BIM技術在市政道路與橋梁設計中的應用

董禎保

（云南平捷工程設計咨詢有限公司，云南昆明 650228）

BIM技術是基于模型的技術流程，以自身信息模擬仿真系統(tǒng)設計出一個虛擬的數(shù)學模型。隨著我國對道路交通建設的重視，人們加強了對公路建設工程中采取的施工技術手段和應用材料的研究。我國道路建設團隊將BIM技術引入到市政的道路建設設計中來可以合理協(xié)調(diào)好各個階段關系，優(yōu)化道路設計的工作效率，提高市政道路建設的設計和建設質(zhì)量，最終引領市政道路工程的全新發(fā)展。

1 BIM技術概述

BIM（Building Information Modeling），建筑信息模型的應用，由 Autodesk公司在2002年提出，它可以應用于建筑信息的集成化，建筑設計、施工、工程運行等各種信息全部始終集中在一個三維模型的數(shù)據(jù)庫中，建筑設計團隊、工程承接施工方、設施運營部等各個方面的參與者都可以基于BIM進行協(xié)同合作，以實現(xiàn)提高工作效率、不浪費資源、降低生產(chǎn)成本、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

通過建立虛擬建筑工程模型是BIM的核心，模型擁有完整的、與實際情況相符的建筑工程信息是采用的數(shù)字化技術。此信息庫既包括建筑物構件的幾何信息、專業(yè)屬性和狀態(tài)信息，還包括空間、運動行為（非構件）的狀態(tài)信息。

BIM技術具有以下五個優(yōu)勢：

1.1 建筑設計過程優(yōu)化性

建筑設計、施工、工程運營的整個過程是一個在不斷優(yōu)化的過程，而BIM可以在此基礎上優(yōu)化得更好。一般優(yōu)化的過程受信息、復雜程度和時間三個因素的影響，沒有完整準確的信息，做不好合理且符合要求的優(yōu)化結(jié)果。BIM模型可以提供包含物理信息、規(guī)則信息、幾何信息等建筑物本身存在的信息，還可以給出建筑物經(jīng)過一系列變化之后的實際存在信息。在建筑物設計復雜程度較高時，團隊本身無法掌握的建筑物全部信息，此時必須需要相關的技術和設備的援助?，F(xiàn)代的建筑物的復雜程度超乎大多數(shù)團隊人員的能力極限，而BIM及其所配套的各種各樣的優(yōu)化工具可以將復雜項目優(yōu)化，使其操作簡單。

1.2 建筑設計項目可視化

對于建筑行業(yè)來說，運用可視化的場景是非常多的，比如說拿到設計師給出的圖紙，各個構件用線條和數(shù)據(jù)的形式呈現(xiàn)在圖紙上，而真正的構件形式卻需要建筑行業(yè)的員工去想象[1]。BIM技術利用可視化將圖紙上的線條和數(shù)據(jù)以一種三維立體實物圖展現(xiàn)在人們面前。雖然現(xiàn)在建筑行業(yè)也有類似的效果圖，但是效果圖除了大小、顏色和位置信息之外沒有更多可以表現(xiàn)構件的信息，缺乏構件之間的互動和及時反饋。BIM技術是一種構件之間的互動和反饋的過程進行可視化，可視化的結(jié)果不僅可以生成設計的效果圖和報表，而且更重要的是，對項目整個設計、建造結(jié)果、運營模式進行溝通、交流、討論、決策都在可視化的狀態(tài)下。

1.3 建筑設計項目模擬化

在設計階段，BIM可以做模擬實驗來模擬一些設計上需要模擬的東西，例如對日照模擬、節(jié)能模擬、緊急疏散模擬、熱能傳導的模擬。模擬性不是單單只模擬出建筑設計的實物模型，更重要的是模擬在真實世界不能操作的事物。在招標和施工過程中根據(jù)施工的組織設計進行4D模擬實際施工，以此來確定安排合理的方案進行指導施工。

