BIM技術在城市道路建設中的應用研究★

沙 莎

(三江學院土木工程學院，江蘇 南京 210012)

0 引言

隨著城市建設進程的不斷加快，道路工程建設也在不斷發展。在實際工作當中，城市道路建設管理中存在著眾多的制約因素，限制了城市道路建設的發展。主要表現在以下方面：

1)道路工程建設涉及項目多且復雜，其信息傳遞過程較為復雜，傳播效率低下，對于決策的發布具有不利影響；2)信息化建設及管理體系程度低下，不利于后期道路運行維護管理的效率。多個因素綜合影響，制約了“智慧交通”體系的建設和發展。目前，隨著BIM技術的發展以及GIS技術的不斷成熟，兩種技術相結合使得城市道路建設實現信息化、可視化管理成為可能[1-3]。以某城市道路建設為研究對象，對BIM+GIS技術在城市道路建設中的應用進行研究。

1 工程概況

選取項目為某城市在建道路，該道路建設可溝通城市各區縣之間的聯系，對當地經濟、社會發展具有十分重要的意義。但同時，道路路線長、涉及范圍廣，工程建設以及后期管理難度較高，前期建設信息化系統十分重要。因此，在工程設計階段充分利用了BIM技術，構建項目所在區域三維地形、橋梁模型，同時結合GIS技術，搭建城市道路信息化管理系統。從而建立基于BIM模型的多源數據融合，實現對道路工程的信息化管理。

2 構建BIM模型

2.1 構建三維地形曲面模型

目前，Givil3D軟件是三維地形構件過程中極為常用的軟件，具有建模效率高等優勢。構建三維地形曲面是實現道路建模的關鍵步驟，通過該模型，有利于計算道路建設過程中涉及到的土石方量。同時，模型的精細程度對后續道路運行、管理以及維護也具有重要的影響。因此，為了提高模型精度，在現場使用三維激光掃描獲取激光點云文件，該文件地形精度高，作為建模的初始數據可提高模型精度，以滿足后期使用的要求[4]。

2.2 構建道路模型

道路模型構建與地形模型構建一樣，也采用Givil3D軟件完成。道路模型構建流程如下：道路平面設計→道路縱斷面設計→超高編輯→裝配數據創建→道路模型生成。道路模型創建過程中需要注意如下要點：針對地形起伏較大、主干道與支干道銜接部位，需要進行細化處理，提高模型與現場實際情況的切合程度，從而提高模型在實際工程當中的實用性。道路模型建設時，需要充分融入工程的實際數據。

2.3 構建橋梁模型

橋梁模型建設過程中，主要采用Revit軟件，該軟件在橋梁模型建設中較為常用，利用Revit軟件中的Dynamo模塊以及Pvthon模塊可以實現參數化構建橋梁模型，大大提高模型構建的效率，同時也有利于技術人員對相關參數進行修改，避免了后期的重復建模，對工作效率的提升有重要的促進作用。橋梁是道路工程建設的重要組成部分，本工程橋梁數量較多，特征明顯，結合相關橋梁對橋梁建模進行分析。

2.3.1 常規橋梁結構拆分

進行常規橋梁模型建模的過程中，首先需要計算工作階段的差異性，在獲取差異性的基礎上，計算常規橋梁模型的精細程度，從而可以精細化拆分橋梁的各個構建，常規橋梁結構拆分流程如圖1所示。

2.3.2 橋梁族構建

在橋梁族構建的過程中，首先需要選取滿足工程實際要求的樣板，之后方可進行橋梁實體的搭建。在Revit軟件中，空心形狀和實心形狀在模型創建中的算法不盡相同，因此，選取合適的命令是Revit軟件橋梁建模的關鍵步驟。不論是實心模型還是空心模型，均具備多種建模方法，建模過程中只需要選取合適的命令，即可實現快速建模。

橋梁結構的變化主要體現在標注尺寸的變化，可通過標注尺寸改變橋梁結構，從而實現快速改變橋梁斜交角、縱坡等橋梁建模過程中較為繁雜的工作內容。

2.3.3 橋梁結構拼裝

在完成橋梁拼接的工作時，需要充分考慮到道路建設場地的實際情況。由于，本項目場地主要為狹長場地，因此，在建模時采用大地坐標體系構建橋梁曲線線性，在施工過程中，實現動態調整坐標、高程等內容。同時，在橋梁拼裝過程中需要結合GIS技術，橋梁模型節點主要由坐標信息控制。由于模型搭建時需要控制縱、橫坡結構線型變化，為了提高工作效率使用Dynamo模塊完成該項工作，通過利用參數變化滿足空間曲線要求，從而完成橋梁模型的拼接工作。

Dynamo模塊在模型構建過程中的方法較為繁瑣，同時也有可能產生人為原因造成的錯誤。因此，在建模過程中結合Pvthon模塊，兩個模塊相結合從而實現橋梁模型的快速拼接。橋梁模型構建成果如圖2所示。

