BIM在市政道路建設中的應用模式分析

周挺

隨著我國社會與經濟的快速發展，市政道路工程項目的規模和復雜度越來越高，傳統的二維圖紙設計+粗放式管理模式的弊端也日益凸顯，信息化發展已是必然。BIM作為一種新興智能輔助技術和管理工具正推動著工程設計、建造、運營維護等多方面的變革，由其驅動的智能建造與精細化設計已成為提升工程建設績效和企業競爭力的重要手段。本文以市政道路工程為背景，探索了BIM技術在市政道路設計中的應用的難點、解決方案和應用方向。

BIM是建筑信息模型的縮寫，它將工程中的各項數據信息轉化為模型，并將施工項目的實際情況真實地模擬出來。其直觀、高效、協同、精確等特點，有利于城市道路建設管理的精細化。在市政道路的建設中，BIM在協調設計工作，提高設計精確度，提升施工各方協同效率，把控施工的進度質量等方面起到關鍵作用。目前，BIM在市政建設領域的應用程度較低，但其優勢明顯，發展前景廣闊。本文將就BIM在市政道路領域的應用難點進行分析，并結合紹興智慧快速路BIM全生命周期大數據管理平臺項目中的應用案例和經驗提出解決方案及應用點。

一、紹興市快速路BIM全生命周期大數據管理平臺

紹興市智慧快速路工程建設路段是紹興市城市快速路網布局中的重要組成部分，施工涵蓋了越東路、二環北路、G329國道、二環西路、二環南路等快速路，全長約 120 公里，主線設計速度 80km 每小時，雙向六車道。其中，G329國道、越東路、二環北路智慧快速路位于主城區，建設體量大、施工難度極高。

本項目參與方，尤其外部單位眾多，各方僅關注本職業務，協同工作難度大；建設期內道路多標段同時開工，時間緊、任務重、傳統方式下數據不能有序流通、信息無法共享，時效性和可靠性低、信息展示的可識別及可理解程度低，極易造成大量人力物力的浪費，影響決策的正確性。

為了解決以上痛難點，本工程采用了以BIM模型作為信息載體，結合GIS等技術，搭建大數據管理平臺，用可視化形象化的方式為業主提供了工程全壽命期數字化解決方案，將業主、施工、監理等不同參建單位納入統一的管理模式中，方便信息的管理、查詢和利用。

1.BIM應用難點分析

（1）BIM類軟件普遍對電腦硬件要求高，設計思路與模式與二維設計不同。大面積推廣使用BIM進行設計，需投入較多的財力，設計人員需學習新的設計思維模式。作為一項引進技術，目前市場上的軟件仍以歐美為主，無法做到與國內規范完全結合，給技術推廣帶來了一定難度。

（2）市政道路地形均為帶狀結構，處理量大，建設周期長，設計變更相對頻繁；市政道路工程與周邊環境結合緊密，需要BIM與三維地形進行結合，而兩者在數據格式、坐標系等方面的融合均存在難度。

（3）市政道路含大量復雜的結構，施工情況復雜，目前BIM系列軟件的局限性導致建模效率和精度受到較大影響。

（4）項目本身的復雜性、多變性，涉及專業面廣，交叉協作要求高，方案調整變化可能性大等特點，導致設計和施工人員對應用BIM的積極性不高，推廣BIM進行工作存在障礙。

2.BIM應用解決對策

針對上述應用難點，作者認為，需要從技術和工作標準兩個層面來解決問題。

（1）BIM+GIS技術

BIM+GIS技術旨在通過將3DGIS與BIM進行數據格式的融合以及坐標的統一。融合后，平臺運用從整體規劃審核、工程施工工期管控到完工后工程建筑運維服務，延展至整個項目的生命周期。從技術的角度來說，GIS的數據比BIM龐大得多，數據在進行格式轉換的同時也要進行適當輕量化和優化。由于BIM與GIS各自坐標系不同，在集成時，需要運用GIS技術中的三維模型逐頂點坐標轉換功能，使兩者在空間上得以有效結合。在市政工程中，BIM與GIS的結合可以很好地使設計方案融入環境，實現更為為豐富的應用場景。

