BIM技術(shù)在城市道路建設(shè)中的優(yōu)勢(shì)與應(yīng)用研究

李 軍

深圳市交通公用設(shè)施建設(shè)中心 廣東 深圳 518040

1 BIM技術(shù)概述

BIM的全稱為Building Information Modeling（建筑信息模型），是科學(xué)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展下衍生出的產(chǎn)物，也是新時(shí)代工程建設(shè)領(lǐng)域的重要技術(shù)之一[1]。在BIM技術(shù)的基礎(chǔ)上，工作人員可以依據(jù)項(xiàng)目建設(shè)要求，創(chuàng)設(shè)立體性的數(shù)字模型，借助3D、4D甚至是5D的信息模型處理方案，通過數(shù)字化加工提高工程建設(shè)水平。在城市道路建設(shè)工作中，BIM技術(shù)可以貫穿于工程建設(shè)的整個(gè)生命周期，符合不同階段建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。BIM技術(shù)所具備的主要特點(diǎn)就是可視性、仿真性，隨著近幾年BIM技術(shù)在工程領(lǐng)域的大范圍應(yīng)用，各種BIM技術(shù)軟件不斷涌現(xiàn)，這就為道路建設(shè)工作帶來了便捷[2]。

2 城市道路建設(shè)工作面臨的挑戰(zhàn)

在城市化發(fā)展速率持續(xù)加快的背景下，道路建設(shè)工作的難度不斷提升，建設(shè)工作所面臨的挑戰(zhàn)也越來越多。首先，城市道路的復(fù)雜性與多元性不斷加劇，例如，在城市道路設(shè)計(jì)中，需要考量的不僅要包含交通需求、建設(shè)用地等資源保障和水文地質(zhì)地形因素，還需要考量城市特點(diǎn)、歷史傳承和周邊社區(qū)群眾需求，而這些因素之間又處于相互碰撞、相互影響的狀態(tài)，這就需要建設(shè)管理人員具有清晰的頭腦與綜合的能力，否則將會(huì)使得道路建設(shè)工作混亂無序，推進(jìn)困難，建設(shè)進(jìn)度和質(zhì)量難以保障。

其次，因?yàn)槌鞘兄型恋刭Y源較為稀缺，道路施工作業(yè)需要在有限的場(chǎng)地內(nèi)展開，這就需要建設(shè)管理人員做好總體建設(shè)規(guī)劃，做好精準(zhǔn)計(jì)劃與控制，全方位發(fā)揮出每一寸土地的作用。同時(shí)，城市道路一般處于較為密集的城市環(huán)境中，道路建設(shè)還應(yīng)該考量對(duì)周邊環(huán)境與區(qū)域交通帶來的影響，因此建設(shè)工作還需要合理調(diào)配[3]。

最后，因?yàn)槌鞘械缆返膽?yīng)用標(biāo)準(zhǔn)持續(xù)提升，建設(shè)管理工作也應(yīng)該確保高水平、高效率。這就需要建設(shè)管理人員在滿足規(guī)劃交通功能的基礎(chǔ)上合理謀劃，做好建設(shè)規(guī)模和各項(xiàng)指標(biāo)之間的綜合論證，同時(shí)還需要建設(shè)管理人員進(jìn)行科學(xué)的項(xiàng)目管理，以此確保道路工程的建設(shè)順利高效，避免耗費(fèi)過多資源。

