城市道路設(shè)計(jì)中BIM技術(shù)的運(yùn)用

陳遠(yuǎn)毅

摘? 要：針對(duì)城市道路設(shè)計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)要闡述，并對(duì)BIM技術(shù)在城市道路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用做出分析，指出在城市道路設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)基于原本城市道路設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容，在BIM平臺(tái)上，通過(guò)數(shù)字三維設(shè)計(jì)方法，進(jìn)行道路設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：城市道路;BIM;設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U412.37 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2020）30-0099-02

Abstract： This paper briefly expounds the urban road design， analyzes the application of BIM technology in urban road design， and points out that the urban road design should be based on the core content of the original urban road design， and the road design should be carried out through the digital three-dimensional design method on the BIM platform.

Keywords： urban road; BIM; design

BIM技術(shù)已經(jīng)成為建設(shè)工程領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)手段，行業(yè)企業(yè)也在不斷探索BIM技術(shù)的具體應(yīng)用，早期BIM技術(shù)還屬于建筑行業(yè)的專利，隨著技術(shù)進(jìn)步，BIM技術(shù)已經(jīng)延伸到建設(shè)工程的各行各業(yè)，在城市道路設(shè)計(jì)當(dāng)中，BIM技術(shù)也得到了廣泛推廣和應(yīng)用。

1 BIM技術(shù)闡述

1.1 內(nèi)涵分析

BIM，英文全稱Building Information Modeling，其是一種建設(shè)項(xiàng)目物理與功能特性的數(shù)字表達(dá)，也是一個(gè)共享的知識(shí)資源，它包含一個(gè)設(shè)施從概念到拆除的全部信息。核心在于通過(guò)數(shù)字三維模型，在數(shù)字化技術(shù)的支持下，為模型提供完整的、與實(shí)際情況一致的工程信息庫(kù)。

1.2 技術(shù)特點(diǎn)

BIM技術(shù)最顯著的技術(shù)特點(diǎn)在于集約化的信息化設(shè)計(jì)方法。從以前的CAD到現(xiàn)在的BIM，最顯著的特點(diǎn)，就是從單打獨(dú)斗，變成協(xié)同作業(yè)。集約化的信息化設(shè)計(jì)方法是BIM最顯著的技術(shù)特點(diǎn)，在BIM的運(yùn)用中，城市道路從概念到最后拆除都以一個(gè)唯一的數(shù)字三維模型為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)道路全生命周期內(nèi)信息的共享與交互。

2 城市道路設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

2.1 規(guī)劃線路

在城市道路規(guī)劃中，需要考慮交通干道的非直線系數(shù)，該系數(shù)衡量城市交通是否便捷，并不適合山城或丘陵地區(qū)的城市。但非直線系數(shù)大部分城市都適用，一般控制在1.1～1.2之間最好，即便無(wú)法控制在這個(gè)范圍內(nèi)，最好不超過(guò)1.4。像方格網(wǎng)路網(wǎng)，非直線系數(shù)是道路起點(diǎn)和終點(diǎn)之間的實(shí)際路線長(zhǎng)度與道路起點(diǎn)和終點(diǎn)之間的空間直線長(zhǎng)度的比值，即一個(gè)方格兩條邊的實(shí)際長(zhǎng)度與對(duì)角線長(zhǎng)度的比值，若方格兩條邊等長(zhǎng)，非直線系數(shù)則為1.41，意思就是實(shí)際路線長(zhǎng)度要比空間直線距離增加41%。

在道路規(guī)劃選線中，先分析城市用地布局交通吸引點(diǎn)的布置情況，分析客貨運(yùn)交通量情況，統(tǒng)計(jì)道路上的交通流量，確定道路性質(zhì)、選線、走向、布局以及紅線寬度、斷面組合、交叉口形式、立交和橋梁位置，用地范圍、標(biāo)高選定，停車場(chǎng)布置等。

2.2 確定道路等級(jí)

