基于BIM 技術(shù)的市政道路橋梁設(shè)計(jì)探究

高紅娜

（中土大地國(guó)際建筑設(shè)計(jì)有限公司，河北石家莊 050000）

BIM 為項(xiàng)目施工管理的各個(gè)階段提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持，對(duì)整個(gè)市政行業(yè)傳統(tǒng)工作產(chǎn)生了巨大的影響和變化，對(duì)工程監(jiān)理也產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，使得城市工程建設(shè)更加完善和復(fù)雜。將BIM 技術(shù)應(yīng)用于市政道路橋梁路線設(shè)計(jì)過程中，可以有效地解決施工過程中的問題。通過三維建模技術(shù)，可以避免設(shè)計(jì)中的糾紛，大大降低安全風(fēng)險(xiǎn)。BIM 技術(shù)主要應(yīng)用于市政道路橋梁設(shè)計(jì)中，可以提高設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和綜合性。橋梁工程結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)施工龐大復(fù)雜，工程地理環(huán)境復(fù)雜，耦合約束多。然而，BIM 技術(shù)可以簡(jiǎn)化這些復(fù)雜的關(guān)系，協(xié)調(diào)各種關(guān)系，因此受到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。BIM 技術(shù)在市政道路橋梁路線設(shè)計(jì)過程中，通過自身的信息仿真模型，可以有效避免設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)膯栴}。在設(shè)計(jì)過程中，我們會(huì)配合各種專業(yè)設(shè)計(jì)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決設(shè)計(jì)過程中的問題。

1 BIM 技術(shù)概述

1.1 BIM 技術(shù)概念

BIM 技術(shù)全名為建筑信息建模，中文翻譯的信息模型，是指建立數(shù)字三維模型，以方便所有參與項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)的各方施工方案的全生命周期，施工進(jìn)度計(jì)劃等信息管理技術(shù)。BIM 是在三維數(shù)字化基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種建筑信息模型。它可以收集、關(guān)聯(lián)、研究、分析建設(shè)項(xiàng)目的各種信息，并總結(jié)其一致性。特別是在關(guān)系復(fù)雜的工程設(shè)計(jì)中，BIM 技術(shù)可以提高設(shè)計(jì)效率，優(yōu)化設(shè)計(jì)步驟，保證設(shè)計(jì)的科學(xué)性。

BIM 具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和繪圖性等優(yōu)點(diǎn)，能有效避免實(shí)際施工與設(shè)計(jì)的不一致，大大提高工作效率和精度。它在住宅建設(shè)領(lǐng)域發(fā)展迅速，優(yōu)勢(shì)明顯，但在市政道路工程中應(yīng)用較少，更多的只是處于探索和模型化階段。市政道路工程專業(yè)較多，即使是一個(gè)小項(xiàng)目，也需要多個(gè)BIM 軟件協(xié)同工作才能達(dá)到預(yù)期效果[1]。

1.2 BIM 技術(shù)特點(diǎn)

BIM 技術(shù)具有以下五個(gè)特點(diǎn)：（1）統(tǒng)一。傳統(tǒng)工程中，項(xiàng)目按專業(yè)細(xì)分，專業(yè)人員在自己的專業(yè)領(lǐng)域自行設(shè)計(jì)實(shí)施，造成信息兼容性差，為此，本文提出了BIM 技術(shù)。首先建立了數(shù)字三維模型，然后在此模型上構(gòu)建了所有后續(xù)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)信息；（2）集中。道路橋梁工程設(shè)計(jì)多個(gè)專業(yè)協(xié)作，建立BIM 技術(shù)平臺(tái)后，各專業(yè)人員均在BIM 技術(shù)平臺(tái)中進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)施，為項(xiàng)目管理人員實(shí)現(xiàn)了多環(huán)節(jié)、多層次、多渠道的資料的集中管理與存儲(chǔ)；（3）信息共享的多鏈路、多層次、多通道數(shù)據(jù)的集中管理和存儲(chǔ)。信息的高效流動(dòng)需要實(shí)現(xiàn)信息的順暢共享，從而使其在不同的參與者之間非常順暢地流動(dòng)，這大大提高了不同專業(yè)之間的協(xié)作能力；（4）信息壓縮。由于信息復(fù)雜、重復(fù)，管理難度很大，BIM 技術(shù)需要專業(yè)人員平臺(tái)上完成，專員只需建立和修改與自己專業(yè)相關(guān)的信息，就會(huì)實(shí)現(xiàn)信息的壓縮；（5）相關(guān)性。信息的相關(guān)性是促進(jìn)管理者管理項(xiàng)目的重要渠道。BIM 技術(shù)模型實(shí)現(xiàn)了構(gòu)件信息在設(shè)計(jì)中的相關(guān)性，便于模型的后期修改[2]。