上述挑戰(zhàn)，都使得道路建設(shè)工作成了一個(gè)十分復(fù)雜與困難的任務(wù)。但是在BIM技術(shù)的幫助下，建設(shè)管理人員可以從“規(guī)、建、管、養(yǎng)”一體化著手，設(shè)立項(xiàng)目級(jí)BIM應(yīng)用平臺(tái)，推行BIM正向貫穿式設(shè)計(jì)，利用勘查、設(shè)計(jì)創(chuàng)設(shè)的立體直觀模型，在項(xiàng)目前期做好道路選線、保障要素核查、管線碰撞檢查、交通仿真等，在項(xiàng)目建設(shè)期做好工程構(gòu)架分析，采用實(shí)時(shí)反饋機(jī)制，做好建設(shè)實(shí)施計(jì)劃，合理調(diào)配建設(shè)資源，全面提升建設(shè)質(zhì)量。并且，BIM技術(shù)還可以更好地促進(jìn)團(tuán)結(jié)協(xié)作，提升設(shè)計(jì)與施工之間的協(xié)同程度?？偠灾?，要想攻克建設(shè)工作中的難點(diǎn)與挑戰(zhàn)，那么就應(yīng)該發(fā)揮出BIM技術(shù)的作用，以此實(shí)現(xiàn)道路工程建設(shè)質(zhì)量的提升。

3 BIM技術(shù)在城市道路建設(shè)中的優(yōu)勢(shì)

3.1 體現(xiàn)建設(shè)意圖

BIM技術(shù)的應(yīng)用有效實(shí)現(xiàn)了立體信息模型的創(chuàng)設(shè)，在立體模型的直觀展示下，避免了傳統(tǒng)二維平面建設(shè)方式在表現(xiàn)力度上的不足，可以直觀地將城市道路施工完畢后的效果圖進(jìn)行展示，工作人員也可以更加直觀地看到工程投放應(yīng)用后的視覺效果，由此可見，將BIM技術(shù)應(yīng)用在道路建設(shè)中，可以更好地表達(dá)建設(shè)意圖。

3.2 模擬分析能力強(qiáng)

在道路建設(shè)進(jìn)程中，BIM技術(shù)可以進(jìn)行參數(shù)化建模，從而達(dá)成了建設(shè)對(duì)象的迅速模擬與調(diào)節(jié)，在BIM建?；A(chǔ)上的路橋、管網(wǎng)、綠化協(xié)調(diào)建設(shè)，有效降低了工程方案中矛盾點(diǎn)與沖突問題，提升建設(shè)質(zhì)量。BIM技術(shù)在建設(shè)的初始時(shí)期，就將道路施工完畢后的效果進(jìn)行展示，在表現(xiàn)完成整體效果的同時(shí)，還可以對(duì)其特點(diǎn)全面分析。這樣一來就可以實(shí)現(xiàn)建設(shè)人員在建設(shè)初期看出工作中的不足之處，并立刻對(duì)建設(shè)方案與設(shè)計(jì)思路調(diào)節(jié)優(yōu)化，這就是BIM技術(shù)在道路工程模擬能力的顯現(xiàn)。

3.3 輔助性較強(qiáng)

在經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平持續(xù)進(jìn)步的背景下，城市框架也隨之變大，道路工程也向著立體性、多元性趨勢(shì)前進(jìn)，這就顯現(xiàn)出了傳統(tǒng)二維建設(shè)方式的弊端。區(qū)域地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜、地形高差過大等原因，會(huì)導(dǎo)致二維平面建設(shè)產(chǎn)生較大誤差；地下管廊的興建關(guān)系著多種建設(shè)專業(yè)，無法協(xié)調(diào)統(tǒng)一；景觀綠化屬于橫斷面的主要構(gòu)成部分，但是在二維層面無法顯現(xiàn)出景觀效果。這些因素都將會(huì)影響道路建設(shè)的實(shí)效性與道路工程順利施工。但是，BIM技術(shù)的應(yīng)用，可以借助三維立體模型對(duì)工程量精準(zhǔn)確定，第一時(shí)間幫助工作人員協(xié)調(diào)各專業(yè)、各工種，完美地顯現(xiàn)出工程后期景觀效果，實(shí)現(xiàn)施工作業(yè)有序開展。因此，BIM技術(shù)具有良好地設(shè)計(jì)、施工、建設(shè)管理的輔助性作用，在道路建設(shè)中具有廣闊發(fā)展前景。

3.4 多領(lǐng)域協(xié)調(diào)

