BIM技術在市政道路設計中的應用

范婧婧

(東南大學建筑設計研究院有限公司,江蘇 南京 210096)

1 前 言

BIM技術在20世紀末傳入中國，以其良好的智能化、專業化和信息集成化等優勢在建筑領域中應用廣泛，是當前信息技術在市政道路設計行業發展過程的重要成果。隨著BIM技術的逐漸完善與成熟，它能利用自身信息仿真模擬系統創設出一個虛擬的數字模型，從而幫助設計人員及時發現設計中的不足之處并加以改進，同時提升工作效率。一批規模相當、現代化的市政工程設計團隊正在加速形成。市政道路設計直接關系到城市整體建筑規劃，是群眾生活和出行的重要保障。利用BIM技術對市政道路設計各個流程進行優化完善，是減少市政道路施工和維護過程中成本投入、資源浪費的有效手段。

2 BIM技術在道路設計中的應用特點分析

2.1 完善性

通過BIM，市政道路設計的立體模型可以進行施工模擬，及時發現設計中的不足，進而進行修改設計方案，有一些問題只有在施工階段才會發生，所以必須通過BIM模擬，及時的調整設計圖紙，避免施工中出現某種問題，再進行設計變更，不僅技術上有難度，而且也會影響施工周期，增加了工程成本。設計人員不斷的對方案進行優化設計，對整體工程的造價和工程周期都具有一定的好處。

2.2 虛擬性

在現場實踐難度系數較高的工藝及過程復雜的工藝等條件下，可以先進行虛擬設計，對于一些難以施工的設計，在設計過程中就進行修改，或者修改設計方法，進而能在正式施工前盡快做出相應的調整，降低工期延遲的概率，最終提升市政道路工程的施工效率。

2.3 聯動性

通過BIM技術，顛覆了傳統的二維設計方法，實現平、縱、橫三者的實時聯動，通過調整平、縱、橫中的某一方面，BIM系統能夠相應自動調整其他方面，實現同步修改。

2.4 協同性

市政道路設計涉及到道路、橋梁、給排水、照明燈多專業，利用BIM技術，相關設計人員可以在道路設計的成果上進行各自專業的設計，各專業的數據可以實現無縫對接和信息共享，極大地減少了錯漏，提高了設計質量和效率。同時，利用BIM技術，還可以對設計部門、施工企業以及預制構件廠商三方之間的關系進行有效協調。首先設計部門和施工企業依據框架協議，將參數變化和現狀需求通過端口的傳送給預制構件廠商，實現數據資源共享；其次通過BIM模型實現構件詳細資料的三維重現，讓預制構件廠商的工作人員在進行預制構件時能夠明確的了解其設計深意，降低預制時出現差錯的概率，從而達到企業安全施工標準；最后利用BIM模型提取的項目材料量能夠讓構件廠商充分對成本預算和造價核算做出準確的數據分析，完成材料數量統計。從而避免三方分歧的產生，提高各部門的工作質量和效率。

2.5 可視化

BIM技術能夠實現圖紙審核從抽象走向了具體可視，基于BIM技術構造出的BIM模型能將各專業的三維圖進行有效疊加，使每個參與方都可以通過BIM的三維模型從虛擬的施工空間中瀏覽項目設計，有效地找出現實中視覺上容易存在的盲點，及時發現圖紙中各專業之間的不足之處，并在信息共享的基礎上協同交流，快捷精準對圖紙進行優化設計，以實現設計圖紙零沖突、零碰撞，優化圖紙質量，從而達到提升市政道路設計水平的目的。

2.6 目標性

利用BIM技術，可以初略估算出工程概算，及時發現哪里設計不合理，對工程造價很大的位置進行優化處理，討論出既能達到效果又能滿足設計規范的方法。有些設計是完全可以優化的，并且優化后更科學合理。設計過程中也要對一些難的施工工藝進行模擬，方便施工單位的施工，考慮到工程周期和其他各個方面的影響，及時的解決問題，降低安全事故發生的概率性。

3 市政道路設計優化中BIM技術的應用

3.1 基于BIM的市政道路設計研究

(1)道路平面設計

道路中心線的設計是市政道路設計的重要內容之一，也是后續道路設計的基礎，利用BIM技術對中心線進行繪制是保障市政道路設計的關鍵，同時規劃線位的擬合、圓曲線長度、平曲線長度以及半徑等因素也是影響道路中心線繪制的主要因素。設計部門首先應該在統籌考慮各種控制因素的基礎上，以道路中心作為繪制中心線的主要參照點，并進行必要的調整和優化處理，然后利用Civil 3D等建模軟件即可生成三維的道路中心線。

