試析BIM 技術(shù)在城市道路設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢及應(yīng)用

楊傳杰

（臨沂市市政工程建設(shè)管理服務(wù)中心，山東 臨沂 276002)

0 引言

隨著道路建設(shè)技術(shù)的進(jìn)步，將BIM 技術(shù)用于路線圖、建筑結(jié)構(gòu)等環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)，具有極大的優(yōu)勢和不可替代的實(shí)際效果。在建設(shè)施工之后，BIM技術(shù)可以為項(xiàng)目提供足夠的信息。施工人員可以充分了解工程的目的和工程中各個(gè)環(huán)節(jié)的內(nèi)容，有助于施工過程的有效開展，也為項(xiàng)目的完成奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本文就BIM 技術(shù)應(yīng)用到城市道路設(shè)計(jì)的好處和用途展開討論。

1 BIM 技術(shù)在城市道路設(shè)計(jì)中的具體優(yōu)勢

1.1 充分體現(xiàn)設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)意圖

BIM 技術(shù)可以創(chuàng)建更直觀的3D 數(shù)據(jù)模型，有效地避免了相關(guān)的缺點(diǎn)。例如在現(xiàn)有的二維設(shè)計(jì)模式中無法更好地反映設(shè)計(jì)形狀，應(yīng)用BIM 技術(shù)可以對(duì)城市道路建設(shè)的相關(guān)效果進(jìn)行三維模擬，設(shè)計(jì)師和操作員可以清晰地感受到城市道路的建設(shè)效果，反映城市道路設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

1.2 項(xiàng)目工作量計(jì)算快速準(zhǔn)確

城市道路設(shè)計(jì)過程使用傳統(tǒng)的2D 設(shè)計(jì)技術(shù)（例如CAD）來估算當(dāng)前的設(shè)計(jì)工作量，在路面技術(shù)和安全計(jì)算上往往會(huì)出現(xiàn)比較大的誤差。通過運(yùn)用BIM 技術(shù)中的三維立體設(shè)計(jì)模塊，可以相當(dāng)準(zhǔn)確地了解長度、體積、面積等設(shè)計(jì)特征。基于準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，可以實(shí)時(shí)相應(yīng)地調(diào)整工作量，及時(shí)了解道路施工進(jìn)度，因地制宜，高效及時(shí)派遣施工人員。

1.3 較強(qiáng)的模擬分析能力

在工程設(shè)計(jì)階段，項(xiàng)目采用BIM 技術(shù)的參數(shù)化建模，可以進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)施的快速建模和施工，以及BIM 框架下道路、橋梁、管網(wǎng)、綠化景觀照明的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)，提高項(xiàng)目效率。BIM 技術(shù)可呈現(xiàn)項(xiàng)目在初始設(shè)計(jì)階段完成后的影響，展示最終效果，可以從各個(gè)角度進(jìn)行分析。這使設(shè)計(jì)師能夠在設(shè)計(jì)早期發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷，并及時(shí)調(diào)整和改進(jìn)項(xiàng)目計(jì)劃和概念，展現(xiàn)出BIM 技術(shù)在工程中強(qiáng)大的建模模擬和分析能力[1]。

1.4 模塊化

模塊化設(shè)計(jì)包括2 個(gè)級(jí)別。一個(gè)是對(duì)象現(xiàn)代化。源于面向設(shè)計(jì)的對(duì)象，將技術(shù)特征分離為單獨(dú)的對(duì)象，然后繼續(xù)開發(fā)設(shè)計(jì)，稱為對(duì)象現(xiàn)代化。二是設(shè)計(jì)模塊。典型的城市工程項(xiàng)目、項(xiàng)目建議書、實(shí)地調(diào)查、前期項(xiàng)目、建設(shè)項(xiàng)目等與項(xiàng)目深度都有一定的階段，按時(shí)間關(guān)系呈現(xiàn)。根據(jù)項(xiàng)目流程圖，它可以分解為設(shè)計(jì)階段的協(xié)作結(jié)果等等。

模塊設(shè)計(jì)和功能：該想法是共享模塊，并使用模塊之間的組合來創(chuàng)建開發(fā)的產(chǎn)品。通過工程設(shè)計(jì)，BIM 模塊化的概念在于它可以促進(jìn)項(xiàng)目實(shí)施和創(chuàng)新，提高效率并促進(jìn)協(xié)作，共享設(shè)計(jì)和變更加速，促進(jìn)通用工程設(shè)計(jì)元素（擋土墻、橋梁等）的變更結(jié)果呈現(xiàn)。使用傳統(tǒng)的控制模塊可以降低項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)，提高項(xiàng)目的可靠性和質(zhì)量，能夠很好地提高項(xiàng)目效率。積累大量可復(fù)用的項(xiàng)目模塊，大大減少設(shè)計(jì)和修改的工作量，縮短項(xiàng)目周期，降低項(xiàng)目成本。現(xiàn)代化過程中，技術(shù)應(yīng)用可以保持團(tuán)隊(duì)之間的不同分工，不同團(tuán)隊(duì)之間的信息接口，促進(jìn)不同團(tuán)隊(duì)之間的專業(yè)設(shè)計(jì)和協(xié)作。

