BIM技術(shù)在市政道路設(shè)計與養(yǎng)護中的應(yīng)用

摘要 市政道路是城市發(fā)展的重要組成部分，如今市政路網(wǎng)已經(jīng)基本規(guī)劃完成，進入運營階段，但由于設(shè)計考慮不足，造成設(shè)計與養(yǎng)護不接軌的問題。BIM技術(shù)是建筑行業(yè)升級轉(zhuǎn)型的新興技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對市政工程全生命周期管理。以武漢市某新建市政道路為研究對象，根據(jù)該道路設(shè)計指標(biāo)，使用BIM技術(shù)對市政道路進行建模，在施工過程中實現(xiàn)對該道路的場地布置，后期運維階段，使用BIM技術(shù)完成道路的監(jiān)測與養(yǎng)護。

關(guān)鍵詞 BIM技術(shù);市政道路;全生命周期;道路養(yǎng)護

中圖分類號 U412.37 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）09-0163-03

引言

BIM的概念為建筑信息模型，其主要內(nèi)涵為將復(fù)雜的工程信息與模型相關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)工程項目的智能化管理[1]。市政道路作為城市之間的運輸通道，主要作用為保證城市的交通運行與管道連接，在市政道路的設(shè)計中，需要考慮道路與管道兩方面問題，且設(shè)計過程復(fù)雜，易出現(xiàn)設(shè)計失誤[2]。BIM技術(shù)具有可視性、協(xié)調(diào)性、模擬性以及優(yōu)化性，能夠?qū)崿F(xiàn)各類信息的集成處理，根據(jù)信息數(shù)據(jù)類型設(shè)置在相應(yīng)組成模型中[3]。將BIM技術(shù)與市政道路工程相結(jié)合具有兩方面優(yōu)勢：一方面，BIM技術(shù)能夠為市政道路的設(shè)計與施工提供可視化，將設(shè)計圖紙實現(xiàn)三維表達，更直觀的保證設(shè)計的科學(xué)性，更準(zhǔn)確地進行設(shè)計方案比選，實現(xiàn)市政道路工程的優(yōu)化設(shè)計，保證道路項目的正常運行。另一方面，傳統(tǒng)的市政道路管理將道路設(shè)計與后期養(yǎng)護管理進行分離，造成設(shè)計與養(yǎng)護不對接，增加了后期養(yǎng)護費用并且養(yǎng)護效果較差。BIM技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對市政道路工程全生命周期的管理，將設(shè)計與養(yǎng)護相對接施行并行管理，并且提前對整個工程的造價進行計算，平衡前期建設(shè)造價與養(yǎng)護造價，避免建設(shè)造價低，但后期養(yǎng)護造價高的情況[4]。BIM技術(shù)在市政道路工程中的應(yīng)用還不完善，多用于市政道路的設(shè)計與施工階段，在養(yǎng)護階段的應(yīng)用與管理較少。該文以武漢市某新建市政道路為研究對象，根據(jù)該新建道路的工程概況，確定具體參數(shù)完成市政道路建模，通過BIM技術(shù)在施工階段、養(yǎng)護階段的應(yīng)用管理技術(shù)，研究BIM技術(shù)在市政道路設(shè)計與養(yǎng)護工程中的應(yīng)用。

1 工程概況

武漢市某新建市政道路工程為互通式立體交叉設(shè)計，按照行車方向劃分分為東西路與南北路，兩條道路采用平面交叉，因交通堵塞問題，現(xiàn)進行互通式立體交叉設(shè)計，新建道路設(shè)計速度為60 km/h，設(shè)計車道為雙向四車道。采用記錄法對兩條道路不同方向的交通量進行調(diào)查，調(diào)查結(jié)果如表1所示。

