BIM技術(shù)在市政道路工程中的應(yīng)用研究

張之騰 高翔宇 劉滿萍

（濟南市市政工程設(shè)計研究院（集團） 有限責(zé)任公司， 山東 濟南 250000）

近幾年， 隨著我國科技不斷發(fā)展， 很多新的技術(shù)被應(yīng)用到了各個領(lǐng)域。 特別是BIM技術(shù)在市政道路工程設(shè)計中的應(yīng)用， 它能讓建設(shè)人員從不同的角度對市政道路工程進行全面的設(shè)計， 讓市政道路工程的建設(shè)更加的具有科學(xué)性和創(chuàng)新性， 從而進一步地促進了市政道路工程在建筑行業(yè)中的穩(wěn)定發(fā)展。

1 BIM理念

BIM （Building Information Modeling） 最初 的 含義， 正如其字面意思一樣， 是建筑信息建模， 即通過三維數(shù)字化手段對建筑工程各相關(guān)信息建立模型， 現(xiàn)在則被當(dāng)作一種理念引申開， 不再局限于建筑本身。該概念早在1975 年就被查克·伊士曼（Chuck Eastman） 提出， 但受限于當(dāng)時的計算機和軟件能力， 不具備發(fā)展條件， 并沒有引起多大的社會關(guān)注。 從上世紀(jì)90 年代中期開始， 條件逐漸成熟， 越來越多的組織開始向這個方向努力。 但當(dāng)時的工作并沒有明確受這個理念的引導(dǎo)， 只是一種事物發(fā)展到--定階段時的自然而然的狀態(tài)， 是在混沌中的探索。 真正的革命性變化發(fā)生在2002 年Autodesk 收購Revit之后， 明確的BIM理念伴隨著Revit的推廣被推向全世界。 該理念被廣泛接受也是因為其正好迎合了一個契機， 即非直上直下的創(chuàng)造性建筑越來越多， 傳統(tǒng)的二維圖紙設(shè)計信息已經(jīng)無法滿足需要了。 但也正因如此， 對很多人來說， 同時接受的BIM和Revit兩個名詞被綁在一起， 認為非Revit不BIM， 這個觀念是錯誤的。BIM做是一個處理復(fù)雜問題的好方式， 不單單是某個或某些軟件的事。 實際應(yīng)用了該設(shè)計理念的軟件系統(tǒng)也有不少， 如應(yīng)用高級機械產(chǎn)品設(shè)計的愛達索CATIA、 Bentley的多個產(chǎn)品、 Graphisoft的ArchiCAD等。這個軟件中的確并未具體提到該名稱， 但都是在按這個理念在做。 事實上具體到市政道路設(shè)計領(lǐng)域， 現(xiàn)階段如果非要用專攻于建筑、 結(jié)構(gòu)、 設(shè)備和管道的Revit去做也是不合適的， 除非將來推出專門適用市政道路的Revit軟件。

2 BIM技術(shù)在市政道路工程設(shè)計中應(yīng)用的重要性

如今， 隨著中國經(jīng)濟發(fā)展與科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)達， 市政公路建設(shè)工程已成為了促進中國城鎮(zhèn)化建設(shè)的關(guān)鍵舉措之一， 而相應(yīng)的工程技術(shù)人員也必須要加大對其的深入研究， 并運用世界領(lǐng)先的科學(xué)技術(shù)不斷地提升市政公路建設(shè)工程的品質(zhì)， 對其技術(shù)進行不斷的創(chuàng)新。 然而對于BIM技術(shù)在市政道路工程設(shè)計過程中的應(yīng)用之中， 不僅能夠在一定程度上大大地提高了我國道路建設(shè)的質(zhì)量， 還在一定程度上增加了道路建設(shè)的技術(shù)， 彌補了傳統(tǒng)技術(shù)的不足。 這項技術(shù)能在整體上對道路工程進行全面的分析和規(guī)劃， 然后根據(jù)市政道路的具體情況對其進行設(shè)計。 同時， BIM技術(shù)在市政道路設(shè)計方案中的運用， 還可以進一步提升工作的效率， 提高了人類的生活質(zhì)量與水平。 相關(guān)的道路的建設(shè)人員通過使用BIM技術(shù)可以對道路工程的設(shè)計和建設(shè)進行一定的整合， 從而可以在一定程度上推進市政道路工程在社會中的穩(wěn)定發(fā)展。

