市政路橋設(shè)計(jì)中BIM技術(shù)的實(shí)踐思考

肖桂丹

（廣東科能工程設(shè)計(jì)有限公司）

1 引言

現(xiàn)代交通體系下，市政路橋內(nèi)部構(gòu)造的復(fù)雜性進(jìn)一步提高，工程量進(jìn)一步加大，傳統(tǒng)圖紙類設(shè)計(jì)方法無法直觀、精準(zhǔn)表達(dá)市政路橋中路基、路面、橋梁、涵洞、隧道、排水系統(tǒng)、安全防護(hù)設(shè)施等多個(gè)構(gòu)成的規(guī)格、屬性，無法滿足市政路橋三維精細(xì)化、信息化設(shè)計(jì)要求[1]。將BIM 技術(shù)引入到市政路橋設(shè)計(jì)中，利用BIM技術(shù)構(gòu)建市政路橋不同構(gòu)成的信息模型并加以有機(jī)組合，直觀可視地呈現(xiàn)市政路橋項(xiàng)目的全局設(shè)計(jì)與局部設(shè)計(jì)，依托BIM 技術(shù)強(qiáng)大的結(jié)構(gòu)分析與模擬預(yù)測能力進(jìn)一步深化設(shè)計(jì)方案，可切實(shí)提高市政路橋設(shè)計(jì)的合理性、科學(xué)性與前瞻性[2]。

2 BIM技術(shù)在市政路橋設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢

2.1 明確表達(dá)設(shè)計(jì)意圖

傳統(tǒng)的市政路橋設(shè)計(jì)主要依托CAD軟件，其設(shè)計(jì)成果多為二維平面圖形，通過正視、側(cè)視、俯視等視角下市政路橋部件的繪制、規(guī)格尺寸的明確等在二維空間設(shè)計(jì)市政路橋方案，在一定程度上局限了設(shè)計(jì)師的表達(dá)與設(shè)計(jì)意圖。在BIM 技術(shù)的支持下，市政路橋設(shè)計(jì)工程師將相關(guān)規(guī)格參數(shù)、屬性數(shù)據(jù)、空間關(guān)系數(shù)據(jù)等輸入到BIM 軟件中，自動化生成市政路橋的三維信息化表達(dá)模型，設(shè)計(jì)師可直觀、清晰的瀏覽市政路橋的設(shè)計(jì)成果，并根據(jù)個(gè)人意圖與設(shè)計(jì)需要修改與調(diào)整三維信息化模型參數(shù)，在良好的圖形屬性聯(lián)動機(jī)制下，快速更新與生成市政路橋新模型以便設(shè)計(jì)師確認(rèn)，真正為設(shè)計(jì)師提供所思即所見的軟件技術(shù)支持[3]。此外，市政路橋設(shè)計(jì)工程師也可利用市政路橋的三維信息化表達(dá)模型查看具體的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，包括不同構(gòu)件的空間關(guān)系、構(gòu)件的尺寸等，通過反復(fù)思考與確認(rèn)，提高市政路橋設(shè)計(jì)的合理性，更充分地表現(xiàn)出市政路橋設(shè)計(jì)工程師的設(shè)計(jì)意圖與設(shè)計(jì)功底。

2.2 強(qiáng)大的分析與模擬能力

大型市政路橋工程的專業(yè)性與復(fù)雜度較高，各個(gè)功能構(gòu)件之間的空間關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，傳統(tǒng)的二維圖紙?jiān)O(shè)計(jì)方法很難精準(zhǔn)、直觀地表達(dá)市政路橋各個(gè)構(gòu)件之間的三維空間關(guān)系。若是采用手繪方式對構(gòu)件三維模型進(jìn)行繪制，其精細(xì)度、精準(zhǔn)度均存在不足，繪制效率也較為低下[4]。一旦設(shè)計(jì)方案出現(xiàn)變更，手繪三維模型需要推翻重來，整個(gè)過程煩瑣、耗時(shí)。將BIM 技術(shù)引入到市政路橋設(shè)計(jì)中，利用BIM技術(shù)對市政路橋進(jìn)行三維可視化信息建模，在此基礎(chǔ)上，利用BIM強(qiáng)大的信息處理與科學(xué)計(jì)算能力，可實(shí)現(xiàn)對市政路橋設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化與深化。例如，可將市政路橋的基礎(chǔ)構(gòu)件數(shù)據(jù)輸入到BIM 軟件中，利用BIM軟件自帶的模擬退火算法對市政路橋的部分經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行最優(yōu)解求算，實(shí)現(xiàn)市政路橋各構(gòu)件相關(guān)參數(shù)的自動測算與最優(yōu)布置，切實(shí)提高市政路橋的設(shè)計(jì)成效，從設(shè)計(jì)層面保障了市政路橋的穩(wěn)固性、安全性[5]。同時(shí)，BIM技術(shù)為三維信息化模型提供了諸多模擬預(yù)測功能，常見的如碰撞測試與錯(cuò)誤檢查功能，其利用結(jié)構(gòu)計(jì)算與空間分析算法對市政路橋的各個(gè)組件結(jié)構(gòu)空間關(guān)系進(jìn)行計(jì)算與分析，科學(xué)研判各組件結(jié)構(gòu)是否存在交叉、重疊或碰撞等不合理設(shè)計(jì)問題，將檢查出的錯(cuò)誤在三維信息化模型中可視化標(biāo)識出來，以便設(shè)計(jì)人員對市政路橋組件的相關(guān)參數(shù)與空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，經(jīng)三維模型自動化渲染、更新和優(yōu)化市政路橋的設(shè)計(jì)方案。

