1.1 项目简介

     国道338盂县境内闫家庄至梁家寨段公路改线工程东起盂县梁家寨乡对王只村东侧与河北省交界处，西至S214骆小线与现状G338交叉口西侧，全长约15.732Km。第ZCB2标段由K9+260-K15+293，长6.433km.现状G338线阳泉境内东起省界闫家庄（K466+199），西至夫城口（K509+934），路段全长43.735公里，二级公路标准，设计速度40km/h（局部为30km/h），路基宽度8.5米，道路均修建于上世纪六七十年代，是山西中北部地区的重要出省运煤主通道。

图1 项目总体路线走向

     现有国道338线盂县境内东西走向紧邻穿滹沱河湿地公园北侧并行布设，交通量大，重载交通多，对滹沱河水源地水体、湿地公园及下游岗南水库水源造成一定程度影响，沿线行车多，环境差，路线在梁家寨整体穿越梁家寨大汖温泉度假村，严重制约旅游景区的发展，同时河北省提出对国道338线在河北境内整体提升改造为一级公路的建设规划，与拟建项目在省界进行接线。

1.2 工程特点与难点

     项目结构复杂、工序较多，施工难度大，安全质量和监控要求高。整个项目工程量大，涉及各参与方较多，管理协调困难，信息共享不及时，工程进度减缓，工作效率低下，成本大大提高；项目结构复杂，传统的设计模式图纸冗繁，频繁变更、协作沟通困难导致数据重复、冗余、歧义和错误，降低设计质量，减缓设计进度；同时仅依靠传统的二维图纸很难提前发现或检测设计中存在的冲突问题，这些设计问题通常在施工阶段才能逐渐凸显，不仅影响施工进度，增加工程成本，也为日后的运营使用留下安全隐患；工程坐标与大地坐标之间的换算方式复杂，构造物不能精准定位；项目工序较多，许多专业模型的完成需要经过多种软件的导入导出，过程繁琐可能造成信息的丢失。

1.3 应用亮点及创新点

     借助公路工程BIM设计软件进行了公路工程的正向设计探索。项目在设计阶段充分采用BIM技术，在设计之初就规划好了BIM实施的模型、信息、应用等一系列标准。完善的标准、统筹的规划，为BIM模型在项目全生命周期的应用，打下了坚实的基础。

     本项目在设计阶段，应用BIM技术完成了路线、路基、桥梁、隧道、互通枢纽专业的BIM设计以及BIM模型创建，应用模型优化及验证施工图设计。

     在设计期，利用BIM模型和BIM技术进行各种模拟分析，直观的展示出不同方案的优缺点；通过对BIM设计完成后的隧道BIM模型进行渲染分析，实现了隧道内部装修方案、灯光设置等的直观展示，为隧道洞内装修、灯光设置提供了更加合理的技术支持。

2.1 BIM应用目标

     在本项目的初步设计阶段，应用BIM相关软件进行正向设计探索；在项目的施工图设计阶段，应用Civil3D、Revit等系列软件进行辅助设计，完成全线的路线、路基、桥梁、隧道、互通枢纽专业的BIM模型创建，通过BIM技术优化、验证设计。

2.2 团队组织

     山西省交通规划勘察设计院有限公司作为本项目的申报单位也是项目主要实施方，为项目实施提供主要的技术人员及硬件设备设施。公司下设数字化技术研究院为此次BIM应用主要负责部门，技术人员共25人，高级以上职称占40%。

     BIM团队中的BIM工程师，在设计过程中分工协作，完成本项目的BIM设计应用工作。具体职责分工如下：GIS数据处理以及三维地形构建、地质BIM设计、路线BIM设计、路基BIM设计、桥梁BIM设计、隧道BIM设计、交叉工程BIM设计、BIM软件的二次开发、以及模型整合及后期渲染处理等。

