淺析BIM 技術(shù)在道路工程中的應(yīng)用

孫艷崇

（遼寧省交通高等?？茖W(xué)校，遼寧 沈陽110122）

1 BIM技術(shù)應(yīng)用概述

我國工程建設(shè)行業(yè)從2001 年開始引進BIM技術(shù)，其應(yīng)用在國內(nèi)還處于初級階段。BIM作為我國建設(shè)行業(yè)信息化建設(shè)的重要工具，現(xiàn)已逐漸得到政府、企業(yè)、行業(yè)協(xié)會等的重視。我國城市更新、城鎮(zhèn)化、地下管廊和城市基礎(chǔ)設(shè)施的等方面仍有較大的建設(shè)需求，資源和環(huán)境約束加大，綠色建造和綠色建筑等要求提高，勞動力成本持續(xù)增加，粗放發(fā)展模式難以為繼，提質(zhì)增效刻不容緩，加快BIM等信息化技術(shù)的應(yīng)用將從外部的制約轉(zhuǎn)化為企業(yè)內(nèi)部的動力。

2 BIM技術(shù)引起工程制圖標準及管理模式的變革

在基于統(tǒng)一BIM模型的設(shè)計過程中，BIM模型將逐步取代二維圖紙，成為核心交付物，其中也包括從模型自動生成的二維圖紙。作為一種新的企業(yè)信息資產(chǎn)，BIM模型不僅作為一種存檔資料，更多是要為各專業(yè)復(fù)用和共享，因此已無法用二維圖紙的管理模式——檔案管理，需要建立一套信息資產(chǎn)的管理模式，即BIM模型的標準化定義與管理規(guī)范。在制定BIM標準與管理規(guī)范時，也應(yīng)與現(xiàn)有的二維審、制圖標準銜接，以保證模型與相關(guān)圖紙信息的有效關(guān)聯(lián)，并達到較高的出圖效率。

基于BIM的管理模式與傳統(tǒng)的管理模式存在明顯的不同，原有的制度和標準已不能滿足于BIM設(shè)計模式需要，兩者之間存在一定的沖突。如對軟硬件及網(wǎng)絡(luò)等資源的要求更高，對于信息資源的管理也必須從傳統(tǒng)的分散式管理轉(zhuǎn)變?yōu)榧械慕y(tǒng)一式管理模式。在采用BIM技術(shù)后，需對企業(yè)現(xiàn)有的制度及標準進行必要的調(diào)整，主要涉及企業(yè)資源管理、工作行為管理、激勵機制、成果交付及質(zhì)量控制等方面；與之同步的，是要對企業(yè)的組織機構(gòu)和人力資源等做相應(yīng)的改變。

3 BIM技術(shù)在道路工程中的應(yīng)用

3.1 設(shè)計方案比選。在設(shè)計方案比選階段，創(chuàng)建并整合方案概念模型和周邊環(huán)境模型，利用BIM三維可視化的特性展現(xiàn)市政道路設(shè)計方案。同時對多套道路方案進行可視化、可量化的比選，并根據(jù)比選結(jié)果，方便、快捷的實時動態(tài)調(diào)整設(shè)計方案。

設(shè)計方案比選的工作流程宜符合下列要求：（1）數(shù)據(jù)收集。收集的數(shù)據(jù)包括電子版地形圖、圖紙等，電子版地形圖宜包含周邊地形、建筑、道路等信息模型，圖紙宜包含方案圖紙、周邊環(huán)境圖、紙（周邊重要建構(gòu)筑物相關(guān)圖紙、周邊地塊平面圖和地形圖）、勘探圖和管線圖等。（2）利用周邊環(huán)境模型進行道路選線，根據(jù)多個選線方案建立相應(yīng)精度的道路模型，模型宜包含市政道路項目各方案的完整設(shè)計信息，創(chuàng)建周邊環(huán)境模型，并與方案模型進行整合。（3）校驗?zāi)Ｐ偷耐暾浴蚀_性。（4）生成道設(shè)計方案模型，作為階段性成果提交給建設(shè)單位，并根據(jù)建設(shè)單位的反饋修改設(shè)計方案。（5）生成市政道路項目的漫游視頻，并與最終方案模型交付給建設(shè)單位。