3 BIM設(shè)計技術(shù)在市政道路設(shè)計中的優(yōu)勢

3.1 創(chuàng)新了市政道路設(shè)計的思路

在實際的市政路面的施工流程中， BIM技術(shù)主要運用于市政道路的工程設(shè)計中， 它能對市政道路的建設(shè)進行全面的分析和整合， 不斷地創(chuàng)新設(shè)計人員的思路， 從而讓市政道路建設(shè)的發(fā)展跟上時代發(fā)展的腳步。 與此同時， 由于BIM技術(shù)在市政道路建筑設(shè)計流程中的廣泛運用， 還能夠?qū)τ趥鹘y(tǒng)的二維形式進行一定的改變， 它能讓相關(guān)的設(shè)計人員利用三維的圖像對其進行一定觀看， 從而加強相關(guān)施工人員和設(shè)計人員對道路現(xiàn)場情況的具體了解和掌握。 此外， 在實際的過程中， 設(shè)計人員都會將自己的設(shè)計思路和想法通過稿紙的方式進行展示， 但是在使用過程中相關(guān)的施工人員很難理解， 他們不能對抽象的圖紙信息進行一定的分析和理解。 然而， BIM 技術(shù)在設(shè)計過程的應(yīng)用， 不僅在一定程度上創(chuàng)新了設(shè)計人員的設(shè)計思路，還能將抽象的圖紙設(shè)計用三維的形式展示給施工人員， 從而讓其進行根據(jù)實際的設(shè)計情況進行更好地施工。

3.2 具有一定的模擬性

BIM技術(shù)在市政道路建設(shè)流程中廣泛的運用， 它可以對工程設(shè)計中的數(shù)據(jù)以及市政道路工程設(shè)計中的實際事物相繼做出相應(yīng)的模擬， 進一步地保障市政道路施工過程中的質(zhì)量。 同時， 利用BIM技術(shù)對其數(shù)據(jù)和事物進行模式， 還能讓設(shè)計人員和現(xiàn)場的施工人員對現(xiàn)場的施工情況進行一定的了解。 通過應(yīng)用BIM技術(shù)能讓相關(guān)的施工人員通過三維的圖像對模型進行直觀的觀看， 從而為提高市政道路工程的建設(shè)質(zhì)量提供一定的條件。

3.3 具有一定的協(xié)調(diào)性

在實際的市政道路的建設(shè)過程中， 由于受各種原因的影響， 相關(guān)的設(shè)計人員與施工人員之間沒有進行一定的協(xié)調(diào)和溝通， 這不僅容易在一定程度上大大地影響了其施工效率， 還可能在一定程度上阻礙了市政道路的發(fā)展。 同時， 在市政道路建設(shè)的過程中不管是由建筑設(shè)計單位或是施工單位， 他們之間都需要相互的協(xié)調(diào)， 這樣才能加快我國城市化發(fā)展的進程。 設(shè)計人員在進行圖紙設(shè)計的時候， 一定要結(jié)合現(xiàn)場的情況及時地與施工人員進行協(xié)調(diào)， 盡量避免設(shè)計過程中的問題， 對于一些細節(jié)問題， 相關(guān)的設(shè)計人員更加要不斷地與其進行溝通， 從而減少施工過程中資源的浪費。 同時， 作為施工人員在施工的過程中， 如果發(fā)現(xiàn)圖紙與施工的實際情況不符合的情況下， 也一定要及時地和設(shè)計人員進行協(xié)調(diào)， 然后讓設(shè)計人員進行及時地修改， 從而為促進我國建筑行業(yè)的發(fā)展提供一定的條件。