2 BIM 技術(shù)在道橋設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2.1 地質(zhì)勘察

道橋工程具有跨度大、分區(qū)分布的特點(diǎn)。沿線地形、工程地質(zhì)條件差異復(fù)雜，將對(duì)線路設(shè)計(jì)、橋梁選型等產(chǎn)生重要影響。因此，將BIM 技術(shù)應(yīng)用于道橋工程地質(zhì)勘察測(cè)量中是十分必要的。應(yīng)用BIM 技術(shù)建立地質(zhì)環(huán)境數(shù)字化三維地質(zhì)模型，實(shí)現(xiàn)真實(shí)環(huán)境的可視化，清晰直觀地顯示地質(zhì)構(gòu)造和水文地質(zhì)環(huán)境，使設(shè)計(jì)和管理人員在準(zhǔn)確分析地質(zhì)問題的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)合理的方案。同時(shí)，基于統(tǒng)一的平臺(tái)，便于人員在勘察、設(shè)計(jì)、施工等方面進(jìn)行有效溝通，降低工程風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 方案比較

道橋工程是一種財(cái)政性投資項(xiàng)目，可行性研究報(bào)告決定了項(xiàng)目的批準(zhǔn)和實(shí)施。在編制和論證可行性研究報(bào)告時(shí)，將涉及總體規(guī)劃、國(guó)土資源、環(huán)保、區(qū)域規(guī)劃等多個(gè)管理部門和其他相關(guān)專業(yè)人員，對(duì)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)環(huán)境、土地、能源消耗等相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)和比較，從而做出決策。在這個(gè)環(huán)節(jié)上，專業(yè)性和關(guān)注點(diǎn)有很大的區(qū)別。如何有效溝通，形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，是傳統(tǒng)方案面臨的難題。BIM 技術(shù)在三維可視化、信息數(shù)據(jù)庫(kù)集成和多方協(xié)作等方面具有先天優(yōu)勢(shì)。在路橋工程可行性研究階段，充分運(yùn)用BIM 技術(shù)進(jìn)行社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境信息化建設(shè)、發(fā)展要素調(diào)整、規(guī)劃投資研究、虛擬仿真、可視化模型建立等，以便于決策，為路橋建設(shè)的必要性和可行性分析提供了更為科學(xué)有力的途徑。

2.3 三維可視化設(shè)計(jì)與建模

BIM 三維模型包含了工程的物理幾何、功能結(jié)構(gòu)等豐富信息，集成了各種仿真軟件，具有較強(qiáng)的可視化能力。應(yīng)用BIM 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)道路交叉口和互通式立交匝道的三維顯示和動(dòng)態(tài)更新，幫助工作人員充分利用土建單元，根據(jù)車行道、人行道，通過BIM 模型的應(yīng)用，使設(shè)計(jì)師的意圖得以完全傳達(dá)，設(shè)計(jì)結(jié)果更加立體、直觀、全面，解決了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法表達(dá)不完整、不準(zhǔn)確的問題，促進(jìn)設(shè)計(jì)方與施工方的良性溝通。設(shè)計(jì)成果的三維展示提高了工程的實(shí)用性，縮短了施工技術(shù)交底的時(shí)間?；谑┕D的實(shí)時(shí)更新功能，為設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)快捷方便的優(yōu)化設(shè)計(jì)[3]。設(shè)計(jì)和施工過程的實(shí)時(shí)更新，為結(jié)構(gòu)沖突的檢測(cè)分析和可施工性分析提供了條件，保證了施工問題的及時(shí)解決。

2.4 工程量及費(fèi)用計(jì)算

在傳統(tǒng)的道路設(shè)計(jì)中，成本是根據(jù)工程量和定額人工計(jì)算的。閱讀圖紙和手工計(jì)算工作量要花很多時(shí)間。同時(shí)也存在計(jì)算精度差、工作效率低等問題。將BIM 技術(shù)應(yīng)用于道橋工程中，可以自然生成整條道路的路面工程、路基土石方、橋涵工程等數(shù)據(jù)，造價(jià)人員可以直接統(tǒng)計(jì)工程量數(shù)據(jù)，快速準(zhǔn)確地完成造價(jià)計(jì)算。針對(duì)路線重新設(shè)計(jì)問題，只需更新道路模型即可實(shí)現(xiàn)構(gòu)件信息的快速調(diào)整，大大提高了工作效率，使成本計(jì)算更加透明和規(guī)范。

