基于BIM技術的市政道路橋梁設計探究

高紅娜

摘 要 BIM是一種多維信息模型集成管理技術，為技術人員在方案設計、施工進度管理、運行維護等方面提供了準確分析和科學決策的便利。本文首先簡要介紹了BIM技術的概念、特點和設計平臺，然后闡述了在路橋設計階段，BIM技術在勘察、設計、造價、產出等方面應用的具體內容，為BIM在路橋領域的推廣提供參考。BIM技術發展迅速，在一些工程領域取得了可喜的成果，但其在市政道路交通工程中的應用起步較晚，應用程度不高。以BIM技術為基礎，闡述了BIM軟件在市政道路交通工程中的應用方法和操作流程，有效地促進了BIM技術在市政道路交通工程中的進一步應用，為BIM技術的發展添磚加瓦。

關鍵詞 BIM技術 道路橋梁設計 數字三維模型

中圖分類號：U442 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2021）04-0011-02

BIM技術的應用從最初的設計階段延伸到施工階段，為項目施工管理的各個階段提供了強有力的技術支持，對整個建筑行業傳統工作流程產生了巨大的影響和變化，對工程監理也產生了深遠的影響。隨著城市化進程的加快，城市工程建設更加完善和復雜。因此，對市政工程質量的要求也有了明顯提高。市政工程建設周期長，專業范圍廣，節點工程復雜。將建筑信息模型（BIM）技術引入市政工程建設中，可以有效地提高項目管理效率，保證工程質量。

1 BIM技術概述

1.1 BIM技術概念

BIM技術全名建筑信息建模，中文翻譯的信息模型，是指建立數字三維模型，以方便所有參與項目設計、施工和運營的各方完善施工方案的全生命周期、施工進度計劃等信息管理技術。因此，BIM是一個基于三維數字模型的共享平臺，是多種軟件的集成使用，是信息傳輸的方便介質。其核心目的是促進各方的協同工作，提高工作效率和質量。

BIM具有可視化、協調性、模擬性、優化性和繪圖性等優點，能有效避免實際施工與設計的不一致，大大提高工作效率和精度。它在住宅建設領域發展迅速，優勢明顯，但在市政道路工程中應用較少，更多的只是處于探索和模型化階段。市政道路工程專業較多，即使是一個小項目，也需要多個BIM軟件協同工作才能達到預期效果[1]。

1.2 BIM技術特點

BIM技術具有以下五個特點：（1）統一。統一是BIM技術的核心。隨著工程規模的擴大和專業的細分，絕大多數項目需要來自不同專業的大量人員進行合作。傳統工程中，項目按專業細分，專業人員在自己的專業領域自行設計實施，造成信息兼容性差、管理難度大，同一信息在不同的方多次創建和修改后無法識別。為此，本文提出了BIM技術。首先建立了數字三維模型，然后在此模型上構建了所有后續的設計和實現信息，實現了格式與理解的統一;（2）集中。BIM技術平臺建立后，各專業人員在BIM技術平臺上進行設計與實現;（3）信息共享的多鏈路、多層次、多通道數據的集中管理和存儲。在項目實施過程中，各專業人員的前后流程存在差異。此時，信息的高效流動需要實現信息的順暢共享。在第一次模擬考試中，BIM技術可以在同一模型下創建和修改各種信息，從而使其在不同的參與者之間非常順暢地流動。項目經理也非常方便地對項目進行實時管理，發現項目問題，這大大提高了不同專業之間的協作能力;（4）信息壓縮。項目各專業實施環節在各個階段都需要包含與之相關的所有信息，這使得信息復雜、重復，管理難度很大。BIM技術由專業人員在同一平臺上完成。專業人員只需建立和修改與自己專業相關的信息，從而實現了信息的有效壓縮;（5）相關性。信息的相關性是促進管理者管理項目的重要渠道。BIM技術模型實現了構件信息在設計中的相關性，便于模型的后期修改。

2 BIM技術在路橋設計中的應用

2.1 地質勘察

路橋工程具有跨度大、分區分布的特點。沿線地形、工程地質條件差異復雜，將對線路設計、橋梁選型、隧道施工產生重要影響。因此，將BIM技術應用于路橋工程地質勘察測量中是十分必要的。應用BIM技術建立地質環境數字化三維地質模型，實現真實環境的可視化，清晰直觀地顯示地質構造和水文地質環境，供設計和管理人員使用，在準確分析地質問題的基礎上，設計合理的方案。同時，基于統一的平臺，便于人員在勘察、設計、施工等方面進行有效溝通，降低工程風險。將BIM技術應用于地形、水系、建筑物、管線的綜合管理，實現模型建筑環境的可視化，方便工作人員分析高程、坡度、水域等要素，為道路線型和橋梁跨徑的合理布置提供了條件。值得一提的是，隨著高精度測量設備的快速更新，航空影像、三維激光掃描、遙測等高精度數據也將為模擬BIM技術提供條件[2]。

2.2 方案比較

路橋工程是一種財政性投資項目，可行性研究報告決定了項目的批準和實施。在編制和論證可行性研究報告時，將涉及總體規劃、國土資源、環保、區域規劃等多個管理部門和其他相關專業人員，對經濟、社會、生態環境、土地、能源消耗等相關指標進行綜合評價和比較，從而做出決策。在這個環節上，專業性和關注點有很大的區別。如何有效溝通，形成統一的認識，是傳統方案面臨的難題。BIM技術在三維可視化、信息數據庫集成和多方協作等方面具有先天優勢。在路橋工程可行性研究階段，充分運用BIM技術進行社會經濟環境信息化建設、發展要素調整、規劃投資研究、虛擬仿真、可視化模型建立等，以便于決策，為路橋建設的必要性和可行性分析提供了更為科學有力的途徑。