圖1 設(shè)計方案比選實例1

圖2 設(shè)計方案比選實例2

3.2 場地分析。結(jié)合地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，簡稱（GIS），對場地及擬建的建筑物空間數(shù)據(jù)進行建模，通過BIM及GIS軟件的強大功能，迅速得出分析結(jié)果，幫助項目在規(guī)劃階段評估場地的使用條件和特點，從而做出新建項目最理想的場地規(guī)劃、交通流線組織關(guān)系、建筑布局等關(guān)鍵決策。

在市政工程信息模型中，基于地形地質(zhì)模型、現(xiàn)狀管線模型等基本資料，進行場地建模并對其進行分析，如高程分析、坡度坡向分析、流域分析等，并檢查項目范圍內(nèi)與紅線、綠線、河道藍線、高壓黃線及周邊建筑物的距離關(guān)系，為道路方案的選線、方案比選、設(shè)計、修改等提供基礎(chǔ)。

場地分析工作流程宜符合下列要求：（1）數(shù)據(jù)收集。收集的數(shù)據(jù)包括電子版地形圖（宜包含周邊地形、建筑、道路等信息模型）、周邊環(huán)境圖紙、周邊重要構(gòu)筑物建筑總平面圖、場地信息、現(xiàn)場相關(guān)圖片以及現(xiàn)狀管線模型等。（2）場地建模。根據(jù)收集的數(shù)據(jù)進行周邊環(huán)境建模、構(gòu)筑物主體輪廓和附屬設(shè)施建模。（3）校驗?zāi)Ｐ偷耐暾浴蚀_性。（4）場地模型整合。整合生成的多個模型，標注市政道路項目構(gòu)筑物主體、出入口、地面建筑部分與紅線、綠線、河道藍線、高壓黃線及周邊建筑物的距離，結(jié)合地形地質(zhì)模型，對高程、坡度坡向、流域等進行分析。（5）場地分析與設(shè)計方案模型調(diào)整。根據(jù)場地分析結(jié)果，評估方案的可行性，判斷是否需要調(diào)整設(shè)計方案，場地模擬分析、設(shè)計方案調(diào)整是一個需要反復(fù)推敲的過程，直到最終確定工程方案。（6）生成場地現(xiàn)狀仿真視頻，并與場地現(xiàn)狀仿真模型交付給建設(shè)單位。

圖3 場地高程分析

圖4 場地流域分析

3.3 設(shè)計校核。在市政工程信息模型中，應(yīng)利用BIM的可視化、信息化特點，對設(shè)計階段的道路模型進行設(shè)計校核。同時，由于BIM模型是工程生命周期中各相關(guān)方共享的工程信息資源，也是各相關(guān)方在不同階段制定決策的重要依據(jù)。采用BIM技術(shù)后，模型所承載的信息量更豐富，邏輯性與關(guān)聯(lián)性更強。因此，除了設(shè)計層面的校核以外，對模型也應(yīng)考慮進行檢查校核。

