城市道路設計中BIM技術的運用

陳遠毅

摘? 要：針對城市道路設計進行簡要闡述，并對BIM技術在城市道路設計中的應用做出分析，指出在城市道路設計中，應當基于原本城市道路設計的核心內容，在BIM平臺上，通過數字三維設計方法，進行道路設計。

關鍵詞：城市道路;BIM;設計

中圖分類號：U412.37 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2020）30-0099-02

Abstract： This paper briefly expounds the urban road design， analyzes the application of BIM technology in urban road design， and points out that the urban road design should be based on the core content of the original urban road design， and the road design should be carried out through the digital three-dimensional design method on the BIM platform.

Keywords： urban road; BIM; design

BIM技術已經成為建設工程領域的關鍵技術手段，行業企業也在不斷探索BIM技術的具體應用，早期BIM技術還屬于建筑行業的專利，隨著技術進步，BIM技術已經延伸到建設工程的各行各業，在城市道路設計當中，BIM技術也得到了廣泛推廣和應用。

1 BIM技術闡述

1.1 內涵分析

BIM，英文全稱Building Information Modeling，其是一種建設項目物理與功能特性的數字表達，也是一個共享的知識資源，它包含一個設施從概念到拆除的全部信息。核心在于通過數字三維模型，在數字化技術的支持下，為模型提供完整的、與實際情況一致的工程信息庫。

1.2 技術特點

BIM技術最顯著的技術特點在于集約化的信息化設計方法。從以前的CAD到現在的BIM，最顯著的特點，就是從單打獨斗，變成協同作業。集約化的信息化設計方法是BIM最顯著的技術特點，在BIM的運用中，城市道路從概念到最后拆除都以一個唯一的數字三維模型為基礎，實現道路全生命周期內信息的共享與交互。

2 城市道路設計的要點

2.1 規劃線路

在城市道路規劃中，需要考慮交通干道的非直線系數，該系數衡量城市交通是否便捷，并不適合山城或丘陵地區的城市。但非直線系數大部分城市都適用，一般控制在1.1～1.2之間最好，即便無法控制在這個范圍內，最好不超過1.4。像方格網路網，非直線系數是道路起點和終點之間的實際路線長度與道路起點和終點之間的空間直線長度的比值，即一個方格兩條邊的實際長度與對角線長度的比值，若方格兩條邊等長，非直線系數則為1.41，意思就是實際路線長度要比空間直線距離增加41%。

在道路規劃選線中，先分析城市用地布局交通吸引點的布置情況，分析客貨運交通量情況，統計道路上的交通流量，確定道路性質、選線、走向、布局以及紅線寬度、斷面組合、交叉口形式、立交和橋梁位置，用地范圍、標高選定，停車場布置等。

2.2 確定道路等級

城市道路等級應根據相關標準要求來確定，一般城市道路分為快速路、主干道、次干道、支路四個等級，每個等級的紅線寬度控制分別為：主干道30～40m，次干道20～24m，支路14～18m。主干道是城市道路網絡的骨架，是交通要道，一般設計行車速度在60km/h，道路中間設隔離帶，與主車道容易混淆的是快速路，快速路通常采取高架的形式，位于主干道或次干道上方，方便車輛快速通行，例如成都市內的高架。次干路一般承擔主干路與各分區之間的交通集散，兼有服務功能，一般行車速度在40km/h。在城市道路設計中，要先確定好具體的等級，才能在設計中有的放矢地進行方案設計。

2.3 設計道路形式

根據道路等級確定情況來選擇合適的橫斷面形式，一般按板塊劃分斷面形式，如一板塊，二板塊，三板塊，其中一板塊斷面即不用分隔帶分割的斷面形式。二板塊類似雙幅斷面，即使用分隔帶將行車道分隔為兩個部分，目的是利用中央分隔帶來降低雙向行駛機動車的相互影響，適合在主干道上使用。三板塊斷面，將車行道劃分為三個部分，中心設分離帶。此外還有四板塊道路，將道路劃分為四個板塊，一般四板塊道路，中間的兩個板塊可以作為快速路使用，兩邊作為輔路。在城市道路工程設計規范中規定了應當根據道路在路網當中所承擔的功能來確定橫斷面形式。當然在設計當中并不單單只考慮道路等級，還需要根據交通安全、道路景觀、路面排水、市政管線布局等情況來確定最佳的橫斷面形式。一般比較常用的是二板塊斷面，有人行道、綠化帶、非機動車道、機動車道、中間分隔帶等要素，二板塊斷面通常用來設計車速在50km/h以上的城市道路，如主干道，快速路。縱斷面要求縱坡緩順，起伏不宜過多，應當符合最小坡段長度要求，最小坡段長度通常按行車速度行駛9～15s的行程作為規定值。縱坡度，按照排水要求一般在0.3～0.5%之間，考慮到安全通行則在4%以內，若坡度在5%以上，應當限制坡長。要求應當結合城市地形、地質、管線以及建筑的布置綜合考慮。

2.4 道路設計內容

城市道路設計的內容相當繁雜，相比一般公路項目的設計而言，有一些相同之處，但不同之處更多，一般而言，主要包含平面、橫斷面、縱斷面、路基、路面、交叉口、土石方計算等等。當然從規劃的角度來說，選線是一個關鍵內容，選線不當，會造成資源浪費及線形不暢等問題，一般城市道路選線，要求與交通組織、市政管線、公共設施、綠化景觀、生態環境實現總體協調。當然在具體設計中需要涉及到地下管線、機電、路基、路面、交通標志、交通標線、下穿隧道、高架、排水、綠化等很多專業，如何保證道路設計方案科學有效，必須要保證各專業高效協同。

