基于BIM的市政道路優(yōu)化設(shè)計(jì)探究

文｜ 中煤科工集團(tuán)武漢設(shè)計(jì)研究院有限公司 張衛(wèi)東

前言

市政道路設(shè)計(jì)直接關(guān)系到城市整體建筑規(guī)劃，對(duì)于城市居民的生活和出行有著直接影響。同時(shí)，市政道路設(shè)計(jì)優(yōu)化關(guān)系到道路的施工和維護(hù)，有著重要的影響。為了落實(shí)以人為本的理念，必須結(jié)合先進(jìn)技術(shù)改進(jìn)各個(gè)流程，保證最終市政道路的使用效果。

1 BIM 技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)分析

本文研究的BIM 技術(shù)，具體來(lái)說(shuō)是道路信息模型技術(shù)，其中有效應(yīng)用了三維數(shù)字技術(shù)，同時(shí)搭配相關(guān)前沿技術(shù)進(jìn)行研究和優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過軟件構(gòu)建的模型，有著多方面優(yōu)勢(shì)。可以針對(duì)道路節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)字化操作，功能包括三維動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和仿真分析。能夠讓道路優(yōu)化設(shè)計(jì)具備可視化、模塊化、設(shè)計(jì)系統(tǒng)化和設(shè)計(jì)精細(xì)化的特點(diǎn)。利用BIM 技術(shù)及相關(guān)理念，可以促進(jìn)市政道路的信息化、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)化發(fā)展，確保市政道路設(shè)計(jì)能夠達(dá)到預(yù)期要求。

2 市政道路設(shè)計(jì)優(yōu)化中BIM 技術(shù)的應(yīng)用

2.1 市政道路交叉口的優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

以某道路工程為例，平面交叉口處于城市人流量和交通量較大的區(qū)域，附近有商業(yè)街、居民區(qū)、銀行、酒店、醫(yī)院等等。本交叉路口標(biāo)準(zhǔn)路段線寬42m，車行道的寬度都是26m。道路屬于主干路，設(shè)計(jì)速度是50KM/h，存在行人、非機(jī)動(dòng)車、機(jī)動(dòng)車路權(quán)分配不明的問題。交叉口的擁堵顯著影響到過往車輛的通行效率。使用BIM軟件進(jìn)行仿真模擬分析，進(jìn)而優(yōu)化交通配時(shí)，提升通行效率，避免出現(xiàn)擁堵問題。

圖1 交叉口改造方案

圖2 BIM 模擬交通參數(shù)設(shè)置

優(yōu)化方案的主要工作包括，增加左轉(zhuǎn)車道數(shù)量、增加右轉(zhuǎn)專用車道，同時(shí)利用BIM 技術(shù)模擬實(shí)際交通量，進(jìn)而優(yōu)化交叉口的通行。

第一，進(jìn)行三維建模分析。流程包括：識(shí)別地形→設(shè)計(jì)路線→縱斷和橫斷設(shè)計(jì)→生成道路→設(shè)計(jì)交通設(shè)施→布置信號(hào)燈和關(guān)聯(lián)信號(hào)燈，結(jié)合交通量配置信號(hào)燈→進(jìn)行三維觀察分析，利用BIM 模擬來(lái)觀察交通通行效果，優(yōu)化方案。

第二，利用BIM 模擬改進(jìn)方案。把優(yōu)化方案實(shí)施三維模擬之后，可以分析具體的優(yōu)化措施，通過有效調(diào)整配時(shí)，可以獲得最佳方案。因?yàn)榻徊婵谧筠D(zhuǎn)的車輛比較多，所以可以在增加左轉(zhuǎn)車道的前提下，設(shè)置必要的左轉(zhuǎn)彎待轉(zhuǎn)區(qū)，進(jìn)而避免出現(xiàn)左轉(zhuǎn)車輛行車延誤問題，讓相關(guān)車輛可以在一個(gè)信號(hào)燈周期內(nèi)通行，避免出現(xiàn)行車延誤問題。

