基于BIM技術的市政道路橋梁設計探究

高紅娜

摘 要 BIM是一種多維信息模型集成管理技術，為技術人員在方案設計、施工進度管理、運行維護等方面提供了準確分析和科學決策的便利。本文首先簡要介紹了BIM技術的概念、特點和設計平臺，然后闡述了在路橋設計階段，BIM技術在勘察、設計、造價、產(chǎn)出等方面應用的具體內(nèi)容，為BIM在路橋領域的推廣提供參考。BIM技術發(fā)展迅速，在一些工程領域取得了可喜的成果，但其在市政道路交通工程中的應用起步較晚，應用程度不高。以BIM技術為基礎，闡述了BIM軟件在市政道路交通工程中的應用方法和操作流程，有效地促進了BIM技術在市政道路交通工程中的進一步應用，為BIM技術的發(fā)展添磚加瓦。

關鍵詞 BIM技術 道路橋梁設計 數(shù)字三維模型

中圖分類號：U442 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2021）04-0011-02

BIM技術的應用從最初的設計階段延伸到施工階段，為項目施工管理的各個階段提供了強有力的技術支持，對整個建筑行業(yè)傳統(tǒng)工作流程產(chǎn)生了巨大的影響和變化，對工程監(jiān)理也產(chǎn)生了深遠的影響。隨著城市化進程的加快，城市工程建設更加完善和復雜。因此，對市政工程質(zhì)量的要求也有了明顯提高。市政工程建設周期長，專業(yè)范圍廣，節(jié)點工程復雜。將建筑信息模型（BIM）技術引入市政工程建設中，可以有效地提高項目管理效率，保證工程質(zhì)量。

1 BIM技術概述

1.1 BIM技術概念

BIM技術全名建筑信息建模，中文翻譯的信息模型，是指建立數(shù)字三維模型，以方便所有參與項目設計、施工和運營的各方完善施工方案的全生命周期、施工進度計劃等信息管理技術。因此，BIM是一個基于三維數(shù)字模型的共享平臺，是多種軟件的集成使用，是信息傳輸?shù)姆奖憬橘|(zhì)。其核心目的是促進各方的協(xié)同工作，提高工作效率和質(zhì)量。

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，能有效避免實際施工與設計的不一致，大大提高工作效率和精度。它在住宅建設領域發(fā)展迅速，優(yōu)勢明顯，但在市政道路工程中應用較少，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，即使是一個小項目，也需要多個BIM軟件協(xié)同工作才能達到預期效果[1]。

1.2 BIM技術特點

BIM技術具有以下五個特點：（1）統(tǒng)一。統(tǒng)一是BIM技術的核心。隨著工程規(guī)模的擴大和專業(yè)的細分，絕大多數(shù)項目需要來自不同專業(yè)的大量人員進行合作。傳統(tǒng)工程中，項目按專業(yè)細分，專業(yè)人員在自己的專業(yè)領域自行設計實施，造成信息兼容性差、管理難度大，同一信息在不同的方多次創(chuàng)建和修改后無法識別。為此，本文提出了BIM技術。首先建立了數(shù)字三維模型，然后在此模型上構建了所有后續(xù)的設計和實現(xiàn)信息，實現(xiàn)了格式與理解的統(tǒng)一;（2）集中。BIM技術平臺建立后，各專業(yè)人員在BIM技術平臺上進行設計與實現(xiàn);（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。在項目實施過程中，各專業(yè)人員的前后流程存在差異。此時，信息的高效流動需要實現(xiàn)信息的順暢共享。在第一次模擬考試中，BIM技術可以在同一模型下創(chuàng)建和修改各種信息，從而使其在不同的參與者之間非常順暢地流動。項目經(jīng)理也非常方便地對項目進行實時管理，發(fā)現(xiàn)項目問題，這大大提高了不同專業(yè)之間的協(xié)作能力;（4）信息壓縮。項目各專業(yè)實施環(huán)節(jié)在各個階段都需要包含與之相關的所有信息，這使得信息復雜、重復，管理難度很大。BIM技術由專業(yè)人員在同一平臺上完成。專業(yè)人員只需建立和修改與自己專業(yè)相關的信息，從而實現(xiàn)了信息的有效壓縮;（5）相關性。信息的相關性是促進管理者管理項目的重要渠道。BIM技術模型實現(xiàn)了構件信息在設計中的相關性，便于模型的后期修改。