根據(jù)表1交通量調(diào)查結(jié)果得到，南北方向道路的交通量壓力較大，日平均交通量達到10 W輛/天左右，為典型的城市主干道，交通較為擁堵。且非機動車與行人數(shù)量較多，混合式交通嚴(yán)重，易造成交通事故。東西方向的道路交通量相對于南北走向而言，交通量較低，日均交通量在6 萬輛/天左右，非機動車與行人數(shù)量較少。根據(jù)目前該市政道路交通狀況，需要對東西、南北走向的兩條市政道路改變道路交叉形式，由平面交叉轉(zhuǎn)變?yōu)榛ネㄊ搅Ⅲw交叉，以南北方向道路作為城市主干道，設(shè)計時主要考慮該方向道路交通量的分離與分流，且混合式交通嚴(yán)重，交通事故頻發(fā)，需要考慮行人及非機動車的運行方式。

2 BIM技術(shù)在設(shè)計階段的應(yīng)用

根據(jù)武漢市某新建市政道路工程概況，解決原有市政道路交通堵塞的問題，需要對兩條道路進行互通式立交設(shè)計。互通式立交的設(shè)計復(fù)雜，需要考慮的設(shè)計要素眾多，采用BIM技術(shù)對市政道路工程設(shè)計能夠提高設(shè)計效率，保證設(shè)計的準(zhǔn)確性。在設(shè)計階段，BIM技術(shù)能夠應(yīng)用于市政道路工程的地形識別、平面線形設(shè)計、縱斷拉坡、道路平面設(shè)計、橫斷土方計算等方面。

2.1 地形識別

對該市政道路進行設(shè)計時，首先需要對地形進行識別。傳統(tǒng)的識別方式為地勘法，采用測量儀器對地形進行勘察，得到地理位置信息，測量精度低且數(shù)據(jù)復(fù)雜，不易進行處理。應(yīng)用BIM技術(shù)進行地形識別時，結(jié)合GIS系統(tǒng)，第一步進行目標(biāo)坐標(biāo)系的選擇，該項目選擇為“國家2000”，第二步進行坐標(biāo)系投影參數(shù)設(shè)置，第三步搜索該市政道路所在位置或輸入位置坐標(biāo)，第四步生成三維地形地貌，如圖1所示。

2.2 平面線形設(shè)計

平面線形設(shè)計是市政道路工程設(shè)計的重要內(nèi)容，根據(jù)市政道路交通特點，南北方向道路交通量較大且轉(zhuǎn)向車輛較多，東西方向道路交通量相對較少，交通方式簡單，采用上下分層互通式立交的方式保證交通狀況。南北方向為城市主干道，設(shè)置于互通式立交的上層，東西方向道路位于立交下層。根據(jù)立交設(shè)計特點，在使用BIM技術(shù)進行平面線形設(shè)計中，可選擇的立交線形有苜蓿葉形、鉆石形、圓形以及直連型，匝道類型有定向式與半定向式。確定互通式立交形式后，在設(shè)計軟件中輸入各轉(zhuǎn)向交通量以及立交線形，可以進行平面線形設(shè)計，設(shè)計時需要考慮匝道的轉(zhuǎn)彎半徑，使用苜蓿葉線形可以對匝道的轉(zhuǎn)彎半徑進行調(diào)整，且該互通式立交轉(zhuǎn)向交通量較大。根據(jù)BIM技術(shù)進行平面線形設(shè)計，設(shè)計結(jié)果如圖2所示。確定立交平面線形為半苜蓿葉形+半定向型。

2.3 縱斷拉坡

在確定道路互通式立交平面線形為半苜蓿葉形+半定向型后，需要對道路進行縱斷面設(shè)計。在進行縱斷面設(shè)計時，BIM設(shè)計軟件根據(jù)相關(guān)設(shè)計規(guī)范可自動生成縱斷面，但是自動生成的縱斷面的坡度需要進行手動設(shè)計。該項目位于武漢市，夏季雨水豐富，在進行坡度設(shè)置時需要考慮排水需求。使用BIM軟件進行縱斷面拉坡，能夠?qū)崿F(xiàn)坡度的智能化生成，修改坡度參數(shù)時只需要對構(gòu)件信息進行修改，修改信息不滿足規(guī)范設(shè)計時，軟件不能進行下一步設(shè)計。縱斷面設(shè)計完成后，能夠?qū)ν练搅窟M行計算，導(dǎo)出工程量表。

