基于BIM的市政道路優(yōu)化與設(shè)計探討

劉建波

（鄭州市市政工程勘測設(shè)計研究院，河南 鄭州 450000）

近年來，隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，我國交通基礎(chǔ)設(shè)施逐步完善，市政道路作為城市化發(fā)展的重要表現(xiàn)，其規(guī)劃與設(shè)計的科學(xué)性直接決定著城市經(jīng)濟社會發(fā)展的步伐。BIM技術(shù)是一種基于工程三維設(shè)計和可視化施工管理的手段。目前，國家大力鼓勵BIM技術(shù)在工程領(lǐng)域的應(yīng)用，以提高前期決策水平，有效控制質(zhì)量、成本、進度等?；诖耍珺IM技術(shù)在各行業(yè)均開展了一些實質(zhì)性工作，例如深圳國際生物谷海心路等市政道路工程BIM應(yīng)用、天府新區(qū)核心區(qū)綜合管廊及市政道路工程（一期、二期）項目全過程BIM技術(shù)應(yīng)用等。BIM技術(shù)在市政道路設(shè)計與優(yōu)化中的應(yīng)用，可以充分發(fā)揮BIM技術(shù)的模擬性、協(xié)調(diào)性等優(yōu)勢，使得市政道路建設(shè)符合城市規(guī)劃建設(shè)的總體要求，帶動城市的可持續(xù)發(fā)展。

1 BIM技術(shù)概述

BIM的核心是通過建立虛擬的三維模型，利用數(shù)字化技術(shù)，為模型提供完整的、與實際情況一致的工程信息庫。該信息庫不僅包含描述建筑物構(gòu)件的幾何信息、專業(yè)屬性及狀態(tài)信息，還包含了非構(gòu)件對象（如空間、運動行為）的狀態(tài)信息。借助這個包含工程信息的三維模型，大大提高了工程的信息集成化程度，從而為工程項目的相關(guān)利益方提供了一個工程信息交換和共享的平臺。從BIM技術(shù)的應(yīng)用效果來看，該技術(shù)有效實現(xiàn)了建筑工程項目各種物理與功能特性的數(shù)字化呈現(xiàn)，在該模型內(nèi)可以實現(xiàn)各種信息的共享。

2 BIM技術(shù)的特點

2.1 優(yōu)化性

從市政道路工程的實施過程來看，其包含了設(shè)計、施工、管理等環(huán)節(jié)，這些環(huán)節(jié)是不斷優(yōu)化的過程。設(shè)計人員通過建立BIM模型，將設(shè)計人員的設(shè)計理念、思路等逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槭姓缆返膶嶓w模型，如圖1所示。因此，將BIM技術(shù)應(yīng)用于市政道路建設(shè)中，具有明顯的優(yōu)化性特點，提高了市政道路設(shè)計的總體水平。一般情況下，市政道路設(shè)計優(yōu)化受到各種因素的影響，比如工程復(fù)雜性、時間與建筑信息等，市政道路設(shè)計的總體水平取決于建筑信息的完整性、正確性，BIM技術(shù)內(nèi)所包含的各種建筑信息為市政道路設(shè)計優(yōu)化提供了重要的數(shù)據(jù)支撐，使得設(shè)計更為科學(xué)。

圖1 市政道路三維模型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.2 信息化

由于BIM技術(shù)是計算機技術(shù)、信息技術(shù)等發(fā)展的產(chǎn)物，因此，BIM技術(shù)具有明顯的信息化特征，其在市政道路建設(shè)中的應(yīng)用有效提高了工程建設(shè)的信息化水平，通過信息化設(shè)計與管理，有效提高了市政道路建設(shè)的順利進行。此外，BIM技術(shù)實現(xiàn)了各類建筑信息的集成，在信息獲取、傳遞、處理等方面具有獨特的優(yōu)勢，保證了各個建筑信息之間的緊密聯(lián)系，建立了完整的建筑信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