2 BIM技術在路橋設計中的應用

2.1 地質(zhì)勘察

路橋工程具有跨度大、分區(qū)分布的特點。沿線地形、工程地質(zhì)條件差異復雜，將對線路設計、橋梁選型、隧道施工產(chǎn)生重要影響。因此，將BIM技術應用于路橋工程地質(zhì)勘察測量中是十分必要的。應用BIM技術建立地質(zhì)環(huán)境數(shù)字化三維地質(zhì)模型，實現(xiàn)真實環(huán)境的可視化，清晰直觀地顯示地質(zhì)構造和水文地質(zhì)環(huán)境，供設計和管理人員使用，在準確分析地質(zhì)問題的基礎上，設計合理的方案。同時，基于統(tǒng)一的平臺，便于人員在勘察、設計、施工等方面進行有效溝通，降低工程風險。將BIM技術應用于地形、水系、建筑物、管線的綜合管理，實現(xiàn)模型建筑環(huán)境的可視化，方便工作人員分析高程、坡度、水域等要素，為道路線型和橋梁跨徑的合理布置提供了條件。值得一提的是，隨著高精度測量設備的快速更新，航空影像、三維激光掃描、遙測等高精度數(shù)據(jù)也將為模擬BIM技術提供條件[2]。

2.2 方案比較

路橋工程是一種財政性投資項目，可行性研究報告決定了項目的批準和實施。在編制和論證可行性研究報告時，將涉及總體規(guī)劃、國土資源、環(huán)保、區(qū)域規(guī)劃等多個管理部門和其他相關專業(yè)人員，對經(jīng)濟、社會、生態(tài)環(huán)境、土地、能源消耗等相關指標進行綜合評價和比較，從而做出決策。在這個環(huán)節(jié)上，專業(yè)性和關注點有很大的區(qū)別。如何有效溝通，形成統(tǒng)一的認識，是傳統(tǒng)方案面臨的難題。BIM技術在三維可視化、信息數(shù)據(jù)庫集成和多方協(xié)作等方面具有先天優(yōu)勢。在路橋工程可行性研究階段，充分運用BIM技術進行社會經(jīng)濟環(huán)境信息化建設、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，為路橋建設的必要性和可行性分析提供了更為科學有力的途徑。

2.3 三維可視化設計與建模

BIM三維模型包含了工程的物理幾何、功能結構等豐富信息，集成了各種仿真軟件，具有較強的可視化能力。應用BIM技術可以實現(xiàn)道路交叉口和互通式立交匝道的三維顯示和動態(tài)更新，幫助工作人員充分利用土建單元，根據(jù)車行道、人行道等內(nèi)置組件直觀地改變道路橫斷面輸入?yún)?shù)，實現(xiàn)道路模型的快速修改，基于施工圖的實時更新功能，為設計人員實現(xiàn)快捷方便的優(yōu)化設計[3]。設計和施工過程的實時更新，為結構沖突的檢測分析和可施工性分析提供了條件，保證了施工問題的及時解決。

2.4 工程量及費用計算

在傳統(tǒng)的道路設計中，成本是根據(jù)工程量和定額人工計算的。閱讀圖紙和手工計算工作量要花很多時間。同時也存在計算精度差、工作效率低等問題。將BIM技術應用于路橋工程中，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)，造價人員可以直接統(tǒng)計工程量數(shù)據(jù)，快速準確地完成造價計算。針對路線重新設計問題，只需更新道路模型即可實現(xiàn)構件信息的快速調(diào)整，大大提高了工作效率，使成本計算更加透明和規(guī)范。