經(jīng)過優(yōu)化之后的方案有著良好的運(yùn)行情況，可以顯著提升通行能力，避免行車延誤。和改進(jìn)方案之間對(duì)比，可以消除交叉口擁堵問題，這樣的擁堵會(huì)產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，把問題延伸到后面的交叉口，進(jìn)而讓整個(gè)片區(qū)癱瘓。通過應(yīng)用BIM 軟件模擬分析，提供了合理方案，解決了這個(gè)方面的問題。利用空間分離（道路分離立交）和時(shí)間分離（信號(hào)燈控制平交）的方式，解決了交叉口的沖突。在智能交互信號(hào)燈沒有出現(xiàn)之前，利用BIM 模擬技術(shù)，能夠優(yōu)化信號(hào)燈的設(shè)置，有效降低車輛的通過排隊(duì)時(shí)間。

2.2 市政道路路基和管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

以某道路工程為例，全長(zhǎng)1526 米，路幅24 米，道路兩側(cè)新建排水管道，由某市政工程公司承建，道路設(shè)路肩擋土墻500 米，路基地基處理采用碎石樁。

第一，道路路基優(yōu)化設(shè)計(jì)中BIM 技術(shù)的應(yīng)用。

首先，可以針對(duì)擋土墻的碰撞問題處置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。利用BIM 技術(shù)可以建設(shè)模型進(jìn)而了解具體信息。所以，在開展工程之前可以發(fā)現(xiàn)一號(hào)線的擋土墻在實(shí)際施工中會(huì)和道路電纜產(chǎn)生碰撞問題，將會(huì)產(chǎn)生一定的工程問題，影響到工程的開展和整體質(zhì)量。通過BIM 技術(shù)的分析，進(jìn)而探究有效解決方法。同時(shí)，在這個(gè)前提下對(duì)于擋土墻的邊緣進(jìn)行部分優(yōu)化設(shè)計(jì)，這樣可以避免擋土墻對(duì)于周邊產(chǎn)生較大的影響。在擋土墻設(shè)計(jì)中，可以利用BIM 軟件構(gòu)建擋土墻模型，在軟件平臺(tái)上利用擋土墻穩(wěn)定性驗(yàn)算系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。在構(gòu)建BIM三維地質(zhì)模型之后，結(jié)合設(shè)計(jì)擋土墻的理論依據(jù)，利用軟件優(yōu)化設(shè)計(jì)擋土墻的部件，最終獲得擋土墻BIM 模型。需要注意的是，擋土墻屬于線構(gòu)件，需要利用空間基線來(lái)輔助裝配。利用軟件進(jìn)行驗(yàn)算和模擬，進(jìn)而得出最佳設(shè)計(jì)方案。

其次，利用BIM 技術(shù)優(yōu)化工程中碎石樁的排布。BIM 技術(shù)的虛擬建造有著多方面優(yōu)點(diǎn)，可以優(yōu)化設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)。所以利用設(shè)計(jì)圖紙來(lái)模擬工程中碎石樁的具體排布位置，進(jìn)而優(yōu)化不合理的位置，這樣可以優(yōu)化整體的碎石樁排布。同時(shí)，利用BIM 中的統(tǒng)計(jì)功能，統(tǒng)計(jì)碎石樁的排布效果，同時(shí)可以獲得碎石樁的排布平面定位圖紙，指導(dǎo)后續(xù)的工程設(shè)計(jì)和開展。

第二，管網(wǎng)中BIM 技術(shù)的應(yīng)用。首先，利用BIM 技術(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)思路。BIM 技術(shù)具有可視化的優(yōu)勢(shì)，可以從專業(yè)角度來(lái)分析碰撞問題，同時(shí)可以滿足美觀和實(shí)用的要求。在項(xiàng)目進(jìn)行驗(yàn)收之后，可以進(jìn)行方便地維護(hù)。其次，利用BIM 技術(shù)消除碰撞并且預(yù)留套管。在工程中，可以增加管道填埋的深度，這樣可以避免雨水管和相關(guān)水管產(chǎn)生沖突。