1.4 建筑設計與相關工作的協(xié)調(diào)性

建筑業(yè)中的重要內(nèi)容就是協(xié)調(diào)，協(xié)調(diào)是施工單位、業(yè)主和設計單位相互配合的工作。在設計當中，常常因為各專業(yè)的設計師之間溝通交流不到位，出現(xiàn)專業(yè)碰撞問題，如果再實施過程中遇到一些問題，就要組織相關人員進行協(xié)調(diào)開會，找出施工過程問題出現(xiàn)的原因和解決方案，然后做出變化更正的補救措施來解決問題。BIM技術幫助處理這種問題就體現(xiàn)了協(xié)調(diào)性服務，它可以根據(jù)建筑信息模型在建造前對專業(yè)碰撞產(chǎn)生的問題來協(xié)調(diào)，生成可提供的協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)。BIM的協(xié)調(diào)作用還可以應用于解決防火區(qū)和其他設計布置、電梯井和其他設計布置及地下排水分布和其他設計布置等各種實際施工過程中的布置協(xié)調(diào)。

1.5 建筑設計的可出圖性

BIM技術可應用于普通常規(guī)建筑設計圖紙，也常應用于對建筑物進行可視化展示、模擬、協(xié)調(diào)、優(yōu)化來使工程表達更完善，并生成專業(yè)圖紙和深化圖紙。

2 BIM技術在市政道路設建筑的應用

2.1 BIM技術在市政道路地勢地形的分析應用

在工程項目的分析環(huán)節(jié)中，利用BIM技術結(jié)合具體的數(shù)據(jù)信息建立相匹配的3D模型來設計市政道路工程。在建立市政道路工程項目模型時，需要分析項目施工地的地形地勢、環(huán)境因素、測量數(shù)據(jù)等，包括施工個重要地形點的高程等數(shù)據(jù)，更重要的是結(jié)合整個施工地的初始地形分析，為BIM技術的應用奠定可靠的數(shù)據(jù)基礎[2]。相關的工作人員通過BIM技術對市政道路收集的數(shù)據(jù)做出相應的模擬，合理高效地控制整個工程施工過程。

以工作人員收集的市政道路的工程數(shù)據(jù)進行整合，建立工程數(shù)據(jù)資源信息庫，通過軟件整合分析，將數(shù)據(jù)導入工程的信息化模型之中，進而保證市政道路的工程設計可行性的提高，而且避免了各種設計所帶來的風險，使道路工程順利進行施工。

2.2 BIM技術在市政道路設計中的應用

在市政道路設計的應用中主要有以下三個方面：

2.2.1 道路中心線繪制

后續(xù)道路設計的基礎就是道路設計中心線的設計。為了保障市政道路設計的成功呈現(xiàn)，利用BIM技術對中心線的繪制是很有必要的，參照市政道路設計標準規(guī)定的基本要求對圓曲線的長度、規(guī)劃線位的擬合、平曲線的長度及半徑等因素進行優(yōu)化和改進。

2.2.2 道路橫斷面繪制

道路工程作為縱向延伸工程，始終的重點都是道路的橫斷面設計。斷面材料的設置可以統(tǒng)計工程量；節(jié)點參數(shù)的設置可以變寬道路；根據(jù)道路等級和使用需求都可以設計車道布置、寬度設計、人行道設置、路面路基結(jié)構設計等。

2.2.3 道路縱斷面繪制

在補充完斷面數(shù)據(jù)庫后還可以對縱向斷面分析設計來完善各處相應的斷面信息。根據(jù)市政道路的地理條件等實際情況，對現(xiàn)存路面的線路文書編制工作進行落實，BIM構建出完整準確的原地面線，相關工作人員根據(jù)構建完成的原地面線完成市政道路設計的拉坡線繪制工作。

2.3 BIM技術在市政管線管網(wǎng)中的應用

傳統(tǒng)市政管線對于平面分布圖、管線綜合橫斷面和交叉節(jié)點圖只能夠表達一個截面或者說是局部的信息，難以整體分析管線綜合信息，致使管線的交叉部分不能完整呈現(xiàn)。

BIM技術能夠在施工前對項目工程進行模擬預施工，以預施工的方式檢測出管線是否碰撞和交叉，對“碰撞點”進行調(diào)整，調(diào)整后帶來的一系列連鎖反應即時反饋到項目工程的其他位置，從而在真正施工時規(guī)避這些一些問題發(fā)生，不會產(chǎn)生調(diào)整的盲點和遺漏，保證完整的管線綜合，減少因計劃變更和返工帶來的損失。