2.5 圖紙自動(dòng)輸出

BIM 技術(shù)將傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)形式從設(shè)計(jì)圖紙轉(zhuǎn)變?yōu)樵煨?，將徹底解決施工圖不能很好地表達(dá)設(shè)計(jì)者意圖的問題，大大減少遺漏、錯(cuò)誤等問題的發(fā)生，減少設(shè)計(jì)變更引起的圖紙修改工作量。通過BIM 技術(shù)的應(yīng)用，設(shè)計(jì)人員在完成路橋三維模型施工后，可以根據(jù)模型直接生成工程所需的相關(guān)圖紙，并具有放大詳圖尺寸的能力，實(shí)現(xiàn)圖紙輸出的全自動(dòng)化[4]。

2.6 協(xié)同設(shè)計(jì)

市政道路橋梁?jiǎn)挝桓鞑块T之間相互協(xié)調(diào)的工作模式還處于傳統(tǒng)階段。在各專業(yè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)中沒有明確的市政道路橋梁路線設(shè)計(jì)圖。通常情況下，專業(yè)之間的協(xié)調(diào)是在施工設(shè)計(jì)完成市政道路橋梁路線設(shè)計(jì)圖后開始的。這使得施工階段經(jīng)常出現(xiàn)系統(tǒng)與專業(yè)之間的碰撞。市政道路橋梁路線設(shè)計(jì)一旦設(shè)計(jì)不合理或失去準(zhǔn)確性，應(yīng)及時(shí)修改，確保施工順利安全進(jìn)行，可大大減少設(shè)計(jì)返工工作，幫助設(shè)計(jì)人員節(jié)省大部分時(shí)間，提高設(shè)計(jì)效率，避免施工延誤現(xiàn)象[5]。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，BIM 技術(shù)具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，可以使市政道路橋梁設(shè)計(jì)更加合理。目前，BIM 技術(shù)在應(yīng)用中還存在一些問題，需要認(rèn)真探索，不斷升級(jí)和優(yōu)化，才能更高質(zhì)量地服務(wù)于市政道路橋梁設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。設(shè)計(jì)師應(yīng)充分學(xué)習(xí)BIM 技術(shù)，并在實(shí)踐中應(yīng)用，共同努力，提高我國(guó)的建設(shè)水平。當(dāng)然，BIM 技術(shù)也是一種新技術(shù)，工程實(shí)施中出現(xiàn)問題是必然的，在應(yīng)用中應(yīng)做總結(jié)和歸納。

引入BIM 概念，根據(jù)項(xiàng)目應(yīng)用特點(diǎn)，合理地應(yīng)用BIM軟件，直觀地表達(dá)項(xiàng)目，使方案設(shè)計(jì)的效率得到很大提高。由于BIM 的協(xié)調(diào)性和繪圖能力，模型是一個(gè)整體，只要修改模型對(duì)應(yīng)位置，就可以節(jié)省繁瑣的圖紙修改時(shí)間，工程師們就可以從機(jī)械圖紙修改工作中解放出來(lái)，做更有意義的事情。

近年來(lái)，BIM 一直在如火如荼地進(jìn)行。它可以解決工程中的一些問題，但也在一定程度上以形式漂浮，這一結(jié)果有很多原因，就個(gè)人體驗(yàn)提出一些看法和建議：

（1）目前BIM 軟件集成度不高，功能不完善。即使是一個(gè)簡(jiǎn)單的項(xiàng)目也需要三種以上的軟件來(lái)完成。在某些情況下，現(xiàn)有軟件可能難以滿足，因此有必要進(jìn)行二次開發(fā)。對(duì)于沒有編程基礎(chǔ)的工程師來(lái)說(shuō)，仍然很難，軟件的學(xué)習(xí)和應(yīng)用還有很長(zhǎng)的路要走。

（2）要改變傳統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)思想，適應(yīng)BIM 解決實(shí)際問題的總體信息觀念。

（3）BIM 元素族、構(gòu)件、模板等需要長(zhǎng)期積累，才能真正提高設(shè)計(jì)效率。

（4）設(shè)計(jì)條件的輸入和設(shè)計(jì)結(jié)果的輸出需要項(xiàng)目各方的配合和標(biāo)準(zhǔn)的制定，才能順利傳遞信息數(shù)據(jù)。