2 傳統(tǒng)道路設(shè)計(jì)中存在的難題

2.1 道路設(shè)計(jì)成果的展現(xiàn)具有一定難度

道路工程包括管道、橋梁、交通和路燈等附屬結(jié)構(gòu)。道路圖紙主要是橫斷面、縱剖面、大比例尺等的設(shè)計(jì)，但是道路設(shè)計(jì)成果的展現(xiàn)具有一定難度。道路建設(shè)項(xiàng)目可能會(huì)提供可視化，但不能完全反映整個(gè)道路建設(shè)項(xiàng)目的整體設(shè)計(jì)特征，可視化可能不準(zhǔn)確[2-3]。

2.2 變更時(shí)調(diào)整工作量較大，易出現(xiàn)錯(cuò)漏

在傳統(tǒng)的道路設(shè)計(jì)流程中，設(shè)計(jì)軟件通常以藍(lán)圖為基礎(chǔ)，所以工程中的每個(gè)點(diǎn)都必須單獨(dú)保存在一個(gè)單獨(dú)的文件中，使這些文件之間沒有強(qiáng)聯(lián)系。這種情況增加了設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān)，使設(shè)計(jì)變得更加困難。做變更時(shí)，需要調(diào)整所有相關(guān)的子文件夾，設(shè)計(jì)師只能人為地感知這種調(diào)整。調(diào)整工作量較大，很有可能會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤或遺漏。

2.3 不能直接應(yīng)用在運(yùn)行維護(hù)階段

目前，道路施工完成后，建設(shè)部門通常會(huì)制做規(guī)定的圖紙給相關(guān)部門使用，并對(duì)工程圖和相關(guān)圖紙進(jìn)行維護(hù)和管理。雖然平面圖的內(nèi)容很重要，但圖像的內(nèi)容很難直接使用。城市道路的養(yǎng)護(hù)是一個(gè)系統(tǒng)工程，日常維護(hù)中包含很多材料，不同材料的單位也不同。相對(duì)分散的紙張?jiān)O(shè)計(jì)在維護(hù)系統(tǒng)方面顯然沒有優(yōu)勢。由于上述問題，道路建設(shè)項(xiàng)目水平提升有限，影響了道路的運(yùn)行和維護(hù)。

3 BIM 技術(shù)在城市道路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

3.1 項(xiàng)目區(qū)域地形圖處理

通過將BIM 技術(shù)集成到城市道路設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，可以監(jiān)控現(xiàn)場條件，并分析和整合測量數(shù)據(jù)，為創(chuàng)建項(xiàng)目計(jì)劃和施工圖提供真實(shí)而全面的基礎(chǔ)。另外，由于BIM 技術(shù)結(jié)構(gòu)是立體顯示的，可以從上方看到，這樣在確定道路建設(shè)方向時(shí)，可以根據(jù)場地地形，規(guī)劃準(zhǔn)確的路線，準(zhǔn)確計(jì)算各種規(guī)劃項(xiàng)目的體積，為路線選擇創(chuàng)造有利條件。

3.2 管線設(shè)計(jì)

隨著城市物質(zhì)消耗和垃圾管理問題日益增多，城市道路設(shè)計(jì)的地下排水工程也應(yīng)考慮。主要的問題是下雨天不能按時(shí)排走雨水、生活污水處理不當(dāng)及地下管線老化更換。在現(xiàn)有項(xiàng)目的建設(shè)過程中，目前使用的技術(shù)故障，導(dǎo)致管道任務(wù)重復(fù)，不僅挫傷了施工人員的積極性，還增加了費(fèi)用開支。BIM 技術(shù)完整的管道設(shè)計(jì)可以通過主動(dòng)測試管道系統(tǒng)，并返回發(fā)現(xiàn)的信息以供審核，從而減少不必要的小路段浪費(fèi)設(shè)計(jì)時(shí)間和精力，降低成本，節(jié)省開支。

