市政工程中BIM設計技術的應用

楊倩

引言

市政工程，作為服務于城市居民生產生活的重要基礎設施，其建設使用的安全穩定效果直接決定了地區的城市化建設水平。然而，工程所處市場環境的復雜性與多樣性，增加了設計建設控制的難度。為此，市政工程設計控制人員，應在明確BIM設計技術局限的情況下，對各類市政工程的建設進行優化。如此，城市道路、橋梁以及供熱管道工程等，就能以科學與可持續狀態作用于人們的生產建設，進而促進各行各業的快速穩定發展。

1 研究市政工程中BIM設計技術應用的現實意義

當前階段，設計人員在對各項市政工程進行設計過程中，大多采用立、平以及剖三視圖的方式，來實現工程項目結構關系的表達。三維建模計算技術，僅用于復雜結構的設計情況。經分析，市政工程設計工作的開展目的為：在滿足工程建設安全可靠的情況下，以最小的成本獲取最大的效益。換句話說，就是將設計意圖完整地傳遞給施工建設單位，以使工程建設者能夠提高工程量計算與控制因素確定的精準性。如，將用地信息全面地傳遞給工程規劃部門。此過程，市政工程設計人員為實現設計控制意圖與工程展示效果，除了運用歐特克軟件外，還將展示軟件運用了起來。

然而，受市政工程建設的功能日趨復雜問題影響，設計階段出現了諸多不可控或是設計圖紙不完善等因素問題。這里的不可控因素是指，異型拱腳部件、長大異形斷面剖面、工程與所處環境關系以及數學表達與展示空間曲線等。上述因素，均會對市政工程的造價控制效果帶來不良影響，進而增加施工控制的難度，嚴重的甚至會降低投入運行使用的安全穩定性。為此，工程建設者應加大BIM設計技術的研究力度，以實現設計意圖精確表達與解決不可控問題的目標。如此，市政工程就能更趨安全可靠地服務于所處的區域經濟發展環境[1]。

2 市政工程中BIM設計技術的應用局限

研究表明，市政工程所處的市場環境正處于高效、經濟以及科學合理的全生命周期技術變革狀態。具體來說，在此發展環境中，傳統建造技術，如模仿搭建以及平面作圖方式將被淘汰。為進一步滿足日趨嚴苛的市場環境、工程造價管理要求以及日益精細的設計要求，設計技術人員應將全生命周期理念，作為實踐控制方向。即在市政工程設計控制過程中，使工程未來運營狀態的出現概率體現在設計方案中，并提出優化控制的可行方案。此設計目標的實現，無法通過簡單的立、平以及剖制圖方式進行實現，需要設計人員根據自身的專業知識儲備運用一系列的設計手段進行實現[2]。

此過程，在將BIM技術運用市政工程的設計工作時，設計人員需要面臨以下問題挑戰：

①BIM技術應用動力不高。即僅能滿足工程建設的業主方需求，其他因素對其設計使用的需求不大。這就導致BIM技術的發展進程僅停留在工程施工與運行維護階段，缺乏持續建設動力。②滿足設計需求形式單一。雖然BIM技術設計軟件的種類較多，但真正起到優化控制作用的方法手段并不多。③數據信息傳遞不暢。這是因為，文件成果傳輸接口沒有統一。同一公司采用不同款的軟件，即使采用的同一款軟件版本也存在差異。此運行控制狀態下，數據信息無法以正常狀態進行傳遞控制。④因市政工程建設行業的整體建設水平與施工手段，無法具備實現BIM技術廣泛運用的能力。⑤BIM設計技術運用效益與造價成本控制存在差異。⑥沒有實現市政工程的協同化設計，降低了工程各項結構設計控制的可行性[3]。

3 市政工程中BIM設計技術的應用控制實例

3.1 城市道路設計運用優化

根據市政道路工程的結構形式差異，設計運用的軟件也存在很大差異，即不僅會對設計效果帶來影響，還會降低后期施工管理的質量水平。為此，以云南某市政道路工程為例，該工程以往采用的傳統的設計方式來表達結構在水平、豎向以及橫向位置間的關系，但在結構斷面變化劇烈的位置上，僅憑一張橫斷面圖無法清晰表達節點間的關系。而且因橫斷面與平面圖和立面圖無對應關系，所以，改進結構斷面數據也無法對斷面圖的表達效果帶來影響。為此，道路工程設計人員采用了BIM技術中的AutodeskCivil3D軟件，運用于道路與管道設計控制。具體來說，就是運用該軟件的模擬道路橫斷面，來對道路進行設計裝配，進而實現結構斷面參數化的設計目標[4]。

