287-291.