城市道路等級(jí)應(yīng)根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求來(lái)確定，一般城市道路分為快速路、主干道、次干道、支路四個(gè)等級(jí)，每個(gè)等級(jí)的紅線寬度控制分別為：主干道30～40m，次干道20～24m，支路14～18m。主干道是城市道路網(wǎng)絡(luò)的骨架，是交通要道，一般設(shè)計(jì)行車速度在60km/h，道路中間設(shè)隔離帶，與主車道容易混淆的是快速路，快速路通常采取高架的形式，位于主干道或次干道上方，方便車輛快速通行，例如成都市內(nèi)的高架。次干路一般承擔(dān)主干路與各分區(qū)之間的交通集散，兼有服務(wù)功能，一般行車速度在40km/h。在城市道路設(shè)計(jì)中，要先確定好具體的等級(jí)，才能在設(shè)計(jì)中有的放矢地進(jìn)行方案設(shè)計(jì)。

2.3 設(shè)計(jì)道路形式

根據(jù)道路等級(jí)確定情況來(lái)選擇合適的橫斷面形式，一般按板塊劃分?jǐn)嗝嫘问?，如一板塊，二板塊，三板塊，其中一板塊斷面即不用分隔帶分割的斷面形式。二板塊類似雙幅斷面，即使用分隔帶將行車道分隔為兩個(gè)部分，目的是利用中央分隔帶來(lái)降低雙向行駛機(jī)動(dòng)車的相互影響，適合在主干道上使用。三板塊斷面，將車行道劃分為三個(gè)部分，中心設(shè)分離帶。此外還有四板塊道路，將道路劃分為四個(gè)板塊，一般四板塊道路，中間的兩個(gè)板塊可以作為快速路使用，兩邊作為輔路。在城市道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定了應(yīng)當(dāng)根據(jù)道路在路網(wǎng)當(dāng)中所承擔(dān)的功能來(lái)確定橫斷面形式。當(dāng)然在設(shè)計(jì)當(dāng)中并不單單只考慮道路等級(jí)，還需要根據(jù)交通安全、道路景觀、路面排水、市政管線布局等情況來(lái)確定最佳的橫斷面形式。一般比較常用的是二板塊斷面，有人行道、綠化帶、非機(jī)動(dòng)車道、機(jī)動(dòng)車道、中間分隔帶等要素，二板塊斷面通常用來(lái)設(shè)計(jì)車速在50km/h以上的城市道路，如主干道，快速路?？v斷面要求縱坡緩順，起伏不宜過(guò)多，應(yīng)當(dāng)符合最小坡段長(zhǎng)度要求，最小坡段長(zhǎng)度通常按行車速度行駛9～15s的行程作為規(guī)定值?？v坡度，按照排水要求一般在0.3～0.5%之間，考慮到安全通行則在4%以內(nèi)，若坡度在5%以上，應(yīng)當(dāng)限制坡長(zhǎng)。要求應(yīng)當(dāng)結(jié)合城市地形、地質(zhì)、管線以及建筑的布置綜合考慮。

2.4 道路設(shè)計(jì)內(nèi)容

城市道路設(shè)計(jì)的內(nèi)容相當(dāng)繁雜，相比一般公路項(xiàng)目的設(shè)計(jì)而言，有一些相同之處，但不同之處更多，一般而言，主要包含平面、橫斷面、縱斷面、路基、路面、交叉口、土石方計(jì)算等等。當(dāng)然從規(guī)劃的角度來(lái)說(shuō)，選線是一個(gè)關(guān)鍵內(nèi)容，選線不當(dāng)，會(huì)造成資源浪費(fèi)及線形不暢等問(wèn)題，一般城市道路選線，要求與交通組織、市政管線、公共設(shè)施、綠化景觀、生態(tài)環(huán)境實(shí)現(xiàn)總體協(xié)調(diào)。當(dāng)然在具體設(shè)計(jì)中需要涉及到地下管線、機(jī)電、路基、路面、交通標(biāo)志、交通標(biāo)線、下穿隧道、高架、排水、綠化等很多專業(yè)，如何保證道路設(shè)計(jì)方案科學(xué)有效，必須要保證各專業(yè)高效協(xié)同。