3.4 精確計算工程量

在中國傳統(tǒng)道路設(shè)計模式中， 路面工程量主要是通過采用斷面法估計的， 比如路面施工土方量、 路基工作量等， 在地勢起伏比較大或平面結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜時偏差也較大。 而管線施工的井類數(shù)量和結(jié)構(gòu)工作量，也多是通過標(biāo)準(zhǔn)圖和經(jīng)驗估計， 因此偏差也較大。 而在BIM設(shè)計模式中， 由于各子模塊都具有準(zhǔn)確的幾何和屬性數(shù)據(jù)， 因此， 能夠獲得準(zhǔn)確的體積、 面積、 邊長、 個數(shù)類工程量， 還能夠通過對基礎(chǔ)設(shè)計曲面與自然地形曲面間的運算求得準(zhǔn)確的土方作業(yè)量， 而且還能夠在專業(yè)計算方法輔助下， 從而獲得準(zhǔn)確的支模等類工程量。 而且這種計算結(jié)果一般都是手動完成的，并不要求人工錄入數(shù)據(jù)。

4 BIM技術(shù)在市政工程應(yīng)用遇到的困難問題

目前， BIM技術(shù)已經(jīng)在市政建筑中有了比較多的運用， 但是所面臨的技術(shù)問題也比較多。

4.1 用途不夠廣泛

施工單位BIM項目管理最常用的套路便是拿了原設(shè)計院的CAD圖樣， 用軟件系統(tǒng)重新構(gòu)建模型。 但很多BIM項目管理是面子建設(shè)， 而僅僅把BIM模式重新建立了起來， 并渲染了一些圖形， 就號稱是采用了BIM， 而不是真實地挖掘出了BIM的優(yōu)點。

4.2 軟件的不完善

由于市政路橋隧建設(shè)過程中牽涉的內(nèi)容比較多，城市環(huán)境也復(fù)雜多變， 對BIM的需求往往比建筑設(shè)計更高， 但是實際使用BIM的效果卻往往不能令人滿意， 主要原因沒有很好的市政BIM軟件系統(tǒng)。

除此以外， 在各應(yīng)用軟件中的商業(yè)施工中十分關(guān)鍵的造價算量模型， 實際應(yīng)用效果也較差， 甚至無法實際應(yīng)用到商務(wù)算量中。 最后， 在相對施工領(lǐng)域， 市政與建筑行業(yè)BIM系統(tǒng)各應(yīng)用軟件間并沒有統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范或連接， 不利于應(yīng)用與互聯(lián)。

4.3 BIM人才的短缺

BIM人員不僅要通過相關(guān)軟件模型， 最重要的條件是能將BIM的設(shè)計理念來和現(xiàn)實建筑環(huán)境有機融合起來。 而在建筑施工企業(yè)， 由于具有一定的建筑信息化相應(yīng)素養(yǎng)且具有建筑管理專業(yè)知識的人員數(shù)量相對較少， 而要進一步充分發(fā)揮BIM技術(shù)的優(yōu)點， 整體的工程量又相當(dāng)大， 因此需要的技術(shù)人員也相當(dāng)多， 所以現(xiàn)有人員很難適應(yīng)不同企業(yè)的需求。

5 市政施工特點

市政工程項目主要是指城市規(guī)劃基本項目， 是城市規(guī)劃與發(fā)展的重要前提， 但通常是由財政直接投入的大型城市公共配套基本或公益性建設(shè)項目， 包括市政工程道橋是其最重要的部分。 因為市政施工通常在中心城區(qū)， 所以市政工程不同于其他專業(yè)建筑的特色。

5.1 由于施工工期較緊

一半市政建設(shè)項目在施工過程中會不可避免地產(chǎn)生對周圍環(huán)境的影戲， 而根據(jù)政府目標(biāo)、 交通限制和方便民眾的特點， 建筑工期越短越好， 因此趕工期對建筑公司來說是家常便飯， 極易導(dǎo)致政府因為工期而降低對工程質(zhì)量的控制。

