正向設計思路的BIM 技術在市政道路工程設計中的應用

王方斌 陳忠良

（1.中設工程咨詢（重慶）股份有限公司江西分公司， 江西 南昌 330031）

（2.華匯工程設計集團股份有限公司江西分公司， 江西 南昌 330000）

0 前言

正向設計以系統工程理論、方法和過程模型為指導，不以單純的模仿為手段，但重視借鑒逆向設計的思路，吸收各種現有技術和成果。就市政道路工程設計而言，BIM 技術的運用對工程設計優化具有積極助力，正向設計思路下，這種優勢可得到進一步發揮。分析BIM 技術的具體運用方式，具有積極的現實意義。

1 BIM 技術在市政道路工程設計中的應用價值

1.1 客觀真實

市政道路工程設計中，數據的價值十分突出，是保證設計合理的基礎，也是BIM 模型建設以及正向設計思路得到運用的主要依托。借助BIM 技術和正向設計思路，可確保市政道路工程設計結果客觀真實。如在較大規模的市政道路設計和建設中，因面臨自然環境、人文環境，設計工作復雜，需要考慮道路施工和建成后對周邊的影響。借助BIM 技術，可建立數字化模型，了解施工擾動，以正向設計思路為支持，則能借鑒其它工作經驗，綜合分析不同地基環境下的設計是否得當，是否會影響周邊建筑穩定性等，以數據和高質量模擬結果為依托，保證工程設計的客觀性和真實性。

1.2 直觀可視

BIM 技術的基本優勢在于可借助數據生成高度仿真的模型，使市政道路施工作業過程、調整優化過程能得到直觀呈現、可視化展示。如某地區進行立交橋建設，為了解建設外觀、通行能力，需要對設計方案進行反復論證。傳統二維模式下，無法充分保證所有人員理解設計思路，也無法有效呈現動態因素，設計模型不夠直觀。在BIM 技術支持下，所有設計參數，可通過一個或若干模型予以有效呈現，通過計算機則能控制其局部縮放，了解設計思路和部分動態信息，對設計進行的論證更加科學。正向設計思路有助于工作人員結合其它工程設計和建設成果，進行匹配分析，新一步優化論證效果。

1.3 模擬和優化

BIM 技術全稱建筑信息模型、建筑信息系統，是建筑學、工程學及土木工程的新工具。以三維圖形為主、物件導向、建筑學有關理論為依據，以信息數據為工作對象，通過電腦輔助設計，也可通過電腦進行參數變化調整，實現動態模擬和靜態模擬。在市政道路工程中，正向設計思路、早期搜集所獲信息能夠輔助進行BIM 模型建設，以確保所有牽涉到道路建設和設計的因素得到考慮。如果道路后續面臨工作壓力波動、維修需求，也可分析相關因素的影響參數，或以正向設計思路為依據獲取類似信息，代入模型中進行深入分析、約束條件下的模擬，為設計的完善進一步提供參考[1]。

2 正向設計思路下BIM 技術的運用

2.1 多技術綜合運用

正向設計思路，BIM 技術在市政道路工程設計中的運用，需重視與其它技術的聯合，如大數據技術、云計算技術等。以大數據技術為例，某地共有100 萬人口，道路設計標準為一級，在此背景下，以正向設計思路為依托，設計部門和對同類道路信息進行收集、積累，不斷豐富原始數據，了解同類道路最大負荷等級、使用壽命、維護支出等信息。假定分析結果表明，當地建設寬度為15 米為二級公路即可滿足交通負荷要求，可據此進行BIM 模型建設，代入大數據分析后所獲的道路負荷工作、溫度變化影響，了解寬度為15 米為二級公路，是否能夠滿足設計要求，直接提升設計工作的效率，也能避免盲目建設造成的資金消耗和非不要自出，提升工程的經濟效益和社會效益。

2.2 同類工程借鑒分析

對同類工程進行借鑒，是正向設計思路的特點和優勢之一，BIM 技術在市政道路設計中的應用，重視以數據為基礎，這使得正向設計思路、BIM 技術的應用獲取了理想的契合點，即借鑒同類工程現有參數，之后代入設計要求和交通壓力等相關信息，評估工程設計是否合理，針對存在問題的環境做調整即可。如某地計劃建設一條長度為5km 的公路，在建設前，對臨市的同類公路工程進行信息層面的借鑒，將該公路的車道設計、寬度設計、負荷等級設計等，加工成數字化參數，直接代入到BIM 模型中，生成一個標準化的參考模型。之后代入本市的交通工作壓力、車輛通行量、高峰通行時間段的負荷等級，評估參考模型是否能滿足本市交通需求。能夠滿足本市交通需求，可予以采用，做進一步的細節模擬；無法滿足本市交通需求，可針對薄弱點進行二次模擬。如本市車輛通行量過大，可對該道路參考模型進行模擬加寬，評估其工作能力，以此類推，指導模型完善，再將其作為本市道路設計的依托[2]。

2.3 標準化模型建設

標準化模型建設，是指在正向設計思路下，對不同市政道路的建設參數進行收集，獲取1 級、2 級、3 級公路建設的基本標準，求取中位值、極限值等，生成至少9 個標準化的BIM 道路模型。9 個模型分別為：1 級道路設計參數的中位值模型、最優參數模型、最低標準參數模型；2 級道路設計參數的中位值模型、最優參數模型、最低標準參數模型；3 級道路設計參數的中位值模型、最優參數模型、最低標準參數模型。此外，如果當地經濟欠發達，擬建設的市政道路尚無法達到3級標準，也可對3 級以下公路的建設參數進行收集，生成該等級道路設計參數的中位值模型、最優參數模型、最低標準參數模型，為當地的市政道路設計工作提供參考。模型建設完成后，依然采用參數代入法，代入本市交通工作的負荷需求，針對其缺陷等進行分析調整，高效率完成設計。

2.4 應用調整和遠期模擬

BIM 技術的優勢之一，是能夠在市政道路（也包括其它模擬對象）設計、建設和使用的全周期內進行模擬、調整，不斷實現對象設計的優化。在正向設計思路下，可進一步發揮該技術優勢，嘗試運用調整和遠期模擬。如某市設計完成了某條道路，并進入建設階段。為保證道路設計的合理行，可在正向設計思路支持下，進行模型調整。假定本市被規劃為開發區，出現交通壓力增加、大量增加等情況，通過模型參數模擬，了解道路是否仍能滿足通行要求。或對布局道路地基設計合理性進行評估，了解當前設計標準下，道路是否可滿足大型載重車輛通行要求、是否存在形變等等。投入應用的道路，也可進行遠期模擬，應本市被規劃如開發區，道路通行壓力激增，老化程度增加。可借助正向設計思路，代入其它區域道路老化后的工作能力等參數，進一步提升模擬的科學性和參數豐富性，以遠期模擬為道路后續設計調整提供依托。

3 總結

綜上，正向設計思路下，BIM 技術在市政道路工程設計中的應用價值較為理想，未來前景廣闊。BIM 在市政道路工程設計中的基本價值多樣，體現在客觀真實、直觀可視、模擬和優化等方面，正向設計思路下，BIM 技術在相關工程中的運用應著眼于對同類工程的借鑒、多技術綜合運用、標準化模型建設、應用調整和遠期模擬等方面，發揮設計理念和技術條件的雙向優勢，提升工程設計效果。