3 BIM在道路設(shè)計(jì)中的運(yùn)用

3.1 管網(wǎng)綜合

基于BIM技術(shù)，對(duì)城市道路進(jìn)行管網(wǎng)設(shè)計(jì)。要求在準(zhǔn)確掌握城市地下管網(wǎng)現(xiàn)狀以及設(shè)計(jì)依據(jù)的情況下，進(jìn)行管網(wǎng)綜合設(shè)計(jì)，在BIM的應(yīng)用中，先根據(jù)選線情況確定一個(gè)初始的模型，管網(wǎng)綜合就是在初始模型上，添加管網(wǎng)模型，包括各類管道、線路、井室等，為了明確各種類型管道的用途，可以通過(guò)不同的圖層、顏色來(lái)區(qū)分，模型建立后，要根據(jù)所選材料，賦予模型相應(yīng)的物理參數(shù)，包括壁厚、承壓能力、各管道凈距、交叉點(diǎn)、預(yù)定埋設(shè)位置等。

3.2 三維設(shè)計(jì)

BIM在道路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，最關(guān)鍵的就是建立道路模型，一般包含如下幾個(gè)關(guān)鍵要素。其一，地形地質(zhì)模型，地形模型是一個(gè)可見的包含地面模型、道路模型、橋梁模型、隧道模型、地下管線等模型的一個(gè)綜合模型。在選線當(dāng)中基于GIS系統(tǒng)，確定具體路線后，按照電子地圖，地下管線設(shè)計(jì)資料，竣工圖等，以及實(shí)測(cè)結(jié)果設(shè)計(jì)一個(gè)概略模型，其中涵蓋地質(zhì)條件，地下管線情況，周邊建筑情況等。引入地形影響，作為模型的表面紋理，疊加至地形圖，由此呈現(xiàn)較為真實(shí)的一個(gè)道路周邊地形地質(zhì)情況的三維場(chǎng)景。在場(chǎng)景中添加道路模型，而道路模型應(yīng)當(dāng)細(xì)化為道路路線、橋梁（如高架）、隧道、立交以及附屬設(shè)施，分別建立各自的子模型，然后依據(jù)選線情況確定模型在場(chǎng)景中的具體位置，并拼合為一個(gè)完整的道路模型，并賦予模型具體的物理參數(shù)，包括平縱橫參數(shù)，路基、護(hù)欄、中間帶、綠化帶等參數(shù)。道路模型完成后，應(yīng)由景觀設(shè)計(jì)專業(yè)，結(jié)合模型進(jìn)行景觀設(shè)計(jì)，采取可視化方法，在原有模型上添加各類景觀模型，保證景觀與道路協(xié)調(diào)。

3.3 施工模擬

利用BIM技術(shù)建立起道路幾何模型以及施工過(guò)程模型后，可以采取BIM技術(shù)中的施工模擬模塊，對(duì)施工方案進(jìn)行實(shí)時(shí)、交互和逼真的模擬，進(jìn)而對(duì)已有的施工方案進(jìn)行驗(yàn)證、優(yōu)化以及完善，在施工模擬中能夠預(yù)知到實(shí)際施工可能出現(xiàn)的問(wèn)題，進(jìn)而提前做好預(yù)防措施，避免以及減少返工和資源浪費(fèi)現(xiàn)象，優(yōu)化施工方案，整個(gè)過(guò)程先是通過(guò)BIM建模，然后組建虛擬施工環(huán)境，設(shè)定運(yùn)動(dòng)關(guān)系以及運(yùn)動(dòng)順序，執(zhí)行定義好的程序進(jìn)行施工模擬，模擬結(jié)束后給出相應(yīng)的模擬結(jié)果分析，如果滿足要求則轉(zhuǎn)入綜合分析，判斷施工方案是否最優(yōu)，若是則確定為最優(yōu)方案，若不是，則選用其他方案重新進(jìn)行運(yùn)動(dòng)關(guān)系和運(yùn)動(dòng)順序的設(shè)定，再次執(zhí)行模擬，若結(jié)果不滿足要求，則調(diào)整參數(shù)或調(diào)整方案，重復(fù)上述步驟，循環(huán)模擬，直至找到最優(yōu)施工方案。

