淺析BIM技術(shù)在市政道路設(shè)計(jì)中的運(yùn)用

肖春和

(蘭州有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000)

市政道路設(shè)計(jì)，是一項(xiàng)復(fù)雜的工程，涉及到的內(nèi)容相對(duì)較多，包括各類管線管網(wǎng)，容易造成其他工程的質(zhì)量問(wèn)題，亟須改變與完善?；诖?，本文對(duì)BIM技術(shù)在市政道路設(shè)計(jì)中的運(yùn)用進(jìn)行分析，旨在提高道路的設(shè)計(jì)質(zhì)量，確保市政道路的服務(wù)能力，積極推動(dòng)居民的出行質(zhì)量[1]。

1 BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

1.1 實(shí)現(xiàn)更大程度的設(shè)計(jì)自動(dòng)化

現(xiàn)在行業(yè)內(nèi)主流道路BIM設(shè)計(jì)軟件均以實(shí)現(xiàn)道路設(shè)計(jì)時(shí)的平縱橫聯(lián)動(dòng)。平面線形指標(biāo)、縱斷面線形指標(biāo)以及橫斷面指標(biāo)以上三項(xiàng)設(shè)計(jì)內(nèi)容中的任意兩項(xiàng)均會(huì)在另外一項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)改變時(shí)同時(shí)變化，設(shè)計(jì)軟件會(huì)在此過(guò)程中檢查道路各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)是否滿足相關(guān)規(guī)范要求，并以可視化窗口的形式輸出設(shè)計(jì)結(jié)果。相應(yīng)的，最終的道路BIM模型也會(huì)隨之改變。

1.2 設(shè)計(jì)成果的可視化

基于高精度實(shí)測(cè)地形圖建立設(shè)計(jì)模型。通過(guò)對(duì)地形圖中高程點(diǎn)及等高線的處理，將該區(qū)域地形數(shù)字化，形成高精度的三維數(shù)字模型，利用相關(guān)軟件進(jìn)行道路設(shè)計(jì)，最終設(shè)計(jì)成果可以以道路三維模型形式展示，在精細(xì)化設(shè)計(jì)的前提下，最終的設(shè)計(jì)成果模型與現(xiàn)場(chǎng)施工成果基本一致。在設(shè)計(jì)成果模型中加入施工進(jìn)度控制和成本控制便可形成基于BIM技術(shù)的5D模擬，該模型可有效為建設(shè)項(xiàng)目管理進(jìn)行服務(wù)，確保項(xiàng)目的順利進(jìn)行。

1.3 提前對(duì)接，減少設(shè)計(jì)變更

市政道路通常包含多個(gè)專業(yè)：道橋?qū)I(yè)、給排水專業(yè)以及照明專業(yè)等。設(shè)計(jì)中各專業(yè)的沖突點(diǎn)基于設(shè)計(jì)人員的專業(yè)素養(yǎng)以及在設(shè)計(jì)過(guò)程中的綜合考慮來(lái)進(jìn)行避免，對(duì)各專業(yè)設(shè)計(jì)人員要求較高。BIM設(shè)計(jì)則可較好處理各專業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容的結(jié)合：各專業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程及成果均通過(guò)BIM設(shè)計(jì)平臺(tái)實(shí)時(shí)顯示和更新，各專業(yè)沖突點(diǎn)一旦出現(xiàn)便可在三維模型中以各專業(yè)模型出現(xiàn)重合的形式顯示出來(lái)，也可通過(guò)后期的碰撞演算進(jìn)行突顯，各專業(yè)設(shè)計(jì)人員可及時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，減少項(xiàng)目返工和變更的可能性。

1.4 各專業(yè)協(xié)同，縮短設(shè)計(jì)周期，節(jié)約成本

BIM設(shè)計(jì)中，各專業(yè)設(shè)計(jì)成果均在BIM平臺(tái)匯總顯示，相關(guān)專業(yè)進(jìn)度一目了然。也從傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)變成了數(shù)據(jù)+模型形式，較大的提高了設(shè)計(jì)成果的準(zhǔn)確性和合規(guī)性。減少后期修改造成的時(shí)間浪費(fèi)，節(jié)約項(xiàng)目設(shè)計(jì)成本。

2 BIM技術(shù)在市政道路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2.1 BIM技術(shù)在地形圖處理中的應(yīng)用

BIM技術(shù)在地形圖的處理中，對(duì)高程點(diǎn)和等高線進(jìn)行轉(zhuǎn)化，通過(guò)構(gòu)建三角網(wǎng)，最終形成地形圖數(shù)據(jù)模型。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件對(duì)地形圖的處理只到三角網(wǎng)這一步，無(wú)法可視化的對(duì)項(xiàng)目地形走向進(jìn)行顯示，設(shè)計(jì)人員需要對(duì)高程點(diǎn)進(jìn)行比對(duì)，從而確定高程走向。對(duì)于較長(zhǎng)道路而言，工程量巨大，而BIM技術(shù)所形成的三維地形則可以對(duì)地形的大體走向有較好的顯示，極大地減少了設(shè)計(jì)人員工程量。

