BIM技術在市政道路設計與養護中的應用★

魏天云

(福建船政交通職業學院土木工程學院，福建 福州 350007)

在市政道路施工過程中，要保證施工安全和工程質量，提高工程效益，需要采取有效措施，強化施工過程管理，有必要引入信息化管理技術[1]。BIM技術的出現，為工程項目建設管理提供了支持，它在工程質量管理、安全和成本控制、事故的提早發現和預防等方面顯示了強大的功能，在市政道路施工項目中的應用越來越廣泛。

1 BIM技術特點及優勢

1)項目可視化。BIM具有將2D轉換成3D的功能，克服了2D平面圖無法呈現空間幾何關系與實際情況的問題，3D具有形象直觀“所見即所得”的特點。應用BIM技術可視化的功能，可以開展碰撞檢查，即空間結構關系是否存在干涉；開展動態模擬仿真和視覺分析，及時發現問題。采用BIM技術之后，各方之間的溝通無需進行空間想象，減少了偏差，使溝通更加全面準確，顯著提高溝通效率[2]。

2)檢查設計圖。利用BIM技術，可以進行施工圖的重新建模和分析，有助于發現路基、鋼筋、隧道、橋梁、涵洞等在設計中的缺漏。憑借該平臺，可以有效控制施工風險并降低管理成本。

3)掌握進度條。BIM模型具有顯示進度的功能，通過在模型中設定完工和未完工的色差，可以簡單明了地顯示項目的進展情況。

4)施工可模擬。應用BIM技術，可以對施工組織設計的工序以及工藝進行模擬，并具有模擬施工現場安全的功能，可以提前發現問題，采取有效的預防措施，保證施工質量和安全。

5)復核工程量。通過建立BIM模型，能夠快速有效地校核工程量，為工程項目的設計和竣工驗收預決算提供決策依據。

6)數據可集成。工程項目的有關數據可以全部集成到BIM模型中，充分利用各方面的信息，保證各個環節的信息暢通，有助于進行協同管理。

2 三維數字捕捉技術的應用

以三維數字技術為特點的BIM技術，能夠根據實際情況將設計與施工各階段的信息數據進行全面集成。它具有模擬性、可視化、協調性等方面的特點，在市政道路設計與施工中發揮了重要的作用。同時，應用它的這些特點，通過建立市政道路的全景三維模型，可以為市政道路的病害提供基礎信息數據，為決策者提供有價值的參考依據。

近年來，隨著三維數據技術和測繪技術的快速發展，三維掃描技術和攝影測量技術在市政道路設計與施工中應用越來越廣泛。三維掃描技術能夠實現對空間數據的采集，針對目標物體采用三維掃描，能夠快速提取物體的表面坐標和相關信息，這些可以為道路的養護人員提供準確的判斷，及時發現路面出現的微觀變化并采取相應的預防措施。攝影測量技術主要是應用光學攝影獲取物體的相關信息，對物體的位置、形狀以及大小等方面做出精確判斷，為道路養護人員提供精準的信息，比傳統的人工測量方式，更加高效和準確，因此得到了廣泛應用[3]。據此，可以考慮將BIM技術與三維激光掃描和攝影測量技術聯合使用，發揮各自優勢，比如信息采集效率高、數據處理準確、具有可視化以及易于數字化建檔，從而為市政道路養護以及道路病害檢測提供一套完整標準的技術流程。

3 瀝青公路水損害的影響與預防

在高等級瀝青公路的使用過程中，水損害是一個不可避免的現象。它是指水進入瀝青路面的孔隙中，在熱脹冷縮以及交通動載荷的作用下，路面孔隙水的動壓力會將水分帶入瀝青和集料的交界處，或者真空導致的負壓抽吸作用，導致瀝青膜與集料分離開來，降低混合料之間的黏結力，危害瀝青路面的結構性能，同時產生不可忽視的松散、麻面等病害[4-5]。

對于多雨地區的高等級公路瀝青路面，在開通不長時間，雨水滲入瀝青面層，并在重卡和高速行駛車輛的雙重作用下，會出現各種水損壞現象，破壞性大，是導致高等級瀝青路面發生損壞的重要原因。多雨地區的高等級公路瀝青路面發生水損壞大致有如下特點：超車道上破壞較少，主要發生在行車道，這可能與重載以及超速有關；發生破壞時，一般先發生冒白漿，然后產生一些坑槽等，這種破壞在雨季較為多見；水損壞嚴重的地方主要在滲水嚴重且不易排水的位置；水損壞一般發生在局部路段，表明瀝青混合料的均勻度是一個重要影響因素。