如此，設計人員就可根據不同的寬度對道路斷面進行自動調整，進而杜絕三視圖關系不符的問題出現。此外，根據工程所處環境進行的設計方案調整，也能準確的計算出結構工程量的變化，繼而減少工程量計算的工作量。對于一些碰撞、管道暴雨以及行車檢查等不可控的問題，可通過運營階段的工況模擬，來避免因設計局限而出現不必要的工程變更問題，大幅降低了工程項目的造價[5]。

3.2 復雜空間曲線的設計控制

在對城市橋梁工程項目進行設計控制過程中，應在滿足結構作用安全穩定性的情況下，提升結構造型的多樣化。這是因為，造型的多元性，使其結構軸線線形也呈現出復雜的空間變化趨勢。此工程情況下，單一的公式擬合無法滿足精度的控制要求，為此，設計人員應采用BIM技術中的CATIA軟件來提升設計精度。作為三維設計軟件，CATIA是PLM協同軟件設計控制的重要組成部分。自以往，CATIA軟件主要用于產品設計，并未工程項目的前期建設階段提供設計、組裝、模擬以及分析功能。當將其運用于橋梁設計模塊后，能夠真正實現工程結構的模塊化與參數化設計目標[6]。

經分析，在進行簡單拋物線拱橋設計的過程中，因橋梁拱軸線兩端設置了不等量的水平位移，所以，為滿足結構的正常運行需求，應在橫梁位置進行節點間距控制。如此，在此基礎上，就可進行的數學公式擬合計算，如圖1所示，為拱軸線擬合對比示意圖。

圖1 拱軸線擬合對比示意圖

從圖中可以看出，擬合空間曲線模型與CATIA軟件根據建模規范標準構建的圖形存在一定差異。特別是，點連接起來的拱軸線與實際用空間曲線和共軸曲面相切產生的拱軸線，存在規范標準不允許的誤差問題。為此，工程設計人員應采用CATIA軟件進行設計優化控制。如此，復雜空間曲線的設計才能滿足所處地區行業所提出的規范標準要求，進而提升工程項目建設使用的安全可靠性[7]。

3.3 供熱管線排布設計控制

該類工程的設計控制應將BIM技術運用于空間管線的碰撞上，以使供熱工程設計方案的確定具備模擬性、協調性以及可出圖性。具體來說，設計人員可從三維實體模型中看見各種供熱管道的分布與標高，進而為設計與業主人員提供更為直觀的控制依據。在管廊工藝的碰撞方面，BIM技術的三維設計能夠以協調性狀態協調各專業的溝通交流，以提升供熱管線工程運行使用的科學合理性。如圖2所示，為實際施工狀態的模擬示意圖。

圖2 實際施工狀態模擬

4 結束語

綜上所述，市政工程應用BIM設計技術過程存在諸多不合理問題，即BIM技術應用動力不高、滿足設計需求形式單一、數據信息傳遞不暢等。要想對其進行控制，應加大各類設計控制軟件的應用力度，即將CATIA軟件與AutodeskCivil3D軟件運用于工程各部分結構的作用穩定性。事實證明，只有這樣，才能將BIM設計技術在市政工程中的效果價值充分發揮出來，進而強化工程項目建設使用的質量效果。

[1]廖志雄.淺談基于BIM技術的市政工程造價管理[J].建材與裝飾，2017（23）：119～120.

[2]印明.市政工程設計中BIM技術的發展前景[J].城市道橋與防洪，2012（07）：347～349.

[3]武彥生，程永偉，高雄，任友昌，李燕.BIM虛擬仿真系統在市政工程技術專業教學中的應用探討[J].昆明冶金高等專科學校學報，2016，32（01）：59～62.

[4]劉靚.BIM理念在市政工程設計中的應用探討[J].科技創新導報，2015，12（30）：78～80.

[5]劉銘，張京，彭勃陽.BIM技術在市政工程設計中的應用[J].市政技術，2015，33（04）：195～198.

[6]張新蘭，李顏強，李文江.積極推進BIM設計技術在市政工程中的應用[J].中國給水排水，2013，29（08）：63～67.

[7]潘家誠.試分析BIM理念在市政工程設計中的滲透研究[J].居業，2016（09）：43～45.