2.4 道路平面設(shè)計

道路平面設(shè)計是市政道路工程設(shè)計中的重要部分，使用BIM技術(shù)進行道路平面設(shè)計可以進行多樣化的結(jié)合設(shè)計，將綠化景觀設(shè)計與道路平面進行統(tǒng)一設(shè)計，生成三維模型。根據(jù)工程概況，采用雙向四車道形式，且設(shè)計速度為60 km/h。在平面線形設(shè)計與縱斷拉坡設(shè)計后，平面設(shè)計根據(jù)車道形式進行選擇，軟件自動生成道路平面圖，平面圖中包括行車道、中央分隔帶、人行道等附屬設(shè)施，根據(jù)設(shè)計特點選擇將立交入口處行車道寬度加寬，在進行設(shè)計時，可以隨時檢查設(shè)計的合理性，在二維平面進行建模設(shè)計，在三維設(shè)計中檢查建模參數(shù)準(zhǔn)確性，BIM模型庫中包含眾多綠化植物模型可以進行設(shè)計，該設(shè)計三維圖如圖3所示。

2.5 橫斷土方計算

BIM技術(shù)與傳統(tǒng)建模軟件的區(qū)別主要在于模型信息的修改及工程量匯總表的自動生成。該市政道路為新建互通式立交，使用BIM技術(shù)能夠在設(shè)計階段對項目的土方工程量進行計算，對工程造價進行控制，并且能夠?qū)β访驿佈b材料以及路基進行二次設(shè)計。實現(xiàn)模型與道路數(shù)據(jù)的管理。在道路模型建立后，保證模型的適用性，可以將模型轉(zhuǎn)化為Revit形式，便于對該道路工程進行管理，其設(shè)計完成后的三維模型如圖4所示。根據(jù)該設(shè)計模型實現(xiàn)了對道路的三維建模，并且在組成模型的每一個構(gòu)件中，都存在構(gòu)件信息與二維碼，可以通過掃描二維碼信息了解構(gòu)件情況，實現(xiàn)設(shè)計規(guī)劃階段的可視化。該項目使用BIM技術(shù)，在設(shè)計階段完成了全過程設(shè)計，節(jié)約了設(shè)計時間，降低了設(shè)計成本，增加了設(shè)計方案的科學(xué)性與設(shè)計模型的可視化，能夠達到市政道路工程的設(shè)計要求，更直觀地確定項目設(shè)計結(jié)果。

3 BIM技術(shù)在市政道路養(yǎng)護過程中的應(yīng)用

BIM技術(shù)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)市政道路設(shè)計的可視化，而且能夠完成對整個市政工程項目全生命周期的管理。在城市路網(wǎng)日益完善的背景下，新建市政道路的項目逐漸減少，養(yǎng)護類項目數(shù)量增加。采用BIM技術(shù)能夠進行從設(shè)計階段開始至運維階段為止的全生命周期管理。養(yǎng)護過程中主要體現(xiàn)BIM技術(shù)對建成道路的信息管理，以武漢市某新建市政道路工程模型為例，研究BIM技術(shù)在路面病害調(diào)查以及養(yǎng)護管理方面的應(yīng)用。

3.1 BIM技術(shù)在市政道路路面病害調(diào)查中的應(yīng)用

BIM技術(shù)應(yīng)用于路面病害調(diào)查時，需要使用全自動檢測車對路面病害進行檢測。自動檢測設(shè)備具有掃描功能，將路面存在病害進行掃描與識別，常見的路面病害如縱向裂縫、網(wǎng)裂、龜裂以及車轍等。對路面病害進行識別后，將掃描結(jié)果上傳至檢測云平臺。把該道路土建模型以及管道模型導(dǎo)入BIM5D綜合管理軟件中，根據(jù)路面病害掃描結(jié)果，在云平臺中建立問題檔案，將路面病害與市政道路具體位置進行關(guān)聯(lián)，便于工程運維單位進行養(yǎng)護方案制定。并且路面病害掃描，可以詳細表述病害的類型、面積、等級以及工程量清單。養(yǎng)護單位在制定相關(guān)養(yǎng)護方案時，可以根據(jù)路面病害掃描結(jié)果，對路面狀況進行自動評定，按照道路狀況評定等級，選用相應(yīng)的養(yǎng)護方案，實現(xiàn)路面病害調(diào)查的簡便性，提高路面病害檢測的精度。