2.3 協(xié)調(diào)性

市政道路工程的規(guī)模較大，在項目實施過程中，必須保證各個部門之間的協(xié)調(diào)與配合。在實際的工程施工過程中，各個部門為實現(xiàn)自身的效益，往往不重視與其他部門的協(xié)調(diào)，導(dǎo)致市政道路建設(shè)過程中存在著各種問題，尤其是市政道路設(shè)計的科學(xué)性不足，無法滿足各個部門的需求。而BIM技術(shù)本身具有明顯的協(xié)調(diào)性優(yōu)勢，在設(shè)計過程中可以多個部門同時參與，針對工程中出現(xiàn)的各種問題及時加以協(xié)調(diào)與處理，有效提高了設(shè)計的總體水平。

3 BIM技術(shù)在市政道路設(shè)計中的應(yīng)用

3.1 場地建模與分析

場地是影響工程走向、工程造價、工程效益的一個重要因素，場地建模與分析是BIM應(yīng)用的一個重要方面，分以下三個方面：（1）現(xiàn)狀場地建模?，F(xiàn)狀場地建模包括現(xiàn)狀地表建模、地物建模，模型結(jié)合道路設(shè)計模型可計算工程的填挖方，評估工程的拆遷量，可使項目更好地與現(xiàn)狀相接。（2）規(guī)劃路網(wǎng)建模。項目與規(guī)劃路網(wǎng)聯(lián)系緊密，規(guī)劃路網(wǎng)建模必不可少。（3）三維地質(zhì)建模。三維地質(zhì)建?？筛庇^地反映道路所處地層地質(zhì)狀況，結(jié)合工程地質(zhì)勘察報告對工程所處環(huán)境進行分析評價，必要時對土層處理或調(diào)整工程位置。

3.2 設(shè)計建模

道路的三維模型可按照國家或本省的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，建立符合各實施階段的BIM模型。道路的BIM模型包括道路土建模型、現(xiàn)狀路網(wǎng)模型、管線綜合模型、景觀綠化模型及其他附屬模型。BIM模型應(yīng)包括必要的幾何信息和附加信息，各專業(yè)、各構(gòu)件的命名規(guī)則應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。設(shè)計階段宜采用BIM模型進行全專業(yè)協(xié)同設(shè)計，應(yīng)建立基于BIM的協(xié)同設(shè)計工作模式，包括協(xié)同設(shè)計工作流程、專業(yè)模型資料互提、模型整合協(xié)調(diào)、模型設(shè)計校審、模型及成果歸檔和交付等內(nèi)容。設(shè)計模型信息應(yīng)包括項目主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)和面積統(tǒng)計，滿足設(shè)計各階段技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)統(tǒng)計、方案比選和數(shù)據(jù)提取需要。

3.3 仿真分析與優(yōu)化

利用BIM技術(shù)的可視化可以對市政道路進行仿真分析與優(yōu)化，包括交通組織的仿真分析、交叉口視距分析與優(yōu)化、道路景觀分析、照明分析等。交通組織分析主要是優(yōu)化交通標(biāo)線、交通指示標(biāo)志，引導(dǎo)車輛行人按照設(shè)計的交通組織合理有序的運行。交叉口視距分析以BIM模型為基礎(chǔ)根據(jù)，建立交叉口視距包絡(luò)實體，分析道路上的附屬設(shè)施或其他構(gòu)件是否影響視距，并根據(jù)需要設(shè)置相應(yīng)的警示標(biāo)志。道路景觀分析主要是對道路上的綠化、設(shè)施、小品等造型進行優(yōu)化設(shè)計。根據(jù)BIM模型可形象的展示市政道路的照明綠化，供設(shè)計單位或建設(shè)方進行決策確定。

3.4 地下管線綜合設(shè)計分析

一般情況下，市政道路的管線包括給水管、雨水管、污水管、通信管、電力管、照明管等，涉及專業(yè)較多且與現(xiàn)有管線交叉情況復(fù)雜，設(shè)計中各專業(yè)往往獨立設(shè)計，因此難免出現(xiàn)管線路由或高程上的碰撞。BIM技術(shù)可以將各專業(yè)管線集成到一個模型里，利用BIM技術(shù)的碰撞檢查功能，能很方便地統(tǒng)計出管線的布置是否合理，各專業(yè)管線或新設(shè)計管線與現(xiàn)有管線是否存在碰撞情況，為設(shè)計人員提供調(diào)整優(yōu)化的基礎(chǔ)，保證項目順利進行。這些功能都是二維設(shè)計無法比擬的。同時，市政道路在實施中，若現(xiàn)有管線需要遷建，利用BIM技術(shù)可方便地確定現(xiàn)有管線遷建的路由和標(biāo)高，減少投資，加快施工進度。