（2）WebGL技術

降低應用的軟硬件門檻對于有效提高BIM廣泛應用是非常必要的。近年來，國內BIM軟件在WebGL技術支持瀏覽器、手機、平板電腦等多種終端方面處于世界領先水平，推出了多款基于WebGL的BIM應用軟件，與模型LOD技術、3D動態加載技術結合取得了較大成果，實現了GIS+BIM的輕量應用模式，為BIM技術推廣打下了良好基礎。

（3）參數化建模技術

在市政道路中存在有大量標準化的結構，如梁、板、柱、墻等，可在建模軟件中進行二次開發，實現快速的參數化建模，提升效率。

（4）統一的模型交付標準

模型的交付標準應當更多從應用層面出發，考慮模型在市政道路設計、施工乃至運維過程中的適用性，對模型的內容、建模深度、模型編碼等進行統一要求。在此基礎之上，模型不僅在視覺和表達內容上得到統一，而且其承載的信息同樣將得到統一，具備應用的條件。

（5）統一的應用標準

BIM應用標準應包含：BIM在具體設計和施工中的具體應用點，各應用點的標準化流程、業務模板，各參建方以及參建方中不同職能崗位在BIM應用中的職責等。

二、BIM技術在市政道路設計中的應用

1.規劃分析

規劃分析是市政道路設計前期的重要環節，其設計優劣會對后續市政道路的設計質量產生重要影響。但傳統的場地規劃設計主要通過結合勘查人員所得數據來進行主觀分析，精度和效率不高。本工程的BIM大數據管理平臺采用3D數字孿生技術，構建3D可視化一張圖，包括10個在建標段，共計120公里的全線道路模型和周邊環境，以及100.5公里的管線模型，數據量達390GB。模型可查詢、可互動、可更新，并將進度、安全、預制生產等重要信息與模型相掛接，持續優化城市道路整體布局情況以及適宜度情況，顯著增強市政道路管理的智能化水平。有利于解決傳統市政道路規劃中存在的信息數據量大、主觀思維因素比較嚴重以及數據分析不準確等問題，尤其是應用BIM系列軟件模擬城市道路空間，通過3D可視化手段形象表達業務內容，更好地評估分析城市道路的人流情況和車流情況，在增強城市道路規劃的智能化和精確性的同時，為管理者做出更合理的決策提供可視化、數字化的分析工具。

紹興市快速路3D一張圖

2.地下管線搬遷

管線綜合是指道路區域中各專業工程豎向高程和平面位置相協調的工作。通過數字孿生技術，相關設計人員運用3D模擬技術對管線施工完畢后的實際排布狀況進行虛擬模擬，對需要搬遷的管線數量、搬遷順序等在設計階段做出合理評估，制定計劃，智能化輔助管線的輔助設計、碰撞核查、工程量統計、搬遷過程模擬等環節。平臺直觀而精確地展現了未來城市管道態勢，為決策者和設計人員對工作部署提供了可靠的信息，有助于做出更加準確和有利的決斷，避免不必要的浪費和損失。

3.動拆遷分析

管理者通過3D一張圖，查詢土地、不動產等資料，在規劃與設計階段定量計算出道路施工時需要拆遷的地塊與建筑，并進一步評估拆遷面積、影響人口數量等，以便提前做出決策，采用最優方案，為動拆遷工作提早做好準備，合理降低市政道路建設的時間和經濟成本。

4.周邊環境協同分析

運用BIM、GIS和傾斜攝影技術進行建模，有助于實現道路設計與區域實景的有效結合，借助各種環境模塊的整合分析，可以最大化地協調和優化道路、人文和環境等諸多要素，增強市政道路的耐久性能，提升市政道路使用壽命，確保城市健康發展。