市政管線綜合當中BIM設計所標注的都是準確標高，施工人員在后期施工的過程中必須嚴格按照設計標高施工作業(yè)，防止因為標注不完整和控制高程的單一限制造成施工效率和質(zhì)量的下滑。

3 BIM技術在市政橋梁設計的應用

3.1 市政橋梁設計及施工管理的現(xiàn)狀

我國現(xiàn)在對于安全設計一直沒有明確的規(guī)定和標準，設計人員在結(jié)構安全的設計過程中沒有根據(jù)實際的橋梁情況進行設計，只是依據(jù)現(xiàn)有的設計規(guī)范，沒有采取針對性的措施[3]。在市政橋梁的設計中還應該考慮橋梁的環(huán)境、承載量、實際狀況和使用年限，這些因素都將會影響市政橋梁工程在之后的通行過程中所存在的各種隱患。

市政橋梁工程的設計在各個方面都需要達到精細，其中包括橋梁的高度角度、橋梁的臺面尺寸、鋼筋和錨塊的角度和長度施工、錨塊在橋梁建設過程中的放置等等都需要精細的數(shù)據(jù)。當前的橋梁設計采用的是軟件輸入數(shù)據(jù)，沒有對橋梁在實際情況中的數(shù)據(jù)進行校對精確，而施工復雜導致施工圖紙中數(shù)據(jù)偏差過大都會為后期的安全使用埋下隱患。

市政橋梁的設計涉及的專業(yè)多、范圍廣、難度大，每個施工人員都需要對自己所管理的專業(yè)和區(qū)域以及施工計劃進行溝通，但是大多數(shù)的施工人員都缺乏大局意識，容易造成施工質(zhì)量、進度、安全等一系列問題，影響后期的運營。

3.2 BIM技術應用于市政橋梁的方面

BIM技術在前期設計的各種施工參與方的溝通交流中來解決普通二維圖紙給出的信息不完整和直觀效果不佳的問題，給前期設計的信息交流和設計提供了可視化，提高了項目設計方案的進度。在后期施工過程中通過BIM技術進行模擬橋梁施工出現(xiàn)的問題來提高施工的安全性，因此BIM技術在市政橋梁設計中發(fā)揮巨大的效益。

3.2.1 道路和橋梁節(jié)點板間關系的檢查

錯綜雜亂的節(jié)點在實際的施工過程中會造成施工進展麻煩，因為在實際環(huán)境情況的節(jié)點造型和分布都沒有固定的規(guī)律，所以在一般的市政橋梁工程中要考慮實際施工的道路與橋梁之間的各個節(jié)點板間關系。

3.2.2 前期設計的可行性

市政橋梁工程由多個領域的專業(yè)人員參與，多個參與方只有當達成共識的時候才能保證橋梁工程建設的順利。應用BIM技術前期設計方案用參數(shù)化、數(shù)字化、信息化建立三維模型，用三維模擬圖形來演示前期設計的效果[4]。而一些方案表面發(fā)現(xiàn)不了存在問題，所以很難判斷出能否進行實際施工操作，此時，BIM技術將方案模擬化，隨著BIM的數(shù)據(jù)愈精確、細節(jié)愈優(yōu)化就可以使方案中存在的問題明了地呈現(xiàn)在設計人員面前，再對方案改進和完善就能實現(xiàn)方案的可行性。

3.2.3 設計的校驗和沖突檢查

設計后期需要對前期的設計方案是否滿足現(xiàn)階段對橋梁建設的標準進行核驗，這是一個科學全面的核驗，以及對設計方案中存在的問題進行糾正整改。比如說前期設計沒有考慮一些管道設計或者是部件的設計不完善產(chǎn)生的碰撞問題都可以在BIM模型中得到完美的解決和優(yōu)化，避免實際施工的矛盾問題。

4 結(jié)語

隨著我國的基礎設計建設逐步完善，我國建筑行業(yè)的主要目標將是道路橋梁的建設，這也將是我國經(jīng)濟發(fā)展的重要引擎和重要支撐。引進使用BIM技術會有效提高市政道路與橋梁設計的整體施工管理質(zhì)量，高效地解決道路與橋梁工作在施工過程中的問題，為我國的建筑項目工程管理行業(yè)起到一定的幫助作用。