(2)道路橫斷面設計

道路橫向斷面的設計是當前市政道路設計項目中的重點，通過道路各處的寬度數據創建出區域，設置節點的參數，并為其指定邏輯目標，從而有效拓寬橋梁和道路。根據道路規劃需求選擇合適的構件是保證部件有效組建、拼接的基本條件。常用的如Civil3D就是一種非常強大的三維建模軟件，能夠幫助設計人員明確構建的選擇與部件的拼接、組建，從而提高設計人員在設計過程中的嚴謹性。此外，基于BIM技術對斷面材料的設置還有助于道路工程量的統計。

(3)道路縱斷面設計

在完善斷面數據庫后，運用Civil3D軟件對縱向斷面進行分析設計，還能得到各處相應的斷面編制信息補充，設計人員可以根據出現道路創建的提示選擇相關參數，并從中選擇出較為完善的道路規劃路線和標準縱斷面。在這個工作過程中，設計人員要對縱斷面的拉坡做出一定改變，使市政道路縱向斷面的設計質量符合設計標準，并在后期通過豎曲線規范編制對拉坡線進行最后的存檔。

3.2 市政道路設計中應用BIM技術的具體實例

(1)項目概括

本文以某市政道路工程為例，市區人流量和交通量較為密集的一個平面交叉口，本交叉路口標準路段線寬54 m，車行道寬度均為24 m，道路設計最大速度為24 km/h，機動車、非機動車以及行人之間存在道路分配矛盾。交叉口的擁堵已經嚴重影響過往車輛的正常行駛。應用BIM技術對其進行優化設計，以期提高市區交通通行效率。

(2)項目設計優化思路

提質改造優化方案設計主要包括，利用BIM技術進行三維建模分析，模擬實際交通量，分析交叉口通行能力，優化交叉口渠化組織，提高交叉口通行能力，保障行人過街安全。

基本流程是根據地形識別系統設計平面，并對其縱斷面和橫斷面進行分析設計，生成道路模型，增設信號燈、護欄等交通設施。然后通過三維模型分析該節點的不足，根據BIM模擬實現具體的優化方案。由于交叉口左轉車輛較多，所以應適當增加左轉專用車道，并增設必要的左轉彎待轉區，避免車輛擁擠延誤。

(3)項目實施效果

如圖1和圖2分別為該市政道路交叉路線的交通組織在改造前和提質改造優化后的效果圖。

圖1 改造前交通組織(交叉口范圍雙向8車道，4進4出)

圖2 提質改造優化后交通組織(交叉口范圍雙向10車道，6進4出)

該道路工程的改造總建設周期在BIM技術的設計質量管理過程中，不僅增強了各參與方有效的信息溝通能力，提高方案的設計水平，還在確保道路設計質量的前提下提前完成工程任務。具體體現在定性成效和定量成效兩個方面。

首先是定性的實施效果。基于BIM技術快捷、及時和精準的應用特點，使得各專業設計人員可以在任意時間取項目的各種數據資料，從而提高了項目的設計質量。通過BIM技術，可以獲得項目的可視化質量管理目標和自動化的碰撞檢測報告，同時各參與方與設計團隊之間有效協同，統一合作，不僅優化了設計方案，還能有效保障項目的質量和效率。

其次是定量的實施效果。定量的實施效果體現在發現問題并減少返工，如該市政道路的改造與更新設計在管線作業中發現碰撞問題7處，通過BIM可以在設計階段及時的做出調整，減少不必要的施工和材料的浪費。BIM為設計者提供了各個專業的準確信息，避免在施工過程中發生的問題，提前通過BIM將問題扼殺在設計過程中，節約了工程造價。

4 結 語

BIM技術是一種基于模型的流程，利用自身信息仿真模擬系統創設出一個虛擬的數字模型，從而幫助設計人員及時發現設計中的不足之處并加以改進，同時提升工作效率。把BIM技術引入到市政道路設計中，可以優化道路設計的全過程，合理協調各階段關系，有利于進一步提高市政道路工程設計和建設效率，提高質量，最終帶動市政道路工程的新發展。