市政道路的智能養護可以基于BIM模型和現代網絡技術，建立道路的全生命周期信息管理數據平臺，對項目的規劃、設計與施工過程進行監控，采集相關數據，掌控道路運營過程的狀況，對道路的損壞進行提前預測并采取相應措施。對于道路的損壞部位，結合BIM模型和相關數據，從材料、工藝以及施工技術方面開展養護修復，減少病害的發展和發生，保障道路設施的質量與運營。

目前道路智能化檢測應用于道路的病害的識別和檢測，一方面是利用路面綜合檢測車以及激光平整度儀等獲取路面的相關數據信息，判斷路面的狀況；另一方面，應用計算機與互聯網技術，引入大數據和云平臺，可以有效提高道路的檢測水平，為公路的病害檢測與識別提供技術保障[6]。

傳統的養護方案主要基于理論分析，需要查閱大量的記錄資料，工序繁雜，科學性和效率不高。而將BIM技術嵌入到道路養護中，從道路的設計、材料和施工等方面建立全生命周期數據，可以為后續病害的預測和數據查找提供快速準確的信息，可實現公路狀況的提前預測與分析，可視性強，能夠準確地確定病害位置。同時BIM模型可以導入調查數據，不斷更新和修正系統的數據，保證系統逐步完善。

4 市政道路施工中 BIM 技術的具體應用

根據BIM技術的特點和優勢，在市政道路施工過程已經開展廣泛的研究和應用，并且收到了很好的效果，越來越受到企業的青睞。

4.1 典型的施工管理

某市政道路工程項目，主要由道路工程、地下通道、景觀綠化工程以及配套工程等構成，包括城市主次干道和U型通道等。針對該工程項目的實際情況，構建了BIM施工工藝模型、通道工藝模型以及路基填筑工藝模型等，以施工工期和施工質量以及安全作為主要衡量指標，對所建的BIM模型進行模擬仿真并實時調整，保證工藝、機械、環境以及人員等各方面得到最佳匹配。利用BIM技術，優化管道施工流程、通道工藝流程、路基填筑工藝流程，將人、機、料、法、環有機聯合起來作為一個整體考慮，做出合理的規劃，為技術人員和管理人員提供可視化管理，為現場管理提供有效的技術支持。通過BIM技術有效地解決了地上和地下交叉施工的排序問題，緩解了施工過程對交通造成的擁堵問題，降低了施工過程對城市居民的影響，因此，BIM技術得到廣泛的重視和應用。

4.2 瀝青面層施工信息管理

以往市政道路瀝青面層施工過程的信息采集主要通過人工檢測與記錄，信息化程度低，導致施工技術人員無法全面了解各類數據，同時各類數據之間難以形成整體，數據的查找與分析較為繁瑣，增加了施工過程的管理成本。由于數據之間的孤立性，很難建立路面施工位置與控制指標之間的關系，且數據的溯源功能難以全面發揮，對施工過程的管理造成一定的影響。針對以上問題，可以考慮采用BIM技術來解決，首先建立施工信息模型，該模型主要包括瀝青混合料拌和過程的油石比和級配、碾壓層厚度以及初始壓實溫度等工藝參數[7]，并且參考相關的工藝規范標準，據此預估瀝青混合料層疲勞壽命、空隙率以及車轍試驗永久變形等。該模型以路面使用性能作為主要衡量指標，可以為市政道路的施工過程管理提供技術支持，同時也可以為市政道路的后續養護提供基礎數據支持，保證數據的整體性和一致性，充分發揮數據的溯源功能。

5 結語

BIM技術自身具有的特點和優勢，在市政道路施工過程管理中發揮了重要作用，為工程技術人員提供了可視化管理，控制施工成本，確保施工安全，有效地提高了工程項目建設質量，顯示出BIM技術極大的應用價值。同時，建立基于BIM模型的全壽命周期管理，可以為市政道路后續養護工作提供數據溯源和維護決策依據。