第４２卷，第４期 公 路 工 程 Ｖｏ１．４２，Ｎｏ．４ ２ ０ １ ７年８月 Ｈｉｕｈｗａｖ Ｅｎ ｇｌｎｅｅｎｎ Ａｕｇ．，２０１ ７ 高速公路工程建设中对ＢＩＭ技术的应用实践 董君。，王志赫。 （１．哈尔滨工业大学建筑学院，黑龙江哈尔滨１５０００６； ２．东北林业大学土木工程学院，黑龙江哈尔滨 １５０００６） ［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 ［中图分类号］Ｕ ４５５．９１ ［文献标识码］Ａ 【文章编号】１６７４－０６１０（２０１７）０４－０００１—０３ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＢＩＭ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ Ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ＤＯＮＧ Ｊｕｎ ，ＷＡＮＧ ＺｈｉＨｅ （１．Ｈａｒｂｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，Ｈａｒｂｉｎ，Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ １５０００６，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈａｒｂｉｎ，Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ １５０００６，Ｃｈｉｎａ） ［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｉｎ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｈｉｇｈｗａｙ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｖａｌｕｅ ｏｆ ＢＩＭ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒａｐｉｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｈｉｇｈｗａｙ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｈｉｇｈｗａｙ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｕｎａｂｌｅ ｔｏ ｋｅｅｐ ｕｐ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｐａｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｉｍｅｓ，ａｎｄ ｔｈｅ ｅｍｅｒ— ｇｅｎｃｅ ｏｆ ＢＩＭ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｈａｓ ｂｒｏｕｇｈｔ ａ ｎｅｗ ｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｆｏｒ ｈｉｇｈｗａｙ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｈｉｇｈｗａｙ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｅｘａｍｐｌｅ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｕｎｎｅｌ ｌｉｎｉｎｇ ｉｎ ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ ｃｏｎｓｔｒｕｃ・ ｔｉｏｎ，ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＢＩＭ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ＢＩＭ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｔｕｎｎｅｌ ｌｉｎｉｎｇ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ３ Ｄ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｌｉｎｉｎｇ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｓｕｐｐｏｒｔ ｏｆ ＢＩＭ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｐｐｌｉｃａ－ ｔｉｏｎ ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＢＩＭ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｈｉｇｈｗａｙ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｓｃｏｐｅ ｏｆ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＢＩＭ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｗｉｄｅｎｉｎｇ ｔｈｅ ｈｉｇｈｗａｙ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｆｉｅｌｄ． ［Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ］ｈｉｇｈｗａｙ；ＢＩＭ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｈｉｇｈｗａｙ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ；ｔｕｎｎｅｌ ｌｉｎｉｎｇ Ｏ 引言 用数字化技术表示施工功能特性 。】。同时，在实 际的ＢＩＭ技术中，还可通过构建“建筑信息模 随着我国目前公路行业的不断发展，在高速公 型”，从而可以合理设计出高速公路工程在施工设 路工程施工建设过程中，也提出更多新的、要求， 计、方案改造、数据采集以及统计建筑施工材料方 而应用ＢＩＭ技术，可以实现对高速公路工程建设 面，优化工程建设施工的整个工作流程 。并且， 全生命周期内各阶段以及各参与方之间信息资源的 在实际进行公路工程建设施工中，针对不同阶段， 共享，从而能够明显提高高速公路工程建设管理的 以建筑、结构模型为主，应用不同的ＢＩＭ功能； 信息化水平，提高高速公路工程建设效率…。ＢＩＭ 如在建模中用ＢＩＭ技术中的ｒｅｖｉｔ技术，还可以应 （全称：Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ）技术，能够 用碰撞检测以及动画展示功能，有效构建公路工程 基于三维数字技术基础，有效集成高速公路工程建 建设模型，提升公路建设施工效率。 设中各种施工阶段的数字化模型品，并且还可以运 ［收稿日期】２０１７—０２—１７ ［作者简介】董君（１９７２一），男，黑龙江哈尔滨人，副教授，博士，国家一级注册建筑师，研究方向：建筑设计及其理论。 ２ 公路工程 ４２卷 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２ ０００ ｍ，层 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。 