2.3 软硬件环境

     BIM管理平台开发语言：基于.NET Framework 4框架，在 Microsoft Visual Studio 2017下采用C#语言开发；

     建模软件：达索CATIA、civil3d和navisworks；

     三维动画及漫游制作软件：3DS max和LUMION。

     运行环境：Windows7操作系统，4G以上内存，64位CPU，2G以上显卡。

2.4 建模标准依据

     该项目BIM技术应用过程和成果均符合国家有关技术咨询、设计方面现行的标准、规范、规程、办法、条例。在服务过程中，如果国家或有关部门颁布了新的技术标准或规范，则应采用新的标准或规范进行规划项目编制。为协助项目的应用、管理，统一本项目BIM建模标准，我公司与业主、施工单位等协商，建立项目级的BIM建模标准，通过建立一套各参建单位认可的BIM建模标准，达到管理规范本项目BIM技术应用能力及BIM技术的应用环境，为后续建设、运维工作提供真实有效的模型支撑。

2.5 应用策略

     在本项目的初步设计阶段，应用BIM相关软件进行正向设计探索；在项目的施工图设计阶段，应用Civil3D、达索等系列软件进行辅助设计，完成全线的路线、路基、桥梁、隧道、互通枢纽专业的BIM模型创建，通过BIM技术优化、验证设计。本项目把BIM技术融合在全线的勘察、地质、路线、路基、桥梁、隧道、交叉工程等主要专业的设计中，高效率的进行跨专业多协同设计和建模。具体应用范围包括：（1）利用航测技术快速测绘现场实际地形数据;（2）运用GIS、BIM技术进行路线方案选线;（3）实现路基横断面定制、适用多种复杂地形;（4）完成常规桥梁、隧道部件的参数化设计;（5）使用BIM技术对设计方案进行模拟演示。

3.1 BIM建模

     该项目BIM技术建模过程包括成立BIM项目组、收集合同范围内的相关技术图纸资料等、现场调研确定需求、制定BIM建模大纲、开展BIM建模工作。期间项目组与设计单位、业主单位、施工单位多次沟通、交流，在详细调研的基础上，高质量完成合同范围内要求的BIM模型构建工作。

图2 桥梁精细化模型

3.2 BIM应用情况

     在本项目的初步设计阶段，应用公路工程BIM设计系统软件进行了正向设计；在项目的施工图设计阶段，应用Civil3D、Revit等系列软件进行了辅助设计，完成了全线的路线、路基、桥梁、隧道、互通枢纽专业的BIM模型创建，通过BIM技术优化、验证了设计。

     本项目把BIM技术融合在了全线的勘察、地质、路线、路基、桥梁、隧道、交叉工程等主要专业的设计中，高效率的进行了跨专业多协同设计和建模。具体详述如下：

     GIS专业：利用航测技术快速测绘现场实际地形数据，用BIM技术快速创建三维地形曲面构建真实环境。数字高程模型叠加正射影像后，形成与真实环境高度吻合的场地电子沙盘。

图3 地模数据及正射影像

     路线选线：本项目运用GIS、BIM技术进行路线方案选线。在对现状场地进行了全面分析后，可以对多个方案的路线走向、构造物规模、造价等多个因素比较，对一些条件限制因素较多、结构复杂多变等大型、难点工程，BIM技术提升了设计的表现力，将方案表达更加形象、易懂，并可利用三维空间对方案进行优化，合理决策，选择最优方案。

     路基专业：实现路基横断面定制、适用多种复杂地形。基于三维可视化设计平台进行方案设计、优化。

图4 土石方调配表

     桥梁专业：完成常规桥梁部件的参数化设计，如箱梁、盖梁、桥墩、护栏、铺装等标准模型的建立，桥梁结构尺寸实现参数化。通过三维建模直观形象反映桥梁与周围环境关系，反映桥梁外形轮廓走向、主要结构构件、设计参数。

图5 T梁上部构造参数化模型

     隧道专业：利用BIM技术准确体现隧道段落及进出口位置，建立三维模型，突出重要部件的细节层次及特性，满足设计及后期阶段等多类需求。实现模型部件化的参数设置，如隧道标准面，隧道结构设计等。