5.2 由于工地及周圍環(huán)境的復(fù)雜

在城市規(guī)劃中建筑施工， 由于施工區(qū)域附近經(jīng)常有多個建筑物， 主要包括了樓房、 管道、 現(xiàn)有路面等， 因此在建筑施工中必然對周圍其他建筑有一定的影響， 同時周圍環(huán)境也對施工進度、 安排等有較大的影響。

5.3 協(xié)調(diào)單位數(shù)量眾多

目前在市政道橋建設(shè)往往要面臨高處搭建和地底鋪設(shè)的管道的處理， 因為牽涉的管道較多， 協(xié)調(diào)解決困難。

5.4 工程配套單位較多

在一般的市政建設(shè)中， 工程涉及各種管道的施工、 智能道路的施工、 路面橋梁的施工、 照明系統(tǒng)的施工等， 工程參建的單位也很多， 有多個單元在不同時期進行建設(shè)。 相互溝通、 交底困難。

6 BIM技術(shù)在我國市政路面工程中的應(yīng)用

相比于建材行業(yè)， 在我國市政產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用的BIM工藝技術(shù)開始相比較晚， 且具有涉及的學(xué)科多， 涉及面寬， 難度大等特征， 但近年來經(jīng)過有關(guān)政府部門的大力推廣， BIM工藝技術(shù)已在一些市級道橋施工中有了初步運用， 并獲得了相應(yīng)的成績。 基于相關(guān)經(jīng)驗，針對我國市政道橋工程建設(shè)， 通過運用BIM技術(shù)貫通全部工程建設(shè)階段， 能很好的提高建筑工程的時間、成本、 品質(zhì)。

6.1 道路縱斷面設(shè)計

當(dāng)利用BIM技術(shù)對路面縱切面進行設(shè)計的時候，設(shè)計人員首先必須要根據(jù)原來地面的路線文件加以擬定， 并建立了相應(yīng)的原始地線， 然后再以原始地線作為設(shè)計依據(jù)對拉坡線進行了相應(yīng)的重新編制， 并且，相應(yīng)的設(shè)計技術(shù)人員還必須通過BIM技術(shù)對拉坡線做出相應(yīng)調(diào)整與改進， 直到其設(shè)計完整的程度達到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的時候， 相應(yīng)設(shè)計技術(shù)人員方可對其他程序進行重新設(shè)計， 而當(dāng)設(shè)計完成了這些內(nèi)容之后， 設(shè)計技術(shù)人員還必須要將原拉坡線保存下來作為豎曲線設(shè)計的基礎(chǔ)文件， 最后在對這些設(shè)計的文件進行一定的整合， 從而更好地完成道路縱斷面的設(shè)計圖。

6.2 道路橫斷面設(shè)計

在實際的市政道路設(shè)計的過程中， 道路橫斷面的設(shè)計也在其中起著非常重要的作用， 所以為了讓道路模型更加地準(zhǔn)確， 設(shè)計人員一定要用BIM技術(shù)對其進行設(shè)計， 采用最為合適的部件來裝配的作業(yè)。 同時，設(shè)計人員在這個過程中一定要注意的是， 要經(jīng)過其命令來裝配其名稱， 然后用選項板來終止這個程序， 最后在確認橫斷面， 一定要按照現(xiàn)實的實際情況對其進行設(shè)計。

6.3 BIM技術(shù)模型的精細度

BIM技術(shù)模型的精細度在一定程度上決定著設(shè)計人員的設(shè)計質(zhì)量， 不同設(shè)計模式的精細度也不同， 這會在一程度上引發(fā)數(shù)據(jù)信息誤讀與錯誤， 對于市政道路工程造成一定的經(jīng)濟損失。 與此同時， BIM 技術(shù)的主要功能是導(dǎo)入一次道路有關(guān)信息后， 然后讓許多用戶會快速的訪問這種安全數(shù)據(jù)信息， 對其數(shù)據(jù)進行一定數(shù)字保存。 在BIM技術(shù)的工作原理方面， 不僅在一定程度上保障了道路工程中各種數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性， 還在一定程度上提高了設(shè)計的質(zhì)量和效率。 此外， 由于道路設(shè)計的過程相關(guān)的復(fù)雜， 所以在實際的設(shè)計過程中設(shè)計人員不能對道路的現(xiàn)場情況進行一定的分析， 通過BIM技術(shù)模型在設(shè)計過程的應(yīng)用， 不僅能夠有效的解決這個問題， 還在一定程度上提高了設(shè)計的精度。因此， 在這樣的背景下， BIM 技術(shù)模型的精確度在道路設(shè)計的過程中起著非常重要的作用。