城市道路建設(shè)涉及勘察、設(shè)計(jì)、施工、建設(shè)、審批等多個(gè)主體，具有制約因素多、有一定不可預(yù)見性等特點(diǎn)，工程各參與主體的溝通成本高，協(xié)調(diào)時(shí)間長(zhǎng)。而BIM技術(shù)的引進(jìn)與應(yīng)用，可以依托三維地理信息模型分析技術(shù)，有效打通項(xiàng)目BIM基礎(chǔ)上的資源保障因素核查、工程方案、建設(shè)計(jì)劃、建設(shè)成本、成果模擬、信息管控等環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了工程方案的互動(dòng)性調(diào)節(jié)，預(yù)先解決了可能產(chǎn)生的矛盾問題，進(jìn)行對(duì)工程建設(shè)實(shí)施全過程的實(shí)時(shí)監(jiān)督，有序協(xié)調(diào)了工程各個(gè)參與主體之間的關(guān)系，確保工程的建設(shè)更加順利。

4 BIM技術(shù)在城市道路建設(shè)中的應(yīng)用

4.1 工程勘察

工程勘察成果是道路設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，勘查BIM的應(yīng)用主要建立在BIM+GIS的數(shù)據(jù)融合基礎(chǔ)上。利用傾斜（正射）攝影、激光點(diǎn)云、數(shù)字地圖測(cè)繪成果等建立實(shí)景模型，在融合地質(zhì)信息模型、既有管線模型和規(guī)劃控制邊界條件后，擬建道路沿線的空間信息、地質(zhì)信息和設(shè)計(jì)邊界條件可做可視化展示，為后續(xù)道路設(shè)計(jì)和方案論證提供數(shù)據(jù)支撐。

場(chǎng)地仿真模型是在數(shù)字測(cè)繪地形圖基礎(chǔ)上融合傾斜（正射）攝影、激光點(diǎn)云等建立，能直觀反應(yīng)工程區(qū)域內(nèi)地形地貌、周邊道路、建（構(gòu)）筑物和重點(diǎn)區(qū)段植被信息等內(nèi)容。場(chǎng)地仿真模型可以直觀反饋設(shè)計(jì)方案需要拆遷的建（構(gòu)）筑物的數(shù)量、面積、產(chǎn)權(quán)單位和拆遷成本等內(nèi)容，可以為后續(xù)道路設(shè)計(jì)工作提供直觀選線依據(jù)。

水文地質(zhì)模型是在勘查鉆孔數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上建立，能直觀反應(yīng)地形地貌、勘察基礎(chǔ)對(duì)象（鉆孔、取樣試驗(yàn)、原位測(cè)試、地質(zhì)調(diào)查點(diǎn)等）和地質(zhì)對(duì)象（巖土層、地下水、風(fēng)化面、不良地質(zhì)等）的內(nèi)容，能為道路、橋梁、隧道等結(jié)構(gòu)布置提供重要設(shè)計(jì)依據(jù)。同時(shí)，通過地質(zhì)BIM數(shù)據(jù)庫(kù)積累，也可為后續(xù)工程勘察數(shù)據(jù)的查找、驗(yàn)證和利用提供方便。

地下管線模型是在管線調(diào)查基礎(chǔ)上建立，能直觀反映沿線管線位置、大小、材質(zhì)、種類等空間及屬性信息，直觀顯示管井位置、深度、附屬物、屬性等信息。在疊加管線專項(xiàng)規(guī)劃數(shù)據(jù)后，可將道路管線設(shè)計(jì)和管線碰撞檢查工作由傳統(tǒng)平面轉(zhuǎn)變?yōu)榱Ⅲw三維，提供所見既所得的可視化展示。

4.2 道路設(shè)計(jì)