3 基于BIM技術的公路建設管理平臺構建

為了提高道路的信息化管理程度，以GIS技術為基礎，以BIM技術為核心構建城市道路建設、管理的信息化平臺。

3.1 構建模型管理模塊

模型管理模塊開發設計過程中可利用管理系統的WBS目錄結構列表、搜索引擎等方法快速打開模型管理模塊，積極搜集模型建立所需要的數據。目前，模型管理模塊可以完成以下幾種功能：

1)根據施工進度完成模塊劃分工作，以構建模型所需要的最小構件作為基礎，通過精確分類從而實現工程精細化管理工作；

2)將模型與WBS列表相互關聯，使用者可通過搜索命令快速查找所需要的信息；

3)建立可通過樁號搜索的功能，從而快速查找模型。

3.2 構建施工過程管理模塊

施工過程管理模塊是道路工程建設管理信息化建設的重要工作內容。施工過程管理的主要工作內容包括：施工現場監控、道路攤鋪管理等相關信息。通過建設信息化管理系統，可提高管理者監督、管理的工作效率。

1)在道路工程壓路作業中，利用該系統的通訊模塊可實現與壓路機之間的溝通、對接，收集路基壓實過程中的各項數據，利用通訊設備，實現數據的上傳與傳輸。通過系統自帶的數據處理功能，對收集的數據進行分析，從而計算路基壓實程度是否滿足相關規范、設計要求，有利于控制人工施工作業導致路基填筑厚度過大，從而造成費用增加等現象。

2)道路工程路面攤鋪作業工程中，利用信息化管理系統與攤鋪機之間的聯系，通過互聯網實時獲取設備運轉情況，在接收設備中的GNSS基站的差分信號結合激光設備信息反饋的高程信息，使用計算機軟件分析相關數據，實現GNSS系統的精準定位，大可滿足平面厘米級精度，高程毫米級精度，從而控制路面攤鋪的平整程度，提高工程項目施工質量。

3)道路工程樁基工程施工過程中，管理系統模塊可實現與鉆孔樁設備的聯系，通過計算機技術實現樁基成孔的“厘米級”精度。同時，采用智能施工設備，可在施工過程中獲取樁基成孔的實時數據，通過分析收集到的坐標、垂直偏差、孔深等數據，通過系統分析，實現鉆孔作業的自動監測、預警，若鉆孔超深則可自動報警。該工作內容可解決傳統工程施工過程中的偏差，有利于提升道路最終的施工質量。

4)混凝土攪拌過程中，可利用該系統收集混凝土攪拌時的配合比、溫度、時間等數據，保證混凝土拌和質量以滿足工程建設需求。

通過工程實例分析，采用該系統實現了道路建設過程中的施工進度、監測數據的實時采集與反饋，可直觀獲知道路施工進度，同時可及時反饋異常情況，可對工程施工全程進行控制，工作效率較高。

3.3 構建資料管理模塊

資料管理是工程建設施工中較為復雜但又極其重要的工作內容。BIM技術中的多維數據庫是資料管理模塊建設的核心技術。Mysql關系型數據庫是資料管理模塊的基本組成部分，利用該數據庫可將數據轉換為表格型式輸入數據庫。同時，該數據庫還具備儲存文件、多媒體的功能。數據建立完成后，可利用搜索功能，快速查找內容。為了保證工程數據的安全性，設置冗余備份模式。

3.4 協調性評價

協調性評價涉及內容多、范圍廣，根據前人研究成果，可將協調性用Ci表示，若Ci為道路建設用地的協調性，則其中包含多個指標Cij。假設道路工程協調性包括n個方面內容，則其中的i個方面共計有mi個指標。因此，道路工程所涉及的協調性指標數量按下式計算:

(1)

在評價道路工程施工協調性的過程中，需要收集建設方案信息和地理信息，之后建立 BIM和GIS模型，將提取的數據收集后，輸入至BIM-GIS系統內，之后在所建立的平臺中獲取道路的基本信息和地理信息。采用計算機軟件分析獲取指標Cij，最后將Cij與要求指標Rij對比，公式如下：

Cij∈Rij(i=1,2,3,…，n;j=1,2,3,…,n)

(2)

通過對比發現工程建設具有協調性。

4 結語

結合某城市道路工程建設，建立基于BIM+GIS的道路工程建設、管理信息化系統，利用不同的模塊可實現人員的后續修改與設計。同時，利用該管理系統可實現道路建設的可視化管理，實時收集和儲存數據。同時，利用計算機技術分析、處理收集到的數據信息，及時反饋，有利于提高道路工程施工質量，提高工程管理效率。利用BIM+GIS相結合的技術，對道路工程設計、施工、管理具有重要的意義。