2.2 BIM技術(shù)應(yīng)用到道路選線中

選線是市政道路設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)內(nèi)容，較為優(yōu)秀的選線可以使得道路各項(xiàng)指標(biāo)較為協(xié)調(diào)合理，節(jié)省造價(jià)。選線合理與否，很大程度是由道路縱斷面指標(biāo)和土方橫斷面決定的。然而，傳統(tǒng)選線時(shí)對(duì)道路沿線地形無(wú)法直觀評(píng)鑒，需多次選線結(jié)合實(shí)地放線，對(duì)選線成果進(jìn)行評(píng)價(jià)比選，方可初步確定。但是，傳統(tǒng)選線無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)橫斷面的實(shí)時(shí)查看，需要線形選定后，對(duì)道路進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，才能得出相關(guān)橫斷面數(shù)據(jù)。假如項(xiàng)目投資規(guī)模較小，對(duì)道路工程規(guī)模限制較大時(shí)，需依據(jù)道路縱斷面和土方橫斷面情況對(duì)中心線進(jìn)行調(diào)整，有時(shí)需要對(duì)平面線形進(jìn)行多次調(diào)整，設(shè)計(jì)人員工程量較大，工作效率低下。引入BIM設(shè)計(jì)后平、縱、橫設(shè)計(jì)三者可以同時(shí)聯(lián)動(dòng)，在圖上選線后，依據(jù)地形圖對(duì)道路縱斷面進(jìn)行初步設(shè)計(jì)后，BIM設(shè)計(jì)平臺(tái)便可以對(duì)道路橫斷面進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，在改變其中一項(xiàng)時(shí)其他兩項(xiàng)可以同時(shí)改變，并以圖形形式直觀顯示，如圖1所示。設(shè)計(jì)人員在選線時(shí)可以獲得更多信息進(jìn)行綜合考慮，設(shè)計(jì)成果質(zhì)量較高，項(xiàng)目規(guī)模與投資較為合理。

圖1 道路平面、縱斷面以及橫斷面聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)

2.3 道路縱斷面設(shè)計(jì)中的BIM技術(shù)

道路縱斷面設(shè)計(jì)對(duì)道路行車舒適及安全影響較大，BIM技術(shù)可以應(yīng)用到道路縱斷面的設(shè)計(jì)中，能有效提高設(shè)計(jì)效率，降低人為操作造成的隱患。市政道路設(shè)計(jì)中，需要結(jié)合實(shí)際參數(shù)，保證縱斷面的設(shè)計(jì)效果。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，確實(shí)存在符合度相對(duì)較低的問(wèn)題，影響了道路縱斷面的設(shè)計(jì)水平。而通過(guò)BIM技術(shù)的支持，可以直接對(duì)現(xiàn)有的BIM三維立體模型進(jìn)行設(shè)計(jì)，在滿足當(dāng)前道路等級(jí)相關(guān)技術(shù)規(guī)范的前提下，保證土方橫斷面較為合理，從而保證設(shè)計(jì)的水平。而且設(shè)計(jì)還可以根據(jù)實(shí)際實(shí)施情況，進(jìn)行調(diào)整更改，同時(shí)對(duì)后續(xù)橫斷面設(shè)計(jì)成果有較小影響，從而保證項(xiàng)目的設(shè)計(jì)進(jìn)度。如果設(shè)計(jì)方案要修改的話，使用BIM技術(shù)還可以生成相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案，進(jìn)而有效提高設(shè)計(jì)效率，減少設(shè)計(jì)時(shí)間、設(shè)計(jì)壓力，進(jìn)一步確保設(shè)計(jì)質(zhì)量。