3 BIM在道路設計中的運用

3.1 管網綜合

基于BIM技術，對城市道路進行管網設計。要求在準確掌握城市地下管網現狀以及設計依據的情況下，進行管網綜合設計，在BIM的應用中，先根據選線情況確定一個初始的模型，管網綜合就是在初始模型上，添加管網模型，包括各類管道、線路、井室等，為了明確各種類型管道的用途，可以通過不同的圖層、顏色來區分，模型建立后，要根據所選材料，賦予模型相應的物理參數，包括壁厚、承壓能力、各管道凈距、交叉點、預定埋設位置等。

3.2 三維設計

BIM在道路設計中的應用，最關鍵的就是建立道路模型，一般包含如下幾個關鍵要素。其一，地形地質模型，地形模型是一個可見的包含地面模型、道路模型、橋梁模型、隧道模型、地下管線等模型的一個綜合模型。在選線當中基于GIS系統，確定具體路線后，按照電子地圖，地下管線設計資料，竣工圖等，以及實測結果設計一個概略模型，其中涵蓋地質條件，地下管線情況，周邊建筑情況等。引入地形影響，作為模型的表面紋理，疊加至地形圖，由此呈現較為真實的一個道路周邊地形地質情況的三維場景。在場景中添加道路模型，而道路模型應當細化為道路路線、橋梁（如高架）、隧道、立交以及附屬設施，分別建立各自的子模型，然后依據選線情況確定模型在場景中的具體位置，并拼合為一個完整的道路模型，并賦予模型具體的物理參數，包括平縱橫參數，路基、護欄、中間帶、綠化帶等參數。道路模型完成后，應由景觀設計專業，結合模型進行景觀設計，采取可視化方法，在原有模型上添加各類景觀模型，保證景觀與道路協調。

3.3 施工模擬

利用BIM技術建立起道路幾何模型以及施工過程模型后，可以采取BIM技術中的施工模擬模塊，對施工方案進行實時、交互和逼真的模擬，進而對已有的施工方案進行驗證、優化以及完善，在施工模擬中能夠預知到實際施工可能出現的問題，進而提前做好預防措施，避免以及減少返工和資源浪費現象，優化施工方案，整個過程先是通過BIM建模，然后組建虛擬施工環境，設定運動關系以及運動順序，執行定義好的程序進行施工模擬，模擬結束后給出相應的模擬結果分析，如果滿足要求則轉入綜合分析，判斷施工方案是否最優，若是則確定為最優方案，若不是，則選用其他方案重新進行運動關系和運動順序的設定，再次執行模擬，若結果不滿足要求，則調整參數或調整方案，重復上述步驟，循環模擬，直至找到最優施工方案。

3.4 協調水、電、暖管線

城市道路設計中一個比較大的難點是地下管線的協調問題，需要基于BIM構建相應的管線模型，并整合為一體。為了確保管線布置科學合理，必須要進行碰撞檢測，一般采取多專業綜合碰撞檢測（注意，各專業構建好模型后，需要各自完成各自專業模型的碰撞檢測），暖通、水電、道路、結構等各專業要協同進行綜合碰撞檢測，但是一個完整的城市道路模型實體數量龐大，排布復雜，如果一次全部碰撞檢測，可能需要超級計算機來進行，一般計算機可能會非常慢，因此為了提高效率，一般要求在完成功能前提下，盡量減少顯示實體的數量，進而快速得到碰撞檢測結果，然后根據碰撞檢測結果去優化水、電、暖管線布置方案，確保最優。

3.5 統計工程量

在BIM模型中已經被賦予了具體的物理參數，包括材料的情況，要達到的性能要求等等，因此，可以基于BIM模型，在模型表單屬性中設置好項目參數以及計算公式，即可直接輸出工程量。

4 BIM技術在道路設計中的發展前景和趨勢

4.1 發展前景

目前BIM技術在城市道路設計當中的應用尚處在探索階段，實踐成果還比較少，在具體應用可以參考的范例不多，但并不妨礙BIM技術在工程領域特別是在城市道路設計當中的發展前景，目前若解決了人才、標準、設計軟件等幾個方面的瓶頸，BIM技術在城市道路設計中得到大力推廣和應用，必定成為制定方案和解決問題的主流。

4.2 發展趨勢

BIM技術在建筑行業已經得到廣泛應用，但在城市道路設計方面應用相對較少。按照當前技術進步速度來看，BIM相關軟件已經出現了很多種，國內也有自主研發的BIM軟件，集約化程度也非常高，加上VR、4D等技術的應用，在城市道路設計中，有望利用BIM實現基于虛擬現實，實現更為逼真的三維可視化設計，三維可視化施工模擬，以及更為高效準確的碰撞檢測。BIM已成為設計、施工等行業不可或缺的技術手段。

5 結束語

城市道路設計，應用BIM技術還處在比較初級的階段，在道路精細化設計方面還存在一些短板，容易形成木桶效應，因此有必要進一步思考如何將BIM技術的協同設計優勢發揮出來，進而提高城市道路設計質量與效率。

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