BIM技術在市政道路設計中的應用

曾征

隨著近年來城市化的快速推進，市政道路的建設越來越具有復雜性，不僅要考慮建設方案的可行性，還要兼具經濟效益。在市政道路設計中引入BIM技術，實現市政道路優化設計，在設計過程中可以減少錯誤，提高建設方案的合理性。BIM技術以其在可視化、模擬性以及協同設計方面的優勢，通過建立模型實現信息集成與模型共享，能夠有效提高市政道路設計的科學性。

BIM技術以其良好的智能化、專業化以及信息集成化的特點，在引入國內之后得到了非常廣泛的應用，尤其是在工程建設領域，是信息技術在市政道路設計行業發展過程中所產生的非常重要成果。該技術在不斷的發展過程中逐漸趨于完善和成熟，其原理主要是通過搭建數字模型，用其自身的信息仿真模擬系統，以此達到幫助設計人員及時發現設計中的錯誤與不足之處，進而改正結果，最終實現大幅度的提高工作效率的目的。在實際工作中，可對市政道路設計工作的各項流程進行優化，能夠有效地降低施工過程以及后期養護過程中的成本投入，避免資源浪費。

一、BIM技術的發展及其應用

1.BIM技術的發展與應用

由查理·伊斯特曼于1975年提出的建筑描述系統被認為是BIM的前身，該理論是建立在數據轉換的基礎之上，利用三維建筑信息模型與二維平面圖紙進行關聯的方法，在對三維模型修改的同時達到二維平面圖紙實現自動同步更新的目的。以BIM技術對項目設計進行全過程模擬，各專業設計人員即使是在不同階段中，只要使用同一模型，對各自負責的工作進行設計操作，即可以達到協同設計的目的，能夠有效地對整個工程進行計算、分析以及模擬。最近幾十年來，隨著科學技術的迅猛發展，計算機的硬件與軟件水平也得到了快速提升，使得BIM技術在工程建設領域內逐漸備受關注，并且應用范圍迅速擴大。我國的BIM理念于2004年第一次被引入，并于2010年首先在建筑工程領域范圍內得到快速發展，后來逐步在市政道路中得到了應用，如深圳國際生物谷海心路等市政道路工程就應用了BIM技術。

2.常用BIM軟件介紹

BIM技術的應用主要是以強大的硬件與軟件系統為支撐所建立起來的，但是由于我國科學技術起步較晚，導致BIM技術在我國還沒有成熟的核心軟件系統，所以我們在當前所使用的BIM軟件都是從國外引進的，主要有四種經常使用的軟件，如下文的表1所示。其中市政道路設計主要采用Autodesk以及Bentley兩家公司的軟件進行。其中Autodesk系列的BIM軟件主要有Civil3d、Revit以及Infraworks，其中Civil3d是以AutoCAD為基礎的道路工程三維軟件，Revit是專業的橋梁三維設計軟件，而Infraworks則可對設計方案與結構布置進行優化，并實現工程量的初步統計分析。Bentley系列等BIM軟件則有PowerCivil與 BridgeMasterModerler兩 種， 其 中PowerCivil可進行三維化建模與工程信息參數集成，BridgeMasterModerler則可進行渲染、可視化以及動態視圖和施工模擬操作。

表1 BIM常用軟件

3.BIM技術的優勢

（1）可視化

采用BIM技術，不僅能夠詳細地呈現工程現場的地形地貌、設計細節，同時還可以清楚地了解到道路結構以下的給排水與其他綜合管線信息。設計人員將所獲得的這些信息作為依據進行參考，從而實現能夠直觀的檢查設計成果，合理的布設管線。

（2）協同性

市政道路涉及到的專業眾多，它們之間既相互交叉又相互融合。例如，傳統的設計工作流程要求道路專業將設計條件提供給其他專業，而其他專業進行圖紙設計，設計完成之后再將其返回。而在引進BIM技術之后，該技術可以建立起便捷的溝通機制，快速實現信息共享，更為快速、準確地實現了各專業間溝通的暢通無阻，能有效提高工作效率。

（3）仿真性

市政道路在滿足使用功能的基礎上，還要求要與周邊的景觀與建筑物相互協調統一。在傳統的設計工作中，只有進行專門的翻模操作才能實現，這種操作方法不僅費時費力，而且得到的結論往往與實際相差較大。而BIM技術則可以彌補這一缺陷，它根據需要隨時查看設計效果，還能夠完整、清晰地呈現出工程細節。

（4）優化性

市政道路設計涉及到道路、橋梁、給排水以及綠化和各種專業管線，在傳統的設計工作中，對道路結構以下的各種管線之間的沖突是很難發現的，通常是到了施工階段才會發現，不僅會造成工期的延誤，還導致了工程成本的增加。而BIM技術則可以避免這些問題，它在設計階段的初期就可以識別這些問題，并及時調整設計方案。