3.3 道路中心線繪制

道路中心線繪制是城市道路設(shè)計(jì)非常重要的一部分，設(shè)計(jì)過程涉及很多方面。需要根據(jù)城市道路工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的各項(xiàng)指標(biāo)，采用有效的方法對(duì)每條曲線的基本要素，如導(dǎo)軌的長度和半徑、曲線的長度等進(jìn)行修正和優(yōu)化，要研究討論道路中心線的特點(diǎn)和條件。對(duì)齊后，中心線必須包含在3D 地形圖中，道路的中心線在3D 地形圖上轉(zhuǎn)換為多條線。

3.4 多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)

數(shù)字技術(shù)是BIM 模型的技術(shù)核心，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)值，可以在此基礎(chǔ)上開啟協(xié)同設(shè)計(jì)的平臺(tái)，讓各行各業(yè)一起使用計(jì)算機(jī)終端設(shè)備的平臺(tái)來進(jìn)行項(xiàng)目的合作開發(fā)，從而提高道路施工設(shè)備的設(shè)計(jì)精度和效率。此外，虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)和現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)可用于獲得額外的效果。

3.5 碰撞檢查

在項(xiàng)目申請(qǐng)階段，通過集成道路、管道、橋梁等專業(yè)的BIM 模型，觀察管道基礎(chǔ)、其他元素和結(jié)構(gòu)之間的空間定位情況，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐鲎矙z查。通過創(chuàng)建凹管模型和局部橋梁上部結(jié)構(gòu)鋼筋模型，可以控制鋼筋之間的碰撞，并加速施工。

3.6 道路橫斷面設(shè)計(jì)工作中BIM 技術(shù)的應(yīng)用

當(dāng)前城市建設(shè)加速，車輛數(shù)量增加，道路越來越擁堵，道路工程的集約化發(fā)展直接影響到城市道路建設(shè)的科學(xué)性。通常，項(xiàng)目的主要設(shè)計(jì)工作與特定的設(shè)計(jì)條件相關(guān)，例如車輛通行道路的建設(shè)和寬度、與高速公路相連的人行道以及常見的相關(guān)設(shè)施。BIM 技術(shù)的應(yīng)用，可以更好地預(yù)測交通流量，并執(zhí)行交通模擬任務(wù)，以方便正確選擇路段，通過適當(dāng)?shù)能浖治觯茖W(xué)地選擇道路建設(shè)和施工。

3.7 道路縱斷面的設(shè)計(jì)與繪圖

通過軟件輸入當(dāng)前地平面坐標(biāo)以及街道上的地面高程，使用項(xiàng)目軟件創(chuàng)建完整地面參考線，嚴(yán)格遵守關(guān)于建筑和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求。由于道路縱斷面的坡度始終根據(jù)項(xiàng)目的整體設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整，因此設(shè)計(jì)人員必須了解BIM 技術(shù)在設(shè)計(jì)流程中的數(shù)據(jù)變化，并相應(yīng)地調(diào)整坡度線，對(duì)擬建工程縱斷面的結(jié)構(gòu)要求和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行靈活動(dòng)態(tài)調(diào)整，確保結(jié)構(gòu)縱斷面的合理性。在道路縱斷面設(shè)計(jì)結(jié)束時(shí)，將坡度線保存為縱斷面曲線文件，并創(chuàng)建施工縱斷面圖。

3.8 正向設(shè)計(jì)出圖

在復(fù)雜的城市道路設(shè)計(jì)的過程中，實(shí)際項(xiàng)目建設(shè)通常很難在2D 圖紙中表示出來，從而導(dǎo)致設(shè)計(jì)偏離項(xiàng)目目標(biāo)。BIM 立體圖像處理模型，可以直觀地用3D 結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)意圖來表達(dá)項(xiàng)目目標(biāo)。項(xiàng)目可以通過積極探索BIM 技術(shù)與城市道路設(shè)計(jì)相結(jié)合，直觀地用3D 結(jié)構(gòu)來傳達(dá)項(xiàng)目的意圖和想法，克服了設(shè)計(jì)與施工之間的溝通障礙（圖1），更好地提升施工的效率，提高城市道路設(shè)計(jì)的質(zhì)量[4-5]。

圖1 人行天橋BIM 模型

4 結(jié)束語

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市發(fā)展的規(guī)模不斷加大，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投入也不斷增加。在城市道路設(shè)計(jì)中，充分利用BIM 技術(shù)，從總體上提高城市發(fā)展的質(zhì)量和水平，不斷改善市民的出行條件，在城市道路-傳輸科技發(fā)展中發(fā)揮重要作用。此外，隨著我國城市道路型建設(shè)工作的不斷加強(qiáng)，其他地下相關(guān)工程的發(fā)展也應(yīng)得到重視，充分利用BIM 技術(shù)來優(yōu)化和完善城市道路設(shè)計(jì)。