2.4 道路建模設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

BIM技術(shù)可應(yīng)用到道路建模設(shè)計(jì)中，傳統(tǒng)道路建模設(shè)計(jì)主要是利用CAD等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)三維建模。但是，這類建模的難度相對(duì)較高，甚至還會(huì)影響建模速度，不利于市政道路的施工。所以可利用BIM技術(shù)，不僅能保證橫斷面和縱斷面匹配，還能根據(jù)市政道路的實(shí)際需求，完成模型的相關(guān)改動(dòng)，具有效率相對(duì)較高的特點(diǎn)，符合當(dāng)前市政道路施工的需求。結(jié)合項(xiàng)目建設(shè)地正射影像，可以對(duì)道路建成后區(qū)域狀況進(jìn)行數(shù)字模擬，直觀顯示道路建設(shè)對(duì)地塊劃分、區(qū)域功能提升以及項(xiàng)目所在地自然、社會(huì)環(huán)境的改變。分析項(xiàng)目前期交通量調(diào)查成果，對(duì)擬建道路行駛車輛類型及數(shù)量進(jìn)行設(shè)置，綜合考慮建設(shè)地交通信號(hào)燈行止時(shí)長(zhǎng)設(shè)置習(xí)慣，可以對(duì)道路建成后交通行駛情況進(jìn)行模擬，由于現(xiàn)下各BIM平臺(tái)均無(wú)法對(duì)交通量進(jìn)行分時(shí)段設(shè)置，所以僅能模擬高峰時(shí)期道路交通情況，擬建道路建成后高峰時(shí)段車輛行駛情況進(jìn)行簡(jiǎn)單模擬，較為直觀的體現(xiàn)擬建道路對(duì)相關(guān)區(qū)域交通提升及改善的情況，并可以對(duì)擬建道路交通信號(hào)燈時(shí)長(zhǎng)設(shè)置依據(jù)道路車輛限行進(jìn)行反向論證，為當(dāng)?shù)亟煌ü芾聿块T提供相關(guān)調(diào)整依據(jù)。另外，BIM技術(shù)應(yīng)用到道路建模中，不僅能提高建模的速度，還能縮減建模的時(shí)間，主要是對(duì)已有的道路信息進(jìn)行導(dǎo)入，進(jìn)而產(chǎn)出相關(guān)模型，減少人工操作的繁瑣流程。

3 設(shè)計(jì)中的應(yīng)用實(shí)例

為進(jìn)一步分析市政道路設(shè)計(jì)中的BIM技術(shù)，本文結(jié)合某一具體的工程項(xiàng)目，研究分析BIM技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。本工程為一條市政道路，道路全長(zhǎng)4742.008m， 道路等級(jí)為主干路，道路紅線寬度為36m，橫斷面形式為4.5m(人行道)+4.0m(非機(jī)動(dòng)車道)+2.0m(機(jī)非分隔帶)+15.0m(機(jī)動(dòng)車道)+2.0m(機(jī)非分隔帶)+4.0m(非機(jī)動(dòng)車道)+4.5m(人行道)=36.0m，雙向4車道，設(shè)計(jì)速度為60km/h。為保證本工程的順利完成，本文在實(shí)際的道路設(shè)計(jì)中，將BIM技術(shù)應(yīng)用到道路設(shè)計(jì)中，進(jìn)而全面地提高了設(shè)計(jì)效率，確保設(shè)計(jì)與實(shí)際施工環(huán)境相符合。

3.1 項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程

建設(shè)單位在項(xiàng)目設(shè)計(jì)前提供了1∶500道路帶狀地形圖及項(xiàng)目地勘報(bào)告。依據(jù)建設(shè)單位意見(jiàn)，設(shè)計(jì)人員對(duì)道路進(jìn)行了初步建模，對(duì)道路景觀、交通規(guī)劃以及紅線外建筑進(jìn)行了設(shè)計(jì)，最終形成3D漫游成果。以可視化形式向建設(shè)單位展示道路預(yù)期效果。

通過(guò)對(duì)道路地勘報(bào)告數(shù)字化，BIM設(shè)計(jì)軟件可對(duì)道路制造情況進(jìn)行簡(jiǎn)單表達(dá)，對(duì)道路各路段地基處理情況可以以橫斷面剖面形式進(jìn)行顯示，并統(tǒng)計(jì)相關(guān)工程數(shù)量。

道路模型對(duì)本項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容及設(shè)計(jì)指標(biāo)更具有直觀性，并且同步顯示道路下敷設(shè)管線及涵洞情況，通過(guò)軟件計(jì)算可明確標(biāo)注出每處管道管徑、埋深以及與其他管道的平距。項(xiàng)目各專業(yè)設(shè)計(jì)成果相互關(guān)系一目了然。

圖2 BIM設(shè)計(jì)成果

3.2 項(xiàng)目實(shí)施效果

通過(guò)BIM技術(shù)的應(yīng)用，有效提高了設(shè)計(jì)效率，使得后續(xù)的改造設(shè)計(jì)更加符合實(shí)際需求，確保改造設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量，都有顯著的提升。在道路設(shè)計(jì)中，引入BIM技術(shù)，使設(shè)計(jì)效率有明顯提升，設(shè)計(jì)整體水平也得到改善，這個(gè)方案具有較好的經(jīng)濟(jì)性價(jià)值和技術(shù)性價(jià)值，符合實(shí)際工程需求，保證了施工進(jìn)度。

實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，BIM技術(shù)的應(yīng)用提高了設(shè)計(jì)的效率、精準(zhǔn)度。同時(shí)，BIM技術(shù)的應(yīng)用設(shè)計(jì)中，運(yùn)用BIM技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)道路碰撞的研究，盡可能的避免碰撞問(wèn)題的出現(xiàn)，從而提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。