二、BIM技術的實際應用

1.場地建模和分析

作為BIM應用的一個重要方面，場地建模和分析有以下三項內容：（1）現狀場地建模。對工程現場的地表與地物進行建模，并與道路設計模型相結合，能夠計算土石方工程量，還可對拆遷工程量進行評估。（2）規劃路網建模。通過規劃路網建模，可直觀的展現出擬建工程與已有路網的聯系是否緊密。（3）三維地質建模。三維地質建模能夠直觀的反映出工程所在地的地質情況，并可與地質勘察報告進行結合來對現場建設環境進行分析評價。

2.設計建模

在設計過程中要以實施階段工作為參考，建立符合要求的BIM模型，包括土建、路網、綜合管線以及景觀綠化等模型。實現協同設計是進行設計建模的目標，使用協同設計功能開展設計工作，從而加強各專業之間的溝通協調。

3.仿真分析

在設計階段對市政道路進行仿真分析和優化可通過BIM技術的可視化來實現，包括交通組織仿真分析以及交叉口視距分析等，其最終目的都是為了實現優化設計。其中交通組織仿真分析是以交通標志標線為對象來進行模擬分析，按照設計好的交通組織引導車輛以及行人。交叉口視距分析是為了判斷視距是否會受到道理附屬設施的影響，并根據分析結果設置警示標志。

4.地下管線綜合分析

市政道路的管線涉及專業較多，而且相互之間交叉情況復雜，通常市政道路的管線有給排水管道、燃氣管道、通信管道、電力管道等，相互之間難免在管位和高程上產生沖突。通過BIM技術將所有的專業管線集成到道路模型中，利用碰撞檢查功能可以非常便捷的判斷管線的布置是否合理，與其他管線之間是否存在沖突，能夠使設計人員在設計階段就可將管線沖突的問題消除，相比于二維設計具有非常大的優勢。而且，對于建設過程中需要遷改的管線，也可采用這種方法確定其管位與高程。

5.可視化交底

在設計交底中，可利用BIM技術進行可視化交底，能夠直觀的從不同視角對重點難點工程以及特殊部位進行展示，直觀的表達設計意圖。同時，還可以與VR技術相結合，進行場景虛擬仿真漫游，完整的表現工程的數字化成果，能夠使施工人員快速的深入理解設計意圖，減少后期技術服務工作，也可有效的避免施工過程中的返工與浪費。

6.工程量統計

工程總投資直接取決于工程量的大小，在設計工作中精準的計算工程量是一項十分重要的任務。在傳統的設計工作中，工程量的計算主要是基于二維圖紙，利用手算或者使用Excel表格方式實現。對于比較簡單的結構，該計算模式在一定程度上可以得到較為準確的數據。

但是在實際工作中，我們計算的工程量非常復雜，這種方法所計算出來的結果可靠性就大大降低，而且圖紙一旦發生更改，之前所計算好的工程量就會全盤推翻，需要重新進行計算，這在很大程度上降低了工作效率，耗費了人力物力。而BIM軟件能夠彌補這一缺陷，不僅在速度上遠超設計人員人工計算，而且計算的準確度大幅提高。此外，該技術還有一些明顯的優點，例如，不管圖紙發生多大變化，它都可以快速的重新計算，省時省力。

7.圖紙輸出

市政道路設計工作在以前，主要采用傳統的交付設計成果模式，即二維平面圖。隨著科技的快速發展，BIM軟件相比以前，有著很大的優勢，尤其是在二維圖紙的出圖工作方面。由于該軟件能夠自動出圖，所以很大程度上縮短了設計人員的工作時間，達到了提高效率的目的。此外，該技術還具有很多方面的優點，例如，在進行設計修改階段，只需要設計人員在三維模型中對需要修改的地方進行操作，最終輸出的圖紙在打印前會自動進行更新，相應地減少了設計人員的工作量。而現階段，隨著BIM軟件技術的成熟，可以提前發現以前只有在施工過程中才會被發現的圖紙問題，很大程度上減少了設計人員在后期的技術服務期間所花費的時間。

三、結語

隨著市政道路工程復雜化與多元化，傳統設計方法在工作效率上已經出現落后的趨勢，而BIM技術的出現，能夠有效地進行彌補。通過其可視化與協同設計，能夠確保設計工作的效率與準確程度大幅度的得到提升。而目前，BIM技術在市政道路設計中的應用存在著阻力，本文通過對BIM技術進行介紹，并分析其優點、對其在設計工作中的應用進行研究，以此來達到使其在市政道路設計中進行推廣應用的目的。