3.4 協(xié)調(diào)水、電、暖管線

城市道路設(shè)計(jì)中一個(gè)比較大的難點(diǎn)是地下管線的協(xié)調(diào)問(wèn)題，需要基于BIM構(gòu)建相應(yīng)的管線模型，并整合為一體。為了確保管線布置科學(xué)合理，必須要進(jìn)行碰撞檢測(cè)，一般采取多專業(yè)綜合碰撞檢測(cè)（注意，各專業(yè)構(gòu)建好模型后，需要各自完成各自專業(yè)模型的碰撞檢測(cè)），暖通、水電、道路、結(jié)構(gòu)等各專業(yè)要協(xié)同進(jìn)行綜合碰撞檢測(cè)，但是一個(gè)完整的城市道路模型實(shí)體數(shù)量龐大，排布復(fù)雜，如果一次全部碰撞檢測(cè)，可能需要超級(jí)計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行，一般計(jì)算機(jī)可能會(huì)非常慢，因此為了提高效率，一般要求在完成功能前提下，盡量減少顯示實(shí)體的數(shù)量，進(jìn)而快速得到碰撞檢測(cè)結(jié)果，然后根據(jù)碰撞檢測(cè)結(jié)果去優(yōu)化水、電、暖管線布置方案，確保最優(yōu)。

3.5 統(tǒng)計(jì)工程量

在BIM模型中已經(jīng)被賦予了具體的物理參數(shù)，包括材料的情況，要達(dá)到的性能要求等等，因此，可以基于BIM模型，在模型表單屬性中設(shè)置好項(xiàng)目參數(shù)以及計(jì)算公式，即可直接輸出工程量。

4 BIM技術(shù)在道路設(shè)計(jì)中的發(fā)展前景和趨勢(shì)

4.1 發(fā)展前景

目前BIM技術(shù)在城市道路設(shè)計(jì)當(dāng)中的應(yīng)用尚處在探索階段，實(shí)踐成果還比較少，在具體應(yīng)用可以參考的范例不多，但并不妨礙BIM技術(shù)在工程領(lǐng)域特別是在城市道路設(shè)計(jì)當(dāng)中的發(fā)展前景，目前若解決了人才、標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)軟件等幾個(gè)方面的瓶頸，BIM技術(shù)在城市道路設(shè)計(jì)中得到大力推廣和應(yīng)用，必定成為制定方案和解決問(wèn)題的主流。

4.2 發(fā)展趨勢(shì)

BIM技術(shù)在建筑行業(yè)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，但在城市道路設(shè)計(jì)方面應(yīng)用相對(duì)較少。按照當(dāng)前技術(shù)進(jìn)步速度來(lái)看，BIM相關(guān)軟件已經(jīng)出現(xiàn)了很多種，國(guó)內(nèi)也有自主研發(fā)的BIM軟件，集約化程度也非常高，加上VR、4D等技術(shù)的應(yīng)用，在城市道路設(shè)計(jì)中，有望利用BIM實(shí)現(xiàn)基于虛擬現(xiàn)實(shí)，實(shí)現(xiàn)更為逼真的三維可視化設(shè)計(jì)，三維可視化施工模擬，以及更為高效準(zhǔn)確的碰撞檢測(cè)。BIM已成為設(shè)計(jì)、施工等行業(yè)不可或缺的技術(shù)手段。

5 結(jié)束語(yǔ)

城市道路設(shè)計(jì)，應(yīng)用BIM技術(shù)還處在比較初級(jí)的階段，在道路精細(xì)化設(shè)計(jì)方面還存在一些短板，容易形成木桶效應(yīng)，因此有必要進(jìn)一步思考如何將BIM技術(shù)的協(xié)同設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)發(fā)揮出來(lái)，進(jìn)而提高城市道路設(shè)計(jì)質(zhì)量與效率。

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