四、BIM技術在市政道路施工中的應用

1.進度與工程量分析

BIM管理平臺中所含的市政道路BIM模型，其中的構件可拆分，實現整個工程的結構化描述，并進一步對市政道路的材料費用、施工進度以及各項成本進行綜合規劃分析。及時進行信息更新，確保相關道路設計過程中工程量統計的準確性。在此基礎上，將信息與BIM綁定，數字化管控業務，實現數字化資產沉淀。運用工程量計算軟件自動統計市政道路實體的工程量，得到最終的市政道路工程量清單，用于進行工程預結算等各項相關工作，并通過3D可視化模式來表現工程進度，智能輔助決策。

2.質量與安全管理

BIM模型作為市政道路的地圖和檔案，可以有效管理工程的質量與安全。業務數字化管控平臺全面覆蓋了項目建設期間的重點業務內容，同時，借助物聯網技術，實現精準而到位的遠程監管，進而實現超限報警和趨勢預判，進一步保障施工過程安全性。

其中，質量管理需要將工程的各分部分項、檢驗批與構件綁定，并定義標準化的工序、質量報驗流程以及參數，形成數字化報驗機制，報驗完成后自動更新進度，從而使質量檢驗及時、規范，質量資料也可查可用。

安全管理則借助BIM技術，將安全管理人員的責任區域與地理坐標掛鉤，借助手機的移動端定位技術、POI位置關聯技術，實現安全檢查、安全整改等工作內容的在線記錄，確保責任人員履職到位，安全問題及時發現、及時整改。

BIM平臺已經形成了規范的數字化質量報驗流程、數字化安全巡更流程、安全文明在線整改流程。目前，已基本達到了數字化報驗率100%、安全巡更履職率100%、安全文明按時整改率100%的目標，使管理制度真正落地。平臺中已有38455個構件完成數字化報驗，累計報驗工序184335條，安全巡更人員超過100名，累計巡更17350人次，提出3558條整改意見。

3.數字工地應用

數字工地中的視頻監控、環境監控等設備位置、人員定位位置，均可直觀表現在BIM+GIS數字孿生底座上，結合物聯網技術，管理者通過信息輔助決策，能夠更好地了解現場實況、發現問題，并制定解決方案。本項目BIM平臺接入各標段監控視頻84處，環境監測點27個，結構安全監測點1800多個，無人機巡檢視頻超過500個，累計發送環境超限報警短信787條。平臺對監控中出現超出警戒值的情況進行自動識別和提示，并向責任人發送信息，督促及時整改，為工程建設期中的安全文明保駕護航。

目前在設計和施工期間，BIM平臺已參與了超過20次方案評審，在喜臨門商場、二環西路立交、蕭曹運河橋、曹娥江大橋、鑒湖大橋等多處關鍵節點方案的評判中發揮了重要作用。

總而言之，在設計階段的方案評審、施工前期的管線搬遷、施工過程中的進度管控，以合適的方式進行描述，才能便于管理者準確掌握信息。相較于形象性和客觀性方面皆有欠缺的傳統圖文為主的描述方式，BIM大數據管理平臺以空間可視化的方式呈現信息，不僅帶來更加真實形象的視覺體驗，也有助于管理者做出正確的判斷決策。

五、結束語

綜上所述，把BIM技術應用到市政道路的建設過程中，不僅在設計環節能夠提升效率，在施工期也能夠促進各方更快更好地落實信息化、精細化管理。

在紹興市智慧快速路的建設過程中，BIM技術已經在全線逾8個標段投入全面應用，參與人數超過500人，已經形成了常態化、全員參與的應用模式，為提升工程建設的效率和質量安全保障起到了非常重要的作用。在將來，BIM應用還將延續到道路的運維期，使得BIM在道路建設的全生命周期發揮作用。在該項目中，BIM技術的成功運用為拓展BIM技術的適用領域，以及市政道路信息化、智能化建設模式提供了非常有價值的參考意義。