道路設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，需要考量多方面因素，如地形、交通量、環(huán)保等，以往所用的設(shè)計(jì)方式一般為設(shè)計(jì)人員手動(dòng)計(jì)算、繪圖，不但耗費(fèi)大量時(shí)間，也容易產(chǎn)生設(shè)計(jì)失誤。通過BIM技術(shù)的使用，設(shè)計(jì)人員可以快速創(chuàng)設(shè)出一個(gè)立體精準(zhǔn)模型，涵蓋道路設(shè)計(jì)所有信息，如勘查BIM+GIS模型的三維地形、水文地質(zhì)信息，匹配地形的平縱橫及豎向設(shè)計(jì)，沿線道路、橋梁、隧道和立交設(shè)置、配套管線等。借助BIM技術(shù)中的EICAD軟件可分別設(shè)定道路中心線和各項(xiàng)線性參數(shù)，在確定道路設(shè)計(jì)中橋梁、隧道和立交的參數(shù)信息后，設(shè)計(jì)人員可以利用BIM技術(shù)中的3D軟件，創(chuàng)設(shè)全參數(shù)化的道路BIM模型。

道路BIM模型為設(shè)計(jì)人員提供的立體三維視圖，使設(shè)計(jì)者可以清晰掌握道路設(shè)計(jì)的實(shí)際形狀、特點(diǎn)和設(shè)計(jì)參數(shù)，精準(zhǔn)描述設(shè)計(jì)內(nèi)容。模型中信息的互通互聯(lián)，在做某一位置的設(shè)計(jì)改變時(shí)，能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整和進(jìn)行交互檢查。道路BIM模型中的參數(shù)也能根據(jù)情況反復(fù)修改與調(diào)整，可有效提高設(shè)計(jì)速度和設(shè)計(jì)質(zhì)量。

更關(guān)鍵的是，BIM技術(shù)可以展開多元化模擬與分析，如交通量分析、安全性評(píng)價(jià)等，這些分析成果可以為道路設(shè)計(jì)提供有力依據(jù)。同時(shí)，設(shè)計(jì)BIM的應(yīng)用還可以積累BIM構(gòu)件庫(kù)，為推行全行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

設(shè)計(jì)模型的輕量化展示也是BIM應(yīng)用的重要組成部分，BIM的輕量化展示可以將設(shè)計(jì)成果直觀的呈現(xiàn)給受眾，跨越專業(yè)鴻溝表達(dá)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)理念。通過整合BIM+GIS設(shè)計(jì)模型、視頻和文字，BIM的輕量化展示不僅可以應(yīng)用于各種溝通匯報(bào)場(chǎng)景，還可以使得受眾在電腦端、網(wǎng)絡(luò)端流暢加載瀏覽，為道路建設(shè)的信息溝通和建設(shè)決策提供有力支撐。

4.3 計(jì)量統(tǒng)計(jì)

BIM技術(shù)有著良好的信息收集與分析能力，可以持續(xù)性收集道路工程中的相應(yīng)資料與施工建設(shè)階段形成的信息，并在海量資料中精準(zhǔn)提取重點(diǎn)數(shù)據(jù)，分類輸入至信息庫(kù)，根據(jù)運(yùn)行規(guī)則完成施工量統(tǒng)計(jì)以及信息核算工作。以道路項(xiàng)目中的土方量計(jì)算為實(shí)例進(jìn)行說明，如若使用傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)方式，那么工作人員應(yīng)該預(yù)先計(jì)算出土方量近似數(shù)據(jù)，在微積分原理的基礎(chǔ)上模擬斷面面積，最終得到斷面體積與土方量，計(jì)算的精準(zhǔn)性較差，容易出現(xiàn)嚴(yán)重的失誤問題。但是如若應(yīng)用BIM技術(shù)，則可以在軟件中創(chuàng)設(shè)DEM數(shù)字模型，計(jì)算原始地面與建設(shè)地面之間的體積差，形成橫斷面采樣線，在實(shí)測(cè)信息坐標(biāo)數(shù)據(jù)與建設(shè)高程的基礎(chǔ)上形成三角網(wǎng)，計(jì)算網(wǎng)中各個(gè)三棱柱的填方量、挖方量。這樣一來大幅降低了失誤問題的出現(xiàn)幾率，提升了建設(shè)精準(zhǔn)度。