3.5 可視化交底

項目設(shè)計完成后，給施工單位設(shè)計交底可采用可視化設(shè)計交底的方式，對項目的重點、難點部位、特殊部位和特殊構(gòu)造要求以不同視角的展現(xiàn)，準(zhǔn)確直觀地表達設(shè)計意圖；還可結(jié)合VR技術(shù)對場景虛擬仿真漫游，采用不同方式、不同數(shù)據(jù)格式完整的表現(xiàn)工程的數(shù)字化成果，比如道路的路面結(jié)構(gòu)組成、各種管線的布置、道路綠化設(shè)置情況、人行道側(cè)石和行道磚的顏色、材質(zhì)、現(xiàn)狀路網(wǎng)或地下管線的布置情況等。可視化交底能夠使施工單位技術(shù)人員很快地理解設(shè)計意圖和項目各專業(yè)的組成，同時由于BIM模型中包含各種幾何信息和附屬信息，施工單位很容易查詢相關(guān)數(shù)據(jù)，保證項目竣工成果與設(shè)計保持一致，同時減少施工過程中的返工和浪費。

3.6 工程量統(tǒng)計分析

市政道路工程建設(shè)中，應(yīng)用BIM技術(shù)還可以有效實現(xiàn)進度、成本管理等。通過建立工程模型，有關(guān)管理人員可以直接在該模型內(nèi)調(diào)取與工程成本等相關(guān)的信息，比如材料費用等，并分析這些費用的可行性，及時對道路工程施工中的各種構(gòu)件等加以統(tǒng)計，保證工程量計算的準(zhǔn)確性。與傳統(tǒng)的工程量核算相比，BIM模型內(nèi)工程量計算的準(zhǔn)確性更高，且在計算過程中不需要投入大量的人力資源，相關(guān)軟件可以自動進行工程量的計算，減少了人力計算的誤差，進而使得工程量清單更為科學(xué)與準(zhǔn)確。以BIM技術(shù)內(nèi)的算量軟件為例，其可以對工程量進行快速識別與計算，為工程造價、成本等的控制與管理提供了重要的參考，有效保障了市政道路工程效益的實現(xiàn)。

3.7 信息模型同步管理分析

由于BIM技術(shù)是一個綜合性建筑信息系統(tǒng)，在該模型內(nèi)包含了各種工程信息與數(shù)據(jù)，這些信息數(shù)據(jù)之間存在著緊密的聯(lián)系，因此，BIM技術(shù)本身具有信息同步管理的優(yōu)勢，使得在市政道路工程中有關(guān)的物理特性、功能特性等都能夠得以數(shù)字化表達與呈現(xiàn)。有關(guān)部門與人員需要使用這些數(shù)據(jù)信息時，可以直接在該系統(tǒng)內(nèi)提取相關(guān)的數(shù)據(jù)，進而為市政道路工程決策等提供重要的數(shù)據(jù)參考。比如，在市政道路的設(shè)計、管線埋設(shè)等過程中，BIM內(nèi)部包含了所有的工程信息，使得這些環(huán)節(jié)可以實現(xiàn)協(xié)同設(shè)計，進而實現(xiàn)了市政道路的信息化管理?；贐IM技術(shù)的市政道路運營與維護模型，充分實現(xiàn)了BIM技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與GIS技術(shù)的集成，使得市政道路工程實現(xiàn)了同步管理。

4 結(jié)束語

近年來，隨著市政道路工程項目的增多，BIM技術(shù)的應(yīng)用越發(fā)具有普遍性，其本身具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢，在市政道路設(shè)計與優(yōu)化中可以充分發(fā)揮可視化、模擬性與協(xié)調(diào)性的優(yōu)勢，提升市政道路工程設(shè)計的科學(xué)性，提高工程建設(shè)的總體質(zhì)量。因此，基于BIM技術(shù)良好的應(yīng)用效果，未來該技術(shù)還有廣闊的發(fā)展與應(yīng)用前景。