基于BI M技術的市政道路設計研究

趙晶宇，李聰

（1.湖南省建筑設計院集團股份有限公司，長沙 410000；2. 長沙市公共工程建設中心，長沙 410000）

1 引言

BIM 技術起源于美國，并逐漸傳播至歐洲、日本及韓國等發(fā)達國家?，F(xiàn)如今，BIM 技術應用在發(fā)達國家已相對成熟，呈現(xiàn)出科學研究創(chuàng)新潛力與實戰(zhàn)應用能力均較強的特征。BIM技術在我國的應用時間相對較晚，但現(xiàn)階段BIM 技術在我國的研究進程和推廣速度呈現(xiàn)出異常迅猛的態(tài)勢，且研究成果的先進水平已接近發(fā)達國家。相較于現(xiàn)有研究，本文從道路橫縱斷面、結合管網綜合鋪設等市政道路設計環(huán)節(jié)入手，為市政道路設計效果的優(yōu)化提供理論指導。

2 市政道路設計中BI M技術應用要點

將BIM 技術實際應用于市政道路設計中時，涉及多方要點，只有充分把控每個要點，才可滿足技術應用效果提升的目的。具體而言，BIM 技術在市政道路中的應用要點主要體現(xiàn)在以下層面。

2.1 準備工作

準備工作是市政道路設計中必不可少的環(huán)節(jié)，在準備環(huán)節(jié)需明確市政道路項目中BIM 技術的具體應用思路（見圖1）。

圖1 市政道路工程BI M技術的應用思路

2.1.1 資料對接與模型構建

在開展市政道路設計前，應以BIM 技術的實際應用需求為基準，完成相關資料的收集，包括圖紙、合同文本、市政道路設計任務書及設計說明類資料等，在此基礎上對市政道路的建設條件和BIM 技術在其中的應用思路加以明確，為后續(xù)工作做好鋪墊。

除此之外，相關技術人員還需以市政道路的工程設計方案為依據，同時落實勘察或監(jiān)測道路施工現(xiàn)場的工作。為充分發(fā)揮BIM 技術效果，在市政道路設計期間可借助該技術搭建協(xié)同優(yōu)化設計模型，從而達成全面控制市政道路整體布局的目標。在協(xié)同優(yōu)化模型中，應融入若干模擬板塊，從而保證模型功能，一般而言，需涵蓋管線綜合碰撞檢查模塊、設計圖紙審核模塊、三維信息存儲模塊等，同時借助BIM 技術數(shù)據庫功能，在市政道路工程項目正式開始前導入所需數(shù)據，同時對每個模塊的內容進行存檔保留，為后續(xù)驗收工作奠定基礎[1]。

2.1.2 地形圖繪制與處理方法

在市政道路工程項目設計期間，常需借助地形圖這一重要依據，將其效能進行有效發(fā)揮，一般來說，市政道路項目及其周邊地形勘查工作需安排專業(yè)化的測量人員開展測量工作，之后將測量結果轉變?yōu)槎S地形圖或三維地形圖，并將生成的地形圖提交給市政道路項目的設計人員，為其設計工作提供參考。但是，為有效避免地形圖中存在形式各異的地形數(shù)據或錯誤信息及混亂圖層，防止增加數(shù)據處理期間的工作量，設計人員需通過BIM 技術對地形圖進行處理，使之成為更完善的帶高程三維地形，在此過程中需借助Civil 3D 軟件中的相關功能。

在生成此類三維地形過程中，可依托Civil 3D 軟件中的“地形點賦值”功能，將市政道路工程場地的高程信息輸入高程點，或依托“轉換文本點”功能，使地形圖文本轉變?yōu)楦叱绦畔?，最終建立地形曲面三維模型，在該模型中需將粗差點予以剔除，對高程進行分析，實現(xiàn)高程線的精準定位。

2.2 市政道路橫縱斷面設計

對BIM 技術的可視化優(yōu)勢進行研究后，在市政道路設計時需對道路路面的橫縱組合效果進行考量，從而有效降低道路不協(xié)調現(xiàn)象的發(fā)生概率。在常規(guī)的市政道路中，其橫斷面存在多個組成要素，如圖2 所示。

圖2 常規(guī)市政道路橫斷面構成要素

借助協(xié)同模型的可視化窗口，可達成市政道路路基縱面和平面信息顯示的實時化，同時，可視化窗口還具備單獨命令待選功能，從而實現(xiàn)更改和設計市政道路橫縱斷面參數(shù)的目標。在可視窗口中，縱視圖分布于右上角，平面視圖分布于左上角。這之中同樣涵蓋自然地面線的標高信息與市政道路的樁編號位置信息。就實際情況看，在對市政道路的橫縱斷面進行設計時，若樁編號的分布位置與約束規(guī)則不相符，將造成路基填挖合理性不足。為避免此類現(xiàn)象發(fā)生，可借助曲線極限最小半徑對橫斷面的規(guī)范標準予以確定。在具體測量期間，控制平面距離的難度較低，但縱斷面的控制需面臨較多困難。在這種情況下，為優(yōu)化設計效果，可借助BIM 技術模擬市政道路的動態(tài)行車軌跡，同時將道路設計優(yōu)化標準設定為最佳行車視距，防止產生較大的填坑或挖坑情況。在實際生活中，車輛在行駛期間存在凹、 凸兩種類型的豎曲線，當曲線半徑較小時，將對行車人員的視線產生阻礙，即出現(xiàn)視距安全問題。基于此，計算凹曲線和凸曲線的極值半徑能較好地控制視距安全問題，曲線極值半徑計算可采取如下公式：