通過應(yīng)用以上的BIM 技術(shù)，可以發(fā)揮技術(shù)的優(yōu)化和可視化功能，進(jìn)而在明確現(xiàn)場(chǎng)情況的前提下，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，移動(dòng)相應(yīng)的管道，同時(shí)對(duì)于管道進(jìn)行了針對(duì)性裝飾處理，確保美觀性。同時(shí)，在后續(xù)工程中，利用BIM 技術(shù)的虛擬建造功能，模擬了市政管網(wǎng)和原有管網(wǎng)，同時(shí)分析不合理的部位，結(jié)合實(shí)際情況解決問題，同時(shí)改進(jìn)道路雨水口的深度，從原來(lái)的1 米提升到1.4米，針對(duì)縱向和橫向的水管進(jìn)行位置調(diào)整。

在地下管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，還需要重視物探資料和設(shè)計(jì)資料的整合，明確各種管線的走向、半徑、類別等等，科學(xué)規(guī)劃具體的參數(shù)。通過使用BIM 技術(shù)，可以利用3D 模型來(lái)模擬管線施工結(jié)束之后的實(shí)際排列情況，如果使用Magi CAD 軟件操作設(shè)計(jì)流程，能夠結(jié)合專業(yè)施工圖有效分析設(shè)備管線情況。這個(gè)過程中，需要結(jié)合系統(tǒng)差異性進(jìn)行個(gè)別分析，本著自上而下以及從大管到小管的順序，這樣可以有效避免后期的管道避讓問題，降低了后續(xù)調(diào)整的難度。在完成建模之后，需要實(shí)施碰撞檢測(cè)，進(jìn)而利用碰撞報(bào)告的具體內(nèi)容來(lái)合理調(diào)整實(shí)際的管線情況和排列。管道在預(yù)埋和預(yù)留中存在遺漏和預(yù)留埋孔錯(cuò)位問題，利用BIM 技術(shù)結(jié)合“設(shè)計(jì)、分析、模擬”的一體化優(yōu)化設(shè)計(jì)思路，能夠有效避免問題。

2.3 利用BIM 技術(shù)進(jìn)行場(chǎng)地規(guī)劃分析

在市政道路優(yōu)化設(shè)計(jì)中，場(chǎng)地規(guī)劃分析比較關(guān)鍵。傳統(tǒng)的場(chǎng)地規(guī)劃設(shè)計(jì)中，一般是利用勘察人員的勘察數(shù)據(jù)進(jìn)行具體分析，分析的結(jié)果和流程科學(xué)性不強(qiáng)。但是利用BIM 技術(shù)，獲得的成果比較好。利用BIM 技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)廠內(nèi)平面元素的立體化和直觀化，進(jìn)而有效布置各個(gè)工程階段的場(chǎng)地，同時(shí)可以綜合考慮各個(gè)階段場(chǎng)地轉(zhuǎn)換的方式，避免出現(xiàn)重復(fù)布置場(chǎng)地的問題。在使用BIM 技術(shù)模擬時(shí)，需要根據(jù)標(biāo)高方格網(wǎng)，把地形導(dǎo)入到BIM 軟件中，提前規(guī)劃市政道路現(xiàn)場(chǎng)的標(biāo)高系統(tǒng)和道路排水系統(tǒng)，明確合理標(biāo)高，結(jié)合土方平衡的原則，盡可能避免或者減少填方和地挖。同時(shí)，利用BIM 技術(shù)軟件，使用GIS 系統(tǒng)，可以優(yōu)化道路整體布局，解決數(shù)據(jù)量較大以及分許不準(zhǔn)確問題。通過BIM 軟件可以模擬城市道路空間，進(jìn)而分析和評(píng)估車輛情況，有效搭配車道組件，進(jìn)而促進(jìn)市政道路設(shè)計(jì)的精確性和智能化。

結(jié)論

利用BIM 技術(shù)可以解決這方面的問題，這是一種基于智能模型的流程，在具體的設(shè)計(jì)、運(yùn)維中能夠?qū)崿F(xiàn)工程信息的共享，同時(shí)可以優(yōu)化項(xiàng)目的設(shè)計(jì)方案、動(dòng)態(tài)展示項(xiàng)目全過程，進(jìn)而合理協(xié)調(diào)各階段程序，在投資、工期和實(shí)踐操作方面都有較強(qiáng)優(yōu)勢(shì)，顯著提升工程經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值。

圖3 BIM 市政道路管網(wǎng)模擬圖