另外，可實(shí)現(xiàn)對(duì)工程整體的技術(shù)模擬。例如BIM的5D模擬，可實(shí)現(xiàn)對(duì)工程全過(guò)程的模擬，能在設(shè)計(jì)階段就了解質(zhì)量控制和成本控制的基本信息，從而完成相應(yīng)的成本和質(zhì)量的控制措施設(shè)計(jì)，保證工程后續(xù)的順利進(jìn)行。

在道路橫斷面和縱斷面的設(shè)計(jì)中，通過(guò)BIM技術(shù)的應(yīng)用，有效地提高了縱斷面和橫斷面的設(shè)計(jì)效率，減少了不合理的設(shè)計(jì)問(wèn)題，并提高了縱斷面和橫斷面的設(shè)計(jì)質(zhì)量，確保其符合實(shí)際施工需求。有效提高設(shè)計(jì)的可行性和可信性。另外，在道路碰撞研究中，通過(guò)BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)道路模型的建設(shè)模型分析，是否和道路周邊的管網(wǎng)、管線等發(fā)生碰撞，如果出現(xiàn)碰撞點(diǎn)，要針對(duì)該碰撞點(diǎn)作出相應(yīng)的優(yōu)化，從而保證后續(xù)施工質(zhì)量。

除此之外，在本工程的道路設(shè)計(jì)中，使用BIM技術(shù)，可全面提高設(shè)計(jì)效率，并保證設(shè)計(jì)精度，減少設(shè)計(jì)過(guò)程中因?yàn)樵O(shè)計(jì)人員的技術(shù)問(wèn)題，導(dǎo)致設(shè)計(jì)不符合施工需求。傳統(tǒng)工程設(shè)計(jì)中，變更的原因多為設(shè)計(jì)內(nèi)容與項(xiàng)目實(shí)施情況不符，而變更的時(shí)間大部分發(fā)生在施工階段，設(shè)計(jì)人員處理此類問(wèn)題時(shí)首先需要收集施工單位問(wèn)題，然后在對(duì)問(wèn)題有相當(dāng)了解的基礎(chǔ)上對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行踏勘，最終確定設(shè)計(jì)變更。而基于BIM技術(shù)，設(shè)計(jì)完成后可以對(duì)項(xiàng)目施工進(jìn)行模擬，在道路設(shè)計(jì)前置文件(數(shù)字化地形圖及道路地勘報(bào)告)較為準(zhǔn)確的前提下，可以將諸多問(wèn)題及時(shí)發(fā)現(xiàn)，在交付設(shè)計(jì)成果前將出現(xiàn)問(wèn)題解決，能保證設(shè)計(jì)的效率。同時(shí)，BIM中設(shè)計(jì)更改不會(huì)給其他部分帶來(lái)影響，保證設(shè)計(jì)的可靠性，并推動(dòng)設(shè)計(jì)變更的快速完成。在地形圖繪制中，使用BIM技術(shù)，可有效提高繪制效率。本文就選擇BIM技術(shù)，并將其運(yùn)用到地形圖的繪制中，確保了地形圖的功能，滿足實(shí)際使用需求，有效提高工程項(xiàng)目的可靠性[4]。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文對(duì)BIM技術(shù)在市政道路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行分析并結(jié)合實(shí)際，分析BIM技術(shù)應(yīng)用到市政道路設(shè)計(jì)中對(duì)地形圖繪制、中線繪制、橫縱斷面設(shè)計(jì)以及道路建模中的應(yīng)用。在這些領(lǐng)域中BIM技術(shù)的有效應(yīng)用，可有效提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，并降低因?yàn)樵O(shè)計(jì)帶來(lái)的質(zhì)量問(wèn)題，全面推動(dòng)設(shè)計(jì)的順利進(jìn)行，提高設(shè)計(jì)的可靠性和可行性。確保市政道路的設(shè)計(jì)符合實(shí)際施工需求，不會(huì)因?yàn)榧夹g(shù)因素和人員因素誘發(fā)的問(wèn)題，導(dǎo)致施工無(wú)法順利進(jìn)行，同時(shí)BIM技術(shù)還可以提高施工的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目的模擬，并根據(jù)模擬發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并處置問(wèn)題。同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)度的模擬，提高設(shè)計(jì)品質(zhì)，保證市政道路的設(shè)計(jì)符合實(shí)際施工需求。由于現(xiàn)階段技術(shù)限制，BIM技術(shù)尚不對(duì)交通情況進(jìn)行詳細(xì)模擬，無(wú)法對(duì)各時(shí)段交通情況進(jìn)行詳細(xì)設(shè)置，也不能對(duì)駕駛員駕駛習(xí)慣進(jìn)行模擬，交通模型較為粗糙，該方面技術(shù)尚待提高。