式中，q凹為凹形曲線極值最小半徑，m；t為市政道路工程項目施工期間出現(xiàn)的離心加速度，m/s2；r為視距曲線長度，m；q凸為凸形曲線極值的最小半徑，m。當凸形曲線長度超出視距時，采用式（2）進行計算，當凸形曲線長度小于視距時，采用式（3）進行計算；ω為視距與曲線之間的夾角，（°）；e1為視距曲線中凸形曲線的長度，m。

以差異化的曲線極值最小半徑作為依據時，能對市政道路設計期間的施工速度進行有效控制，從而使市政道路投入使用后，駕駛人員的行車視覺環(huán)境更加舒適。在對市政道路的橫斷面寬度和高度進行計算時，將道路行駛車輛的視距曲線作為標準，一方面可保證市政道路的設計與建設效果滿足優(yōu)化規(guī)范，另一方面，還能在最小縱坡和最大縱坡的限制條件下，保障行駛速度不同的車輛穩(wěn)定性和安全性。

2.3 復雜管網鋪設綜合規(guī)劃

常規(guī)情況下，當市政道路工程的橫斷面與縱斷面鋪設長度不同時，將生成差異化的工程建設空間。當通過最小半徑長度對市政道路的橫縱斷面進行優(yōu)化設計之后，還需重點建設道路路基[2]。一般來說，在市政道路路基的施工建設階段，需要對地下區(qū)域的各種管路網線的鋪設進行綜合考慮。城市地下區(qū)域存在多種類型的管路網線，包括通信管道、燃氣管道、電力管道及排水管道等，從本質上說，這些地下管線均屬于地下隱蔽工程，一旦在市政道路工程施工建設期間對其造成破壞，將產生惡劣后果。為此，在市政道路工程設計期間需對地下區(qū)域存在的復雜管網進行綜合規(guī)劃，從而協(xié)調不同管線?；贐IM 技術構建的協(xié)同優(yōu)化模型，全方位檢查市政道路施工場地及周邊區(qū)域的不同管線，掌握管網鋪設期間是否存在碰撞情況，避免施工期間出現(xiàn)錯誤鋪設管線的情況，對施工周期和成本投入規(guī)模的縮減產生消極影響。

依托BIM 技術構建的綜合管網可視化碰撞模型，能模擬分析市政管網的排布形式，及時發(fā)現(xiàn)其中存在的問題并整改，為保證復雜管線鋪設方式的合理性提供保障。

2.4 市政道路中心線設計

設計人員需對道路中心線的位置加以確定，同時有效把控多方影響因素[3]。與此同時，設計人員還需根據相關要求對設計方法進行調整，舉例來說，需保證曲線長度和圓曲線半徑得到有效控制。在地形圖中，道路中心線的位置需合理恰當，在將該要素分割成若干段后，需借助BIM 技術有效處理每段線路，確定道路中心線的位置。另外，還需要在地形圖中輸入市政道路路線名稱，并以市政道路具體情況和標簽樣式為依據，有效調整道路中心線。

2.5 市政道路建模

市政道路工程項目中往往會涉及大量復雜的內容，施工工序也非常煩瑣，因此，市政道路設計難度較大。在這項工作中，通常需要應用多領域的專業(yè)性知識，不僅如此，一般還會涉及全方位分析資料、數(shù)據和信息的內容。同時，對于市政道路工程整體而言，市政道路設計方案會對工程總量和遷移規(guī)劃市政道路產生直接影響?；谶@種情況，依托于BIM 技術，可以實現(xiàn)分析和統(tǒng)計周邊區(qū)域地形相關數(shù)據和新消息的目的，并在此基礎上完成市政道路模型的創(chuàng)建。在此模型中，能夠清晰地呈現(xiàn)各類事物的高程和坐標，技術人員在對數(shù)據和信息進行查看時也可以更加便利，如果存在問題，能更加迅速地查明，從而采取恰當?shù)拇胧栴}和誤差進行有效調整，保證整體的設計效果。

此外，設計人員通過建模還能科學規(guī)劃市政道路周邊的設施，合理布局路標配置與線路選擇等，為市政道路設計的完善化提供支撐。借助BIM 技術開展市政道路建模的過程中，還要合理設置道路基建，同時，通過運用差異化顏色、圖案、及方式表示道路所處地區(qū)的地形起伏變化和設施，例如，地理事物或建筑物的形狀、高度以及密度等，使模型更加直觀、更加清晰，保證工作人員能夠對周邊地形進行更加直觀的分析。

3 結語

總體而言，BIM 技術在市政道路工程中的應用可以為設計效果的優(yōu)化提供強大支撐，保障最終完成的線路布局更加合理、更加直觀。在未來的發(fā)展中，相關領域需要對BIM 技術更加重視，同時積極引入現(xiàn)代化技術軟件等工具，在市政道路工程項目中將這一技術的優(yōu)勢和作用切實發(fā)揮出來，促使設計與施工效果不斷提升。