對(duì)各類估算、概算、預(yù)算變更、結(jié)算等環(huán)節(jié)進(jìn)行管理，提前預(yù)警，同時(shí)做好經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的控制與分析體現(xiàn)BIM對(duì)關(guān)鍵路線的管理與展示、關(guān)鍵工序變化對(duì)工期的影響；完善安全管理模塊，拓展安全生產(chǎn)上的應(yīng)用點(diǎn)，不斷完善風(fēng)險(xiǎn)一張圖，對(duì)施工專項(xiàng)安全方案要應(yīng)用BIM技術(shù)模擬施工及技術(shù)交底；打造應(yīng)急指揮模塊，加強(qiáng)數(shù)據(jù)模型分析，實(shí)現(xiàn)全域感知、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、智能決策和應(yīng)急指揮；完善驗(yàn)收管理模塊，掌控各類驗(yàn)收完成情況；完善預(yù)警管理模塊，自動(dòng)對(duì)各類質(zhì)量、安全、投資、進(jìn)度、信用等監(jiān)測(cè)指標(biāo)預(yù)警；完善信用管理模塊，對(duì)從業(yè)單位及人員的不良行為、工程造價(jià)、招投標(biāo)、用工實(shí)名等信息數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)管，建立與履約模塊之間的自動(dòng)關(guān)聯(lián)與預(yù)警研究BIM輔助計(jì)量模塊，實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)在工程計(jì)量上的應(yīng)用。

4.4 施工應(yīng)用

施工BIM應(yīng)用主要在場(chǎng)地仿真模型、工程計(jì)量、圖紙復(fù)核、施工方案模擬、可視化進(jìn)度和質(zhì)量管理、無紙化施工和成果宣傳等方面。

場(chǎng)地仿真BIM模型是集成了設(shè)計(jì)BIM、施工場(chǎng)地布置和場(chǎng)地仿真視頻的綜合性模型，內(nèi)容還包含了可更新的傾斜攝影實(shí)景、征地拆遷情況和周邊環(huán)境控制因素。場(chǎng)地仿真BIM模型是施工BIM應(yīng)用的核心，其仿真視頻可完整體現(xiàn)周邊環(huán)境與新建工程的關(guān)系。

工程計(jì)量、圖紙復(fù)核和施工方案模擬是施工BIM應(yīng)用的重要場(chǎng)景，工程計(jì)量方面不在贅述。圖紙復(fù)核是利用BIM模型對(duì)道路、橋梁和隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)核，對(duì)管線設(shè)計(jì)進(jìn)行碰撞檢查。方案模擬則是在BIM模型基礎(chǔ)上設(shè)定進(jìn)度參數(shù)進(jìn)行模擬施工，檢查排除施工節(jié)點(diǎn)碰撞，合理的制定施工方案和施工計(jì)劃。

可視化進(jìn)度和質(zhì)量管理也是施工BIM應(yīng)用的重要組成部分，通過施工BIM對(duì)施工進(jìn)程的實(shí)時(shí)跟蹤，可實(shí)現(xiàn)施工進(jìn)度的可視化管理。在施工BIM上集成工程材料、機(jī)械、人工和檢驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)后，通過數(shù)據(jù)分析可對(duì)工程各構(gòu)件的施工質(zhì)量進(jìn)行精準(zhǔn)管控。除此以外，BIM模型還可以形成詳盡的圖紙與材料清單，為無紙化施工作業(yè)奠定了基礎(chǔ)。特別是在設(shè)計(jì)變更后，BIM模型和相關(guān)信息可以與設(shè)計(jì)圖實(shí)時(shí)同步更新，能有效提高施工效率和工程建設(shè)質(zhì)量。