2.3 三維可視化設計與建模

BIM三維模型包含了工程的物理幾何、功能結構等豐富信息，集成了各種仿真軟件，具有較強的可視化能力。應用BIM技術可以實現道路交叉口和互通式立交匝道的三維顯示和動態更新，幫助工作人員充分利用土建單元，根據車行道、人行道等內置組件直觀地改變道路橫斷面輸入參數，實現道路模型的快速修改，基于施工圖的實時更新功能，為設計人員實現快捷方便的優化設計[3]。設計和施工過程的實時更新，為結構沖突的檢測分析和可施工性分析提供了條件，保證了施工問題的及時解決。

2.4 工程量及費用計算

在傳統的道路設計中，成本是根據工程量和定額人工計算的。閱讀圖紙和手工計算工作量要花很多時間。同時也存在計算精度差、工作效率低等問題。將BIM技術應用于路橋工程中，可以自然生成整條道路的路面工程、路基土石方、橋涵工程等數據，造價人員可以直接統計工程量數據，快速準確地完成造價計算。針對路線重新設計問題，只需更新道路模型即可實現構件信息的快速調整，大大提高了工作效率，使成本計算更加透明和規范。

2.5 圖紙自動輸出

BIM技術將傳統的二維設計形式從設計圖紙轉變為造型，將徹底解決施工圖不能很好地表達設計者意圖的問題，大大減少遺漏、錯誤等問題的發生，減少設計變更引起的圖紙修改工作量。通過BIM技術的應用，設計人員在完成路橋三維模型施工后，可以根據模型直接生成工程所需的相關圖紙，并具有放大詳圖尺寸的能力，實現圖紙輸出的全自動化[4]。

2.6 協同設計

BIM技術的核心是方便的協同設計。BIM技術最大的特點是實現統一，即實現多專業、多格式的統一，為協同設計奠定了基礎。將BIM技術應用于路橋設計中，可以使工程各專業在同一平臺上協同工作。如道路工程師完成道路路線設計后，直接將地形標高、路線走向、縱橫斷面等信息傳遞給橋梁工程師，為橋梁工程師設計橋梁、涵洞等構造物提供便利條件。道路規劃師完成道路和管線的規劃設計后，可以將道路信息直接傳遞給建筑、管道、樁基等專業設計人員，在共享信息的基礎上完成多學科綜合市政設計。此外，BIM技術在協同設計中的優勢也體現在碰撞檢測上[5]。例如，道路工程師修改道路設計后，模型中與橋梁工程師相關的橋涵信息會實時更新，幫助工程師在下一個環節及時完成相應的修改。

3 結語

隨著市政道路橋梁工程的發展，傳統的設計方法已不能滿足當今的需要。BIM技術的出現，統一協同設計的實現，成本的高效計算和三維可視化的可視化顯示，極大地促進了設計方案的透明化和施工可視化的進步。BIM技術為道路橋梁、建筑結構、水利工程等行業帶來無限發展機遇。設計師應充分學習BIM技術，并在實踐中應用，共同努力，提高我國的建設水平。當然，BIM技術也是一種新技術，工程問題是必然的，在應用中應做總結和歸納。

引入BIM概念，根據項目應用特點，合理地應用BIM軟件，直觀地表達項目，使方案設計的效率得到很大提高。由于BIM的協調性和繪圖能力，模型是一個整體，只要修改模型對應位置，就可以節省繁瑣的圖紙修改時間，工程師們就可以從機械圖紙修改工作中解放出來，做更有意義的事情。

近年來，BIM一直在如火如荼地進行。它可以解決工程中的一些問題，但也在一定程度上以形式漂浮，這一結果有很多原因，就個人體驗提出一些看法和建議：

（1）目前BIM軟件集成度不高，功能不完善。即使是一個簡單的項目也需要三種以上的軟件來完成。在某些情況下，現有軟件可能難以滿足，因此有必要進行二次開發。對于沒有編程基礎的工程師來說，仍然很難，軟件的學習和應用還有很長的路要走。

（2）要改變傳統的工程設計思想，適應BIM解決實際問題的總體信息觀念。

（3）BIM元素族、構件、模板等需要長期積累，才能真正提高設計效率。

（4）設計條件的輸入和設計結果的輸出需要項目各方的配合和標準的制定，才能順利傳遞信息數據。

參考文獻：

[1] 李瑞云.BIM技術在公路橋梁設計中的應用[J].交通世界，2020（20）：128-129.

[2] 董君，王志赫.高速公路工程建設中對BIM技術的應用實踐[J].公路工程，2017（04）：1-3.

[3] 劉智敏，王英，孫靜，等.BIM技術在公路橋梁設計階段的應用研究[J].北京交通大學學報，2015（06）：80-84.

[4] 王蒙，李軍華.BIM技術在公路橋梁施工階段的應用[J].公路交通科技（應用技術版），2018（10）：61-64.

[5] 解曉明.BIM技術在山區公路工程項目全壽命周期管理中的應用[J].公路工程，2018（04）：296-300.