2.3 精準(zhǔn)的協(xié)調(diào)能力

大型的市政路橋工程體量龐大、涉及諸多專業(yè)，通常需將其根據(jù)不同專業(yè)進(jìn)行劃分，由不同的設(shè)計(jì)師對市政路橋分部進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計(jì)，再將各自的設(shè)計(jì)成果進(jìn)行融合，形成最終的市政路橋設(shè)計(jì)方案。獨(dú)立設(shè)計(jì)必然會對融合設(shè)計(jì)產(chǎn)生較大的影響，尤其是在較為復(fù)雜的細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)時(shí)，若是設(shè)計(jì)工程師在獨(dú)立作業(yè)時(shí)溝通不暢，所設(shè)計(jì)出的細(xì)部方案難以協(xié)同式融入到整體設(shè)計(jì)方案中，影響市政路橋的設(shè)計(jì)效率[6]。BIM技術(shù)具有較好的協(xié)同合作機(jī)制，對于不同專業(yè)、不同組件的設(shè)計(jì)人員而言，依托BIM技術(shù)可以有效解決傳統(tǒng)復(fù)制、粘貼的融合設(shè)計(jì)模式，真正實(shí)現(xiàn)市政路橋的分工設(shè)計(jì)與同步設(shè)計(jì)[7]。在BIM 技術(shù)的支持下，設(shè)計(jì)單位可采用工作集的方式，針對市政路橋工程項(xiàng)目結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能多樣的特點(diǎn)，不同市政路橋結(jié)構(gòu)專業(yè)設(shè)計(jì)人員在同一個(gè)基礎(chǔ)模型上進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)，同時(shí)對市政路橋結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行了同步修改與快速更新，加快了市政路橋的設(shè)計(jì)效率。

3 BIM 技術(shù)在市政路橋設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用

3.1 檢查市政路橋中道路與板梁節(jié)點(diǎn)板件關(guān)系

市政路橋中道路與板梁節(jié)點(diǎn)板件關(guān)系較為復(fù)雜，通常市政路橋工程中的施工節(jié)點(diǎn)眾多，道路與橋梁、涵洞、隧道等的接頭也眾多且形狀多樣，需要根據(jù)施工節(jié)點(diǎn)處的實(shí)際情況設(shè)計(jì)出貼合接頭形狀的細(xì)部方案。如對于道路與橋梁的節(jié)點(diǎn)板件而言，利用BIM技術(shù)對節(jié)點(diǎn)板件的規(guī)格參數(shù)、屬性信息、部件功能、接頭結(jié)構(gòu)與空間布局、空間關(guān)系等進(jìn)行精細(xì)化設(shè)計(jì)，可以提高節(jié)點(diǎn)板件設(shè)計(jì)的合理性以及在施工現(xiàn)場的適用性，保證了市政路橋的施工進(jìn)度與施工質(zhì)量。同時(shí)，利用BIM 技術(shù)的模型碰撞檢查和漫游等功能，對市政路橋中道路與板梁節(jié)點(diǎn)板件進(jìn)行計(jì)算與分析，提前發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)中的錯(cuò)誤和碰撞點(diǎn)并提出深化設(shè)計(jì)方案，可以有效規(guī)避市政路橋各施工節(jié)點(diǎn)接頭的各類錯(cuò)誤與沖突，提高市政路橋設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。

3.2 完善融合制度

當(dāng)前BIM技術(shù)在市政路橋設(shè)計(jì)中已有較為深入的應(yīng)用，通過BIM技術(shù)，可提前發(fā)現(xiàn)及解決設(shè)計(jì)不合理之處，提前優(yōu)化市政路橋的節(jié)點(diǎn)布設(shè)與排列，減少后期拆改，節(jié)省工期與成本。在市政路橋BIM 設(shè)計(jì)中，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)建立，新型建造方式促使工程建設(shè)組織模式發(fā)生了較大的變革，各類設(shè)計(jì)審批手續(xù)也得以快速通過。例如某站前大道工程引入BIM 技術(shù)，利用BIM技術(shù)的協(xié)同工作機(jī)制將建設(shè)單位、招標(biāo)代理、設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位、施工單位等有效關(guān)聯(lián)，通過三維可視化信息模型作為共享數(shù)據(jù)，項(xiàng)目各參建方均可參與到站前大道工程的設(shè)計(jì)方案修改與優(yōu)化中，進(jìn)一步完善各參建方有機(jī)融合制度[8]。如招標(biāo)單位可根據(jù)設(shè)計(jì)單位提供的市政路橋三維可視化信息模型編制招標(biāo)文件，確定施工工程量以及工程造價(jià)；施工單位可以市政路橋三維可視化信息模型作為設(shè)計(jì)交底的重要資料，與設(shè)計(jì)單位共同研究與打磨工程設(shè)計(jì)方案中的不合理之處，提高各參建方在項(xiàng)目設(shè)計(jì)中的參與度與融合度。