成果宣傳也是施工BIM應(yīng)用的場(chǎng)景之一，施工BIM成果的宣傳除了建筑模型、場(chǎng)地模型、視頻、VR模型等內(nèi)容的BIM成果展示外，還可以包括360°全景效果圖、鳥瞰圖、局部景觀圖、PPT、漫游視頻動(dòng)畫等內(nèi)容，施工BIM成果的宣傳展示能有效將建設(shè)期間的實(shí)時(shí)信息傳達(dá)給建設(shè)管理者和關(guān)注群體，有利于道路建設(shè)的協(xié)調(diào)推進(jìn)。

4.5 建設(shè)管理

建設(shè)管理的BIM應(yīng)用主要圍繞著工程建設(shè)過程的可視化管理展開。首先通過項(xiàng)目級(jí)輕量化BIM平臺(tái)對(duì)多源異構(gòu)三維數(shù)據(jù)（BIM、實(shí)景和影像）進(jìn)行疊加融合，利用模型輕量化和數(shù)據(jù)分層加載技術(shù)實(shí)現(xiàn)在線展示及交互操作，如在BIM模型上進(jìn)行剖切、壓平、測(cè)量、旋轉(zhuǎn)和漫游，調(diào)閱查看模型構(gòu)件的尺寸、工程量、材質(zhì)等屬性信息等功能。

其次通過單元?jiǎng)澐趾湍Ｐ蜆?gòu)件的關(guān)聯(lián)，融合工程建設(shè)進(jìn)度、質(zhì)量、安全、變更等數(shù)據(jù)，著色BIM模型展示當(dāng)前施工進(jìn)展、產(chǎn)值進(jìn)度、質(zhì)檢驗(yàn)收、工程變更、危險(xiǎn)源分布、征地拆遷、林地綠地占用等業(yè)務(wù)信息。

最后利用BIM+GIS平臺(tái)，融合接入的物聯(lián)傳感數(shù)據(jù)，分類展示工地實(shí)景、人員、設(shè)備、施工（結(jié)構(gòu)）、環(huán)境等實(shí)時(shí)監(jiān)控信息，管控施工現(xiàn)場(chǎng)及施工生產(chǎn)動(dòng)態(tài)。同時(shí)，接入路基、路面、橋梁、隧道等施工作業(yè)前場(chǎng)設(shè)備信息，整合拌合站、裝配式部品部件及預(yù)制構(gòu)件廠、鋼筋加工場(chǎng)、數(shù)字質(zhì)量試驗(yàn)檢測(cè)等生產(chǎn)管理和溯源數(shù)據(jù)，對(duì)接入的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行建模分析，實(shí)時(shí)評(píng)估施工狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工程建設(shè)過程的可感知、可計(jì)算、可分析、可溯源和可評(píng)價(jià)，全面提高建設(shè)質(zhì)量。

5 結(jié)束語

綜上所述，BIM技術(shù)的應(yīng)用可以更好地提升城市道路設(shè)計(jì)、施工水平，提高道路建設(shè)工作的整體質(zhì)量。同時(shí)，BIM技術(shù)的應(yīng)用也可以為后續(xù)的工程驗(yàn)收、移交管養(yǎng)和運(yùn)維工作創(chuàng)設(shè)全面高效的平臺(tái)。雖然我國(guó)對(duì)于BIM技術(shù)的應(yīng)用與研究起步較晚，但是在科學(xué)技術(shù)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)步下，BIM技術(shù)在城市道路建設(shè)中的全面推行是必然趨勢(shì)，相關(guān)工作人員也應(yīng)該積極學(xué)習(xí)先進(jìn)技術(shù)，充分認(rèn)識(shí)到現(xiàn)階段的不足，加大對(duì)BIM技術(shù)的研究力度，不斷探索BIM技術(shù)與道路建設(shè)之間的契合點(diǎn)，充分發(fā)揮出BIM技術(shù)的價(jià)值效用，全面提高道路建設(shè)成效。