6.4 道路中心線設(shè)計

相關(guān)的設(shè)計人員在利用BIM技術(shù)對道路中心先進行設(shè)計的時候， 一定要注意其設(shè)計的形式， 設(shè)計人員一定要在整體對所有方面和現(xiàn)場的實際情況進行考察和分析， 然后依照有關(guān)的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)利用BIM技術(shù)開始確立線位， 針對不相同的曲線進行科學(xué)合理的調(diào)控，一定要在地勢圖中最好的位置上擺入道路中心線， 確保道路中心線設(shè)計形式的準(zhǔn)確性。

6.5 充分保證施工的進度

運用BIM信息技術(shù)搭建的三維空間模式， 緊密結(jié)合施工時間計劃， 形成了一個時間層次的4D模式，對建設(shè)項目進行現(xiàn)場施工技能過程仿真， 形象的呈現(xiàn)了建設(shè)項目在各個時間階段的現(xiàn)場施工技術(shù)狀況， 并由此可制定建設(shè)在項目節(jié)點現(xiàn)場施工技能階段的最優(yōu)現(xiàn)場施工技術(shù)方法。 針對重、 困難工程， 通過運用BIM信息技術(shù)進行可視化過程建模， 并合理規(guī)劃了施工平面布置、 施工機具的運用、 物料的搬運存放等，從而達到時、 資源最佳分配的目標(biāo)。

6.6 實現(xiàn)施工工序優(yōu)化

在施工前， 可以通過搭建模型， 依據(jù)建筑規(guī)劃，形象的介紹現(xiàn)場建筑狀況。 對較復(fù)雜的施工方式， 應(yīng)通過施工模擬以選擇最佳施工方式。 對在廠房中制造的鋼箱板、 箱梁等結(jié)構(gòu)， 應(yīng)采用碰撞檢測， 以有效降低返工風(fēng)險。 在建筑施工行業(yè)， 工地管理人員總是粗厚狂且無前瞻性， 甚至可以用混亂來比喻。 通過對施工方法的仿真， 工人能夠及時找到在施工過程中可能發(fā)生的問題并加以處理， 可明顯降低工地問題的出現(xiàn)、 改善施工現(xiàn)場管理活動。 同時， 可以針對較復(fù)雜的施工方法， 運用三維模式實現(xiàn)技術(shù)交底、 指揮施工， 讓員工更容易掌握， 溝通也更簡單。

6.7 施工協(xié)調(diào)

市政道橋建設(shè)中不僅僅只能直接與業(yè)主、 設(shè)計、監(jiān)理單位交流溝通， 需要與各管線單位、 交通部門、各配套工程建筑單位之間等進行溝通交流， 而對于其中沒有從事過土木行業(yè)經(jīng)驗的工程技術(shù)人員來說， 是很難直接按照圖紙文字描述并想象出三維造型的， 而采用了BIM技術(shù)的三維建模實現(xiàn)溝通可以大大提高工作效率。

7 結(jié)語

由此可見， 在中國當(dāng)前科技不斷發(fā)達的大背景下， 要想有效推進中國市政化道路的建設(shè)， 就要將BIM技術(shù)在市政道路的建設(shè)過程中科學(xué)和合理的應(yīng)用， 明確BIM技術(shù)的優(yōu)點， 提高道路工程建設(shè)的質(zhì)量， 為促進促進我國城市化的進程提供一定的保障。