BIM技術在城市道路設計中的運用

李成

摘 要：在城市道路工程設計中，BIM作為一項前沿技術，有效解決了信息交互、專業協同設計、方案多維度分析等設計難題，對工程設計水準、工程造價及工期管控能力的提升有著重要的現實意義，同時，也是城市道路設計的未來發展趨勢。然而，BIM技術在道路設計領域尚處于起步探索階段，實際應用場景單一，技術優勢未得到充分發揮。基于此，文章對BIM技術在城市道路設計領域中的運用價值與主要應用場景進行探討，以供參考。

關鍵詞：BIM技術;城市道路;工程設計

1 BIM技術在城市道路設計中的運用價值

（1）實現集成化設計。BIM是一種應用于工程設計等領域的數據化工具，通過BIM平臺、配套數據庫與構建的三維可視化模型，為多種軟件的兼容高效運行提供框架，可將其視作為具備設施管理與功能特性的數字表達平臺，或是一個共享的知識資源，分享城市道路工程全壽命周期內的信息資源。因此，BIM技術特性與集成化設計高度相似，為集成化設計模式的推廣實施奠定了良好基礎。例如，從多專業協同設計角度來看，在BIM軟件中構建各專業獨立模型與設施整體模型，保持模型間的信息交互共享，將各專業模型與設計方案導入整體模型與綜合數據庫中，做到對分散功效數據的整合處理，在模型中以特定顏色符號標記專業設計沖突部位，生成協調數據。

（2）設計方案綜合評價。在傳統設計模式中，受到技術限制，設計人員難以對各套設計方案的優缺點進行客觀、真實評價，容易產生認知偏差，致使城市道路工程的經濟效益、社會效益、環境效益存在優化空間。而在現代城市道路工程中，隨著建設規模的擴大，要求設計人員處理數據量龐大，需從中提取關鍵數據來描繪設計方案中的工程輪廓，并從成本造價、工期、技術可操作性等多個維度進行評價，實際工作難度遠超自身能力，無法實現掌握全部的工程信息。在此背景下，對BIM技術的運用，既可以采取可視化方式呈現城市道路的三維動態情況，幫助設計師對方案整體有直觀、深入、清晰的了解。同時，克服信息的復雜與時間因素對方案評價與優化設計造成的制約，設計師可以掌握遠超自身能力的龐大數據信息，具備對項目設計方案深度優化的可能。

2 BIM技術在城市道路設計中的應用場景

（1）地形圖處理。在早期建成的城市道路工程中，勘測單位向設計單位提供的地形數據形式復雜各異，設計師需要消耗額外時間用于調整地形數據形式，數據處理工作量有所增加，并在圖形處理與后續設計期間時常出現圖層混亂、dwg圖紙信息錯誤等問題。BIM技術的運用，使用軟件自帶的圖形生成、曲面性質分析功能，可以輔助人工在短時間內完成地形數據轉換與生成地形曲面三維圖形的操作，便于后續設計工作的開展。例如，設計師使用Civil 3D軟件，在軟件中下達地形點賦值命令，在所導入高程信息中添加高程點，從而自動構建地形曲面三維模型，有效區分地形圖中帶有高程信息的圖塊。同時，也可使用軟件中的曲面性質分析功能，基于曲面特性來分析高程，在生成的地形圖中顯示高程圖例位置，以及顯示最小最大高程、二維區域面積等信息。

（2）線形設計優化。在城市道路工程中，BIM技術多用于線形優化設計場景，具體如下：第一，平面優化設計。設計師在BIM軟件中導入工程設計規范與信息定義，下達從對象創建線路的命令，將會自動生成設計路線1，深入觀察路線圖形，如果圖形標注黃色嘆號等特殊符號，則表明該線路違反設計規范，由設計師對平面設計方案進行優化調整，基于調整后的方案生成設計路線2，重復上述步驟，直至路線圖形完全符合設計規范與工程建設要求。與傳統設計方式相比，設計師可以更為直觀的了解平面、曲面、縱斷面關系，快速處理龐大數據量。第二，縱斷面優化設計。設計師在BIM軟件中生成縱斷面圖形，提供地形曲面的數據源，在所繪制斷面圖基礎上開展縱斷面優化設計工作，根據設計需要在軟件中導入豎曲線半徑、變坡點高程等設計指標。憑借BIM軟件信息自動更新與數據關聯修改的特征，在下達縱斷面坡度修改、調整變坡點位置等操作，或修改道路中心線時，軟件將自動更新地面線，以及在BIM模型中導入與更新縱斷面標簽，獲取特定的出圖效果。第三，橫斷面優化設計。使用Civil 3D軟件中的橫斷面編輯器，對城市道路設施中的各部件加以組合裝配，BIM道路模型會隨著橫斷面結構的變化而隨之更新。設計師可在軟件中嘗試不同的橫斷面結構裝配方式，直接在道路模型上了解設計效果，無需在橫斷面變更設計期間開展大量的施工圖紙更改與人工統計數據工作。

（3）設計變更與標簽定制。在傳統設計模式中，如果調整道路設計方案，需要開展一系列繁瑣的設計工作，如修改平面、縱斷面與路基橫斷面施工圖紙，對相關聯的數據進行核算，這會使得設計效率大幅降低。而對BIM技術的運用，使用BIM軟件中的標簽定制功能，直接在道路模型中設定標簽，在設計變更時，軟件自動更新BIM道路模型，設計師僅需更改設計變更部位的施工圖紙即可。

（4）工程量統計。BIM技術具有強大數據采集與分析處理能力，可以持續采集城市道路工程相關資料信息與建設期間實時產生的信息，從海量數據中提取關鍵數據，根據數據關聯數據，將所采集數據分類導入數據庫，根據運行準則完成工程量統計與數據核算任務。以城市道路工程土方量計算為例，如果采取傳統工程量統計方法，需要提前計算土方量近似值，基于微積分原理擬合斷面面積，獲取斷面體積與土方量，計算精度較低，容易產生較大誤差。如采用BIM技術，在軟件中構建DEM數字高程模型，計算初始地面與設計地面的體積差值，創建橫斷面采樣線，在實測地面坐標值與設計高程基礎上構建三角網，計算網中的各三棱柱填挖方量，全部填挖方量總和即為總填挖量。

（5）信息交互共享。根據國家BIM標準規定，BIM技術是在工程不同階段內提供信息插入、提取、修改、更新服務，起到支持并協同作業的數據化工具，解決了傳統設計模式中的信息溝通共享問題，項目參建各方與各專業設計人員通過BIM軟件與三維可視化平臺來共享、插入、提取所需要的數據信息，起到提升城市道路設計水平與效率的作用。同時，BIM技術通過三維立體實物圖形展示與信息間關聯特性，所構建BIM模型會隨著設計方案與參數信息的變化而變化，動態化、可視化呈現設施立體實物圖形與縱斷面、曲面、路線等信息間的互動反饋過程，具備了在可視化狀態下開展工程設計溝通、討論、決策工作的技術條件。

3 結語

綜上所述，城市道路工程傳統設計理念難以切實滿足現代城市道路設計的使用需求，限制了道路工程設計的多元化發展。因此，相關單位需要深度分析BIM技術在道路設計領域的應用價值，不斷拓展全新的技術應用場景，驗證BIM技術的應用可行性。

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