3.3 有效論證市政路橋設(shè)計(jì)方案

市政路橋設(shè)計(jì)方案論證是保證市政路橋設(shè)計(jì)合理、科學(xué)，精準(zhǔn)平衡設(shè)計(jì)與施工工程量，切實(shí)把控市政路橋工程質(zhì)量與工程造價(jià)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在市政路橋設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，運(yùn)用BIM 技術(shù)的各項(xiàng)分析與計(jì)算功能對市政路橋設(shè)計(jì)方案的三維信息化模型進(jìn)行檢測與研究，充分論證市政路橋設(shè)計(jì)方案的合理性與科學(xué)性，對于論證過程中發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行局部快速調(diào)查，推動市政路橋設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化與深化。同時(shí)，BIM 技術(shù)的運(yùn)用可以將市政路橋施工過程中出現(xiàn)的超出預(yù)期的問題進(jìn)行復(fù)現(xiàn)，以便設(shè)計(jì)人員及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)方案的不合理之處，指導(dǎo)施工人員適時(shí)采取有效措施加以補(bǔ)救與改善。BIM技術(shù)在市政路橋設(shè)計(jì)方案論證中的充分應(yīng)用可為項(xiàng)目盈利提供良好保障，減少成本估算時(shí)間，減小誤差。

3.4 市政路橋三維可視化展示

現(xiàn)代市政路橋的職能已不僅局限在城市交通方面，而是要求其兼具實(shí)用性與美觀性，將市政路橋作為城市風(fēng)貌的重要呈現(xiàn)。結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能多樣的市政路橋難以利用CAD 軟件的二維圖紙充分表達(dá)出來。將BIM 技術(shù)應(yīng)用到市政路橋三維可視化展示中，BIM 軟件的圖形屬性聯(lián)動機(jī)制給予設(shè)計(jì)人員更多空間發(fā)揮自己的設(shè)計(jì)意圖，并自動渲染生成三維信息化模型供設(shè)計(jì)人員直觀瀏覽，以便設(shè)計(jì)人員充分理清設(shè)計(jì)思路，提高市政路橋的設(shè)計(jì)效率。

3.5 修正與補(bǔ)充設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)

市政道路橋梁工程通常工期短、任務(wù)重、涉及專業(yè)復(fù)雜，工程內(nèi)容包括路基工程、路面工程、橋涵工程、隧道工程、交通工程、市政道路橋梁工程等。對于如此專業(yè)且復(fù)雜的工程類別，BIM 技術(shù)是設(shè)計(jì)人員修正與補(bǔ)充設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的重要技術(shù)，其將市政路橋工程對象的三維模型參數(shù)化，參數(shù)調(diào)整后軟件可自動渲染與更新三維模型，如修改市政路橋的結(jié)構(gòu)高度后，市政路橋結(jié)構(gòu)三維模型也會相應(yīng)發(fā)生調(diào)整，并利用計(jì)算機(jī)圖形引擎重新渲染出更新后的市政路橋結(jié)構(gòu)三維模型。因此，BIM 技術(shù)在市政路橋中的應(yīng)用可以極大地提升工程對象BIM數(shù)字化建模與可視化的效率，其主要依托BIM 技術(shù)中的構(gòu)件庫管理工具對市政路橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，在實(shí)際市政路橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段則調(diào)用相應(yīng)的組件進(jìn)行參數(shù)調(diào)整與構(gòu)件拼裝，實(shí)現(xiàn)市政路橋結(jié)構(gòu)對象三維模型的快速搭建。如依托BIM 技術(shù)的結(jié)構(gòu)計(jì)算分析模型，結(jié)合市政路橋的幾何結(jié)構(gòu)、材料等測算出市政路橋結(jié)構(gòu)的荷載，以便合理利用預(yù)應(yīng)力技術(shù)，量化測算灌漿量，有效控制預(yù)應(yīng)力筋的伸長值在一定閾值范圍內(nèi)。

4 結(jié)語

現(xiàn)代交通體系下市政路橋的功能更加多樣化，實(shí)用性與美觀性缺一不可。隨著各類工藝的不斷創(chuàng)新，BIM技術(shù)已融入現(xiàn)代化市政路橋設(shè)計(jì)中，其不僅可以在設(shè)計(jì)中進(jìn)行數(shù)據(jù)建模，還可以建設(shè)實(shí)時(shí)動態(tài)數(shù)據(jù)庫，結(jié)合當(dāng)前的智能技術(shù)、傳感技術(shù)等，以建模的形式將工程呈現(xiàn)出來，打破了傳統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)體系的局限性。其在應(yīng)用中可以對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行整合處理，分析各個(gè)方面的成本以及損耗，有效解決建設(shè)中存在的設(shè)計(jì)理念問題，從而提高建設(shè)效益。