2.5 圖紙自動輸出

BIM技術將傳統(tǒng)的二維設計形式從設計圖紙轉(zhuǎn)變?yōu)樵煨?，將徹底解決施工圖不能很好地表達設計者意圖的問題，大大減少遺漏、錯誤等問題的發(fā)生，減少設計變更引起的圖紙修改工作量。通過BIM技術的應用，設計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圖紙，并具有放大詳圖尺寸的能力，實現(xiàn)圖紙輸出的全自動化[4]。

2.6 協(xié)同設計

BIM技術的核心是方便的協(xié)同設計。BIM技術最大的特點是實現(xiàn)統(tǒng)一，即實現(xiàn)多專業(yè)、多格式的統(tǒng)一，為協(xié)同設計奠定了基礎。將BIM技術應用于路橋設計中，可以使工程各專業(yè)在同一平臺上協(xié)同工作。如道路工程師完成道路路線設計后，直接將地形標高、路線走向、縱橫斷面等信息傳遞給橋梁工程師，為橋梁工程師設計橋梁、涵洞等構造物提供便利條件。道路規(guī)劃師完成道路和管線的規(guī)劃設計后，可以將道路信息直接傳遞給建筑、管道、樁基等專業(yè)設計人員，在共享信息的基礎上完成多學科綜合市政設計。此外，BIM技術在協(xié)同設計中的優(yōu)勢也體現(xiàn)在碰撞檢測上[5]。例如，道路工程師修改道路設計后，模型中與橋梁工程師相關的橋涵信息會實時更新，幫助工程師在下一個環(huán)節(jié)及時完成相應的修改。

3 結語

隨著市政道路橋梁工程的發(fā)展，傳統(tǒng)的設計方法已不能滿足當今的需要。BIM技術的出現(xiàn)，統(tǒng)一協(xié)同設計的實現(xiàn)，成本的高效計算和三維可視化的可視化顯示，極大地促進了設計方案的透明化和施工可視化的進步。BIM技術為道路橋梁、建筑結構、水利工程等行業(yè)帶來無限發(fā)展機遇。設計師應充分學習BIM技術，并在實踐中應用，共同努力，提高我國的建設水平。當然，BIM技術也是一種新技術，工程問題是必然的，在應用中應做總結和歸納。

引入BIM概念，根據(jù)項目應用特點，合理地應用BIM軟件，直觀地表達項目，使方案設計的效率得到很大提高。由于BIM的協(xié)調(diào)性和繪圖能力，模型是一個整體，只要修改模型對應位置，就可以節(jié)省繁瑣的圖紙修改時間，工程師們就可以從機械圖紙修改工作中解放出來，做更有意義的事情。

近年來，BIM一直在如火如荼地進行。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，這一結果有很多原因，就個人體驗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。即使是一個簡單的項目也需要三種以上的軟件來完成。在某些情況下，現(xiàn)有軟件可能難以滿足，因此有必要進行二次開發(fā)。對于沒有編程基礎的工程師來說，仍然很難，軟件的學習和應用還有很長的路要走。

（2）要改變傳統(tǒng)的工程設計思想，適應BIM解決實際問題的總體信息觀念。

（3）BIM元素族、構件、模板等需要長期積累，才能真正提高設計效率。

（4）設計條件的輸入和設計結果的輸出需要項目各方的配合和標準的制定，才能順利傳遞信息數(shù)據(jù)。

參考文獻：

[1] 李瑞云.BIM技術在公路橋梁設計中的應用[J].交通世界，2020（20）：128-129.

[2] 董君，王志赫.高速公路工程建設中對BIM技術的應用實踐[J].公路工程，2017（04）：1-3.

[3] 劉智敏，王英，孫靜，等.BIM技術在公路橋梁設計階段的應用研究[J].北京交通大學學報，2015（06）：80-84.

[4] 王蒙，李軍華.BIM技術在公路橋梁施工階段的應用[J].公路交通科技（應用技術版），2018（10）：61-64.

[5] 解曉明.BIM技術在山區(qū)公路工程項目全壽命周期管理中的應用[J].公路工程，2018（04）：296-300.