校核內(nèi)容包括以下幾點：（1）設(shè)計參數(shù)校核，與二維設(shè)計相似，同樣需要對道路設(shè)計參數(shù)進行校核檢查,如平、縱、橫等設(shè)計參數(shù),擋土墻等構(gòu)筑物設(shè)計參數(shù)。（2）視距校核，若道路兩側(cè)地形對視距有影響，則需要對兩側(cè)地形進行改造以滿足視距要求。利用三維信息模型的可視化特點則能模擬車行視角中的視距區(qū)域,校核是否有影響視距的建筑或地形等不利因素，并進行相應(yīng)調(diào)整設(shè)計，或通過路標等方式進行改善。（3）線形組合合理性校核，包括平面線形組合、縱斷面線形組合、平縱線形組合,二維設(shè)計中的線形組合通常通過滿足規(guī)范要求來保證其合理性，但在市政道路信息模型中，通過三維可視化，可直接模擬校核行車過程中是否出現(xiàn)“駝峰”“暗凹”“浪形”等不利的視覺現(xiàn)象。（4）模型及構(gòu)件的幾何信息與非幾何信息校核，如模型及構(gòu)件的幾何尺寸、空間位置、類型規(guī)格等是否符合合同及規(guī)范要求。（5）碰撞檢查,應(yīng)用三維模型，可以檢查道路與周邊構(gòu)筑物及其它專業(yè)構(gòu)件（如管網(wǎng)等）間的碰撞，檢查類型分為硬碰撞與間隙碰撞, 硬碰撞是對于檢測兩個幾何圖形間的實際交叉碰撞，而間隙碰撞用于檢測制定的幾何圖形需與另一幾何圖形具有特定距離，如凈距、凈空等。通過碰撞檢查,可減少了返工和重建，并最大程度減少工程量，更加經(jīng)濟和高效。以凈空檢查為例，可以快速準確地測算出道路與相交道路、鐵路或高壓線等其它構(gòu)筑物間的凈空大小，以判斷是否滿足規(guī)范要求，并判斷在滿足最小凈空的前提下是否有優(yōu)化空間，為設(shè)計優(yōu)化提供可靠依據(jù)，最大程度地減小工程量。碰撞檢查是一個反復(fù)的過程，需要不斷檢查校核-＞調(diào)整-＞檢查，直到最后滿足設(shè)計與施工要求。（6）構(gòu)筑物平面、立面、剖面檢查，對整合后的模型產(chǎn)生平面、立面、剖面視圖，并檢查三者的關(guān)系是否統(tǒng)一，修正相應(yīng)模型的錯誤，直到三者的關(guān)系統(tǒng)一準確。

設(shè)計、規(guī)范方面的校核較為繁雜,設(shè)計人員應(yīng)在熟悉規(guī)范的基礎(chǔ)上,充分利用建筑信息模型的優(yōu)勢，對設(shè)計模型進行校核，以減少返工與重建，保證道路設(shè)計的科學(xué)合理性。

圖5 碰撞檢查

圖6 凈空檢查

設(shè)計校核工作宜符合下列要求：（1）收集數(shù)據(jù)，并保證數(shù)據(jù)的可靠性，數(shù)據(jù)包括道路設(shè)計模型，如有必要，對模型進行整合。（2）模型完整性校核，道路模型中所應(yīng)包含的模型、構(gòu)件等內(nèi)容是否完整,道路模型所包含的內(nèi)容及深度是否符合交付等級要求。（3）建模規(guī)范性校核，道路模型是否符合建模規(guī)范，如建模方法是否合理，模型構(gòu)件及參數(shù)間的關(guān)聯(lián)性是否正確,模型構(gòu)件間的空間關(guān)系是否正確，語義屬性信息是否完整，交付格式及版本是否正確等。（4）設(shè)計指標、規(guī)范校核，道路模型中的具體設(shè)計內(nèi)容,結(jié)合國家和行業(yè)主管部分有關(guān)道路設(shè)計規(guī)范及合同要求、同時利用三維可視化、信息化優(yōu)勢，對模型進行校核，以保證設(shè)計的規(guī)范性合理性、模型的規(guī)范性與可交付性。（5）模型協(xié)調(diào)性校核，模型及構(gòu)件是否具有良好的協(xié)調(diào)關(guān)系,如專業(yè)內(nèi)部及專業(yè)間模型是否存在直接的沖突,安全空間、操作空間是否合理等。這需要與其它專業(yè)協(xié)同合作，以避免沖突。

4 結(jié)論

開展BIM技術(shù)知識和應(yīng)用價值宣傳，激發(fā)各參建方使用BIM技術(shù)的需求，加強項目全過程管理。依托BIM技術(shù)，加強工程質(zhì)量、進度、投資全過程管控；依托BIM技術(shù)，加強工程項目招標、工程變更、竣工結(jié)算等過程管理；依托BIM技術(shù)，結(jié)合業(yè)主的使用需求，提出先進合理的運營維護管理方案，提交建設(shè)全過程信息的BIM運維模型。一些大型建設(shè)項目中，設(shè)計階段的BIM全專業(yè)建模、BIM三維審圖、碰撞檢查、機電管線綜合優(yōu)化、設(shè)計優(yōu)化輔助出圖，施工階段的4D模擬、施工方案論證、預(yù)制構(gòu)件、技術(shù)交底等BIM技術(shù)也逐步得到應(yīng)用。