高不宜大于１．５ ｍ，每层宜设置４～５个窗口，其 净空不宜小于４５ ｃｍ×４５ ｃｍ。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 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 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 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。 高速公路隧道施工应用ＢＩＭ技术的结构 软件平台选择 模型建立Ｉ Ｉ模型应用 ｌ Ｉ Ｉ Ｉ差Ｉｌ霍ｌ Ｉ蒌Ｉ ｌ磊 图１应用ＢＩＭ技术的结构 Ｆｉｇｕｒｅ １ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＢＩＭ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 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 第４期 董君，等：高速公路工程建设中对ＢＩＭ技术的应用实践 ３ 建模分析 提取参数化条件 功 能 扩 充 ＶＢ定制界面 调用ＢＩＭ巾的工具平台 调 试 图４施工仿真模型 Ｆｉｇｕｒｅ ４ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ 定制工』 条 图２应用ＢＩＭ技术设计施工流程 Ｆｉｇｕｒｅ ２ ＢＩＭ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｃｏｎｓｌｒｕｃｌｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ 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 挥重要价值，通过调用ＢＩＭ技术工具平台ＣＡＴＩＡ Ｖ５Ｒ２１，使用ＶＢ６．０对ＣＡＴＩＡ Ｖ５Ｒ２１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 ，该程序所要实现的功能是在用户通过相关 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 。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 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。 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，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。 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 ｔ计●●瞳＾ 性＂ 】。模板安装必须稳固牢靠，接缝严密，不得 一 ＿－．ｔｌＩｌ哪－－Ｉ・翱盘．ｔ＿‘＿ ＮＩＩＩＩＩＩＩ￣， 广—一厂—一厂一。。。。。。。。‘。‘ —— ￣ｌｌｔｉｔｌｔＬ．ｒ—一 ｉ 一 竺…一…一…圈 ｌ 一漏浆。模板台车的走行轨Ⅲ级围岩段，宜设在底板 垫层（１５ ｃｍ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。 表１施工允许偏差 Ｔａｂｌｅ ｌ Ａｌｌｏｗａｂｌｅ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ 竺Ｉ 一－－一 一…一……… 图３断面形式 Ｆｉｇｕｒｅ ３ Ｃｒｏｓｓ ｓｅｃｔｉｏｎ 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。 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 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 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。 （下转第２０页） ２０ 公路工程 ４２卷 沙漠砂混合料的路用性能指标，确定沥青沙漠砂混 合料的沙漠砂最大替代率为６０％。 ③全替代率的橡胶沥青沙漠砂混合料的高温 稳定性较橡胶沥青混合料仅降低７．８％，降低幅度 较低，且低温抗裂性和水稳定性与之相当，均能满 足规范要求。因此，橡胶沥青沙漠砂混合料的沙漠 ［Ｊ］．Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，２０１２，２８（１）：９６— １０３． ［５］ 赖正林，谢军，钟卉．不同级配下橡胶沥青混合料路用性能的 比较［Ｊ］．公路工程，２０１２（５）：９２—９６＋１００． ［６］ 陈振超，何东坡，李洪峰．橡胶沥青混合料在冻融作用下的性 能研究［Ｊ］．森林工程，２０１５，３１（３）：１１７—１２０，１６８． ［７］ 关永胜，谈至明，张志祥．间断级配橡胶沥青混合料抗车辙性 能［Ｊ］．同济大学学报：自然科学版，２０１３（５）：７０５—７０９． 砂最大替代率为１００％。 ［参考文献］ 刘红瑛．废橡胶粉改性沥青混合料性能研究［Ｊ］．公路，２０１２ （０４）：１７７—１８０． ［８］ 李廷刚，李金钟，李伟．橡胶沥青微观机理研究及其公路工程 应用［Ｊ］．公路交通科技，２０１１（１）：２５—３０． 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刘辉．基于ＢＩＭ技术的高速公路施工安全管理分析［Ｊ］．交通 世界旬刊，２０１６（７）：１１４—１１５， 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¨。。。在高 速公路工程建设过程中，应用ＢＩＭ技术，可以提 刘宏刚，张海华，甘一鸣，等．施工企业ＢＩＭ应用策略研究 ［Ｊ］．高速铁路技术，２０１６，７（４）：１—７． 王大威．ＢＩＭ技术与自动跟踪全站仪在高速公路施工测量的 应用与研究［Ｊ］．建筑工程技术与设计，２０１６（９）． Ｃｈｏｉ Ｊ，Ｒｙｕ Ｈ Ｇ．Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｄｕｃ— 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 ｔｉｖｉｔｙ ｆｏｒ ｈｉｇｈｗａｙ ｐａｖｅｍｅｎｔ ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＫＳＣＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１５，１９（５）：１—１０． 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 李斌强．ＢＩＭ技术在高速公路机电工程中的应用探讨［Ｊ］．中 国交通信息化，２０１５（５）：３３—３４． 严丽娟，李文芳，王福来，等．ＢＩＭ在某高速公路项目管理中 的应用［Ｊ］．工程技术：全文版，２０１６（５）：００１５０—００１５１． 李丽慧．河南公路建设对城市土地利用影响的研究［Ｊ］．公路 工程，２０１５，４０（４）：２０２—２０４． 量，减少施工中出错的几率，发挥积极应用价值。 ５ 结论 李琳，罗芳．高速公路水泥混凝土路面加铺层设计与应用研 究（Ｊ］．公路工程，２０１６，４１（３）：１１７—１２１．