3.2 BIM技術(shù)在市政道路路面養(yǎng)護管理中的應(yīng)用

市政道路路面的養(yǎng)護質(zhì)量影響了道路的服務(wù)使用年限，傳統(tǒng)的道路養(yǎng)護采用的是對病害進行現(xiàn)場處理的方式，未考慮到對養(yǎng)護工程的統(tǒng)一管理。造成養(yǎng)護工程繁瑣，養(yǎng)護質(zhì)量低且養(yǎng)護造價高的問題。采用BIM技術(shù)對養(yǎng)護工程實現(xiàn)全方位養(yǎng)護，養(yǎng)護單位制定養(yǎng)護計劃，將制定的計劃與相應(yīng)的養(yǎng)護項目相關(guān)聯(lián)，把養(yǎng)護計劃與道路養(yǎng)護位置相關(guān)聯(lián)，關(guān)聯(lián)后可根據(jù)方案對養(yǎng)護工程施工進行模擬。BIM5D軟件能夠在三維模型的基礎(chǔ)之上實現(xiàn)養(yǎng)護進度與養(yǎng)護造價的協(xié)同管理。將該道路模型導(dǎo)入相關(guān)BIM軟件中，對養(yǎng)護過程中，養(yǎng)護的施工進度與施工造價進行模擬，能夠在構(gòu)件管理模塊，選中養(yǎng)護位置查看相應(yīng)的養(yǎng)護措施，點擊工程量匯總功能，能夠?qū)崿F(xiàn)養(yǎng)護工程量的查詢與匯總，可以單獨查看某種材料使用量，例如瀝青使用量與集料使用量，科學(xué)地控制養(yǎng)護工程進度。養(yǎng)護工程完工后，對該市政道路養(yǎng)護部位進行二次檢測，檢測結(jié)果上傳至云平臺空間，BIM技術(shù)能夠?qū)⒃擆B(yǎng)護過程進行存檔，避免紙質(zhì)文件的丟失，形成該道路的養(yǎng)護檔案，實現(xiàn)養(yǎng)護工程的科學(xué)管理與施工。根據(jù)BIM技術(shù)的優(yōu)化性，能夠使用BIM技術(shù)對養(yǎng)護工程的成本、進度進行三維動態(tài)模擬，并且對不同專業(yè)之間的養(yǎng)護，如土建工程與管道工程之間的養(yǎng)護施工，能進行碰撞檢查，避免養(yǎng)護工程的不合理性。

4 結(jié)論

綜上所述，BIM技術(shù)能夠應(yīng)用于市政道路設(shè)計與養(yǎng)護的全過程管理。以武漢市某新建市政道路為建模對象，在設(shè)計階段，研究BIM技術(shù)在地形識別、平面線形設(shè)計、縱斷面設(shè)計以及道路平面設(shè)計方面的應(yīng)用，結(jié)果表明采用BIM技術(shù)能夠優(yōu)化市政道路設(shè)計，提高設(shè)計效率。通過BIM技術(shù)在市政道路養(yǎng)護過程中的應(yīng)用，提高了養(yǎng)護工程的科學(xué)性，降低了養(yǎng)護造價。

參考文獻

[1]魏天云. BIM技術(shù)在市政道路設(shè)計與養(yǎng)護中的應(yīng)用[J]. 山西建筑， 2021（24）： 82-83.

[2]孫超. BIM技術(shù)在市政道路設(shè)計中的應(yīng)用[J]. 工程技術(shù)研究， 2021（17）： 103-104.

[3]范婧婧. BIM技術(shù)在市政道路設(shè)計中的應(yīng)用[J]. 黑龍江交通科技， 2020（3）： 60-61+63.

[4]徐超. BIM技術(shù)在市政道路設(shè)計中的應(yīng)用研究[J]. 人民交通， 2020（3）： 79+81.

收稿日期：2022-03-14

作者簡介：文宜（1985—），男，碩士研究生，工程師，從事市政道路設(shè)計工作。