图6 梁家寨隧道及编码信息

     地质专业：通过三维地质建模，实现项目不同阶段地质资料共享，在模型中反映项目区域地质情况。实现地质数据的信息化管理、共享，服务协同设计。

图7 隧道地质模型

     项目方案展示：本项目使用BIM技术对设计方案进行模拟演示，充分反映设计意图，及时发现设计问题，并积极利用BIM技术手段优化设计。未来可收集工程不同阶段的信息数据进行集成，以便后期运营管理，架起设计、施工建设、运营沟通的桥梁。

图8 方案效果展示

     模拟分析：在设计期，利用BIM模型和BIM技术进行各种模拟分析，直观的展示出不同方案的优缺点；通过对BIM设计完成后的隧道BIM模型进行渲染分析，实现了隧道内部装修方案、灯光设置等的直观展示，为隧道洞内装修、灯光设置提供了更加合理的技术支持。

     在本项目的初步设计阶段，应用公路工程BIM设计软件进行了正向设计探索；在项目的施工图设计阶段，应用BIM技术完成了路线、路基、桥梁、隧道、互通枢纽专业的设计以及BIM模型创建，应用模型优化、验证设计方案。实现了勘察设计业务的全流程信息化，将勘察设计业务的全部技术流程通过信息化手段实现改变了原有工作方式，显著提升了设计工作的效率和准确性。在降低工程投资、提高设计质量、缩短设计周期等方面，取得了较好的成果，同时很好的提升了企业创新能力和市场竞争能力。

     依托本项目，通过BIM技术与公路工程项目的应用实践，主编了一系列BIM标准、研发了一系列BIM课题。主编山西省地方标准2项：《山西省公路建设领域建筑信息模型（BIM）设计交付标准》和《公路工程信息模型设计应用指南》；主编2项中国工程建设标准化协会标准：《公路工程领域建筑信息模型（BIM）技术服务计费标准》和《公路工程BIM模型数据存储标准》；主编中国公路学会标准1项：《公路工程信息模型数据存储标准》以及山西交控集团企业标准1项：《公路工程信息模型交付标准》等。

图9 山西省公路建设领域建筑信息模型（BIM）设计交付标准

5.1 推广价值

     本项目借助公路工程BIM设计软件进行了公路工程的正向设计探索。项目在设计阶段充分采用BIM技术，在设计之初就规划好了BIM实施的模型、信息、应用等一系列标准。完善的标准、统筹的规划，为BIM模型在项目全生命周期的应用，打下了坚实的基础。

     本项目在设计阶段，应用BIM技术完成了路线、路基、桥梁、隧道、互通枢纽专业的BIM设计以及BIM模型创建，应用模型优化及验证施工图设计。

     在设计期，利用BIM模型和BIM技术进行各种模拟分析，直观的展示出不同方案的优缺点；通过对BIM设计完成后的隧道BIM模型进行渲染分析，实现了隧道内部装修方案、灯光设置等的直观展示，为隧道洞内装修、灯光设置提供了更加合理的技术支持。

     本项目设计阶段所采用的BIM选线、路基、桥梁、隧道等构造物的交互式设计，革新了传统的设计手段，其成功的经验对于高速公路的设计是一笔非常宝贵的财富。通过BIM技术结合高速公路勘察设计，缩短了设计和建设周期，精细化了工程项目管理，提高了公路工程信息化水平，推进了公路“品质工程”示范的创建。

5.2 经验教训

     BIM技术应用在项目初期开始统筹规划具有重要作用。本项目在设计阶段充分采用BIM技术，在设计之初就规划好了BIM实施的模型、信息、应用等一系列标准。避免了后期因BIM应用规划问题导致的BIM技术应用效率不高及反复修改的问题。

     不同软件模型标准有待统一。设计模型导出后再导入其他软件存在模型信息丢失的问题，造成后期施工运维阶段模型利用效率较低。因此，推动不同软件平台BIM信息模型数据存储标准化对BIM技术的全生命周期应用具有重要的价值。