試析BIM 技術在城市道路設計中的優勢及應用

楊傳杰

（臨沂市市政工程建設管理服務中心，山東 臨沂 276002)

0 引言

隨著道路建設技術的進步，將BIM 技術用于路線圖、建筑結構等環節的設計，具有極大的優勢和不可替代的實際效果。在建設施工之后，BIM技術可以為項目提供足夠的信息。施工人員可以充分了解工程的目的和工程中各個環節的內容，有助于施工過程的有效開展，也為項目的完成奠定了堅實的基礎。本文就BIM 技術應用到城市道路設計的好處和用途展開討論。

1 BIM 技術在城市道路設計中的具體優勢

1.1 充分體現設計者的設計意圖

BIM 技術可以創建更直觀的3D 數據模型，有效地避免了相關的缺點。例如在現有的二維設計模式中無法更好地反映設計形狀，應用BIM 技術可以對城市道路建設的相關效果進行三維模擬，設計師和操作員可以清晰地感受到城市道路的建設效果，反映城市道路設計師的設計目標。

1.2 項目工作量計算快速準確

城市道路設計過程使用傳統的2D 設計技術（例如CAD）來估算當前的設計工作量，在路面技術和安全計算上往往會出現比較大的誤差。通過運用BIM 技術中的三維立體設計模塊，可以相當準確地了解長度、體積、面積等設計特征。基于準確的數據，可以實時相應地調整工作量，及時了解道路施工進度，因地制宜，高效及時派遣施工人員。

1.3 較強的模擬分析能力

在工程設計階段，項目采用BIM 技術的參數化建模，可以進行項目設施的快速建模和施工，以及BIM 框架下道路、橋梁、管網、綠化景觀照明的協調設計，提高項目效率。BIM 技術可呈現項目在初始設計階段完成后的影響，展示最終效果，可以從各個角度進行分析。這使設計師能夠在設計早期發現設計缺陷，并及時調整和改進項目計劃和概念，展現出BIM 技術在工程中強大的建模模擬和分析能力[1]。

1.4 模塊化

模塊化設計包括2 個級別。一個是對象現代化。源于面向設計的對象，將技術特征分離為單獨的對象，然后繼續開發設計，稱為對象現代化。二是設計模塊。典型的城市工程項目、項目建議書、實地調查、前期項目、建設項目等與項目深度都有一定的階段，按時間關系呈現。根據項目流程圖，它可以分解為設計階段的協作結果等等。

模塊設計和功能：該想法是共享模塊，并使用模塊之間的組合來創建開發的產品。通過工程設計，BIM 模塊化的概念在于它可以促進項目實施和創新，提高效率并促進協作，共享設計和變更加速，促進通用工程設計元素（擋土墻、橋梁等）的變更結果呈現。使用傳統的控制模塊可以降低項目風險，提高項目的可靠性和質量，能夠很好地提高項目效率。積累大量可復用的項目模塊，大大減少設計和修改的工作量，縮短項目周期，降低項目成本。現代化過程中，技術應用可以保持團隊之間的不同分工，不同團隊之間的信息接口，促進不同團隊之間的專業設計和協作。

2 傳統道路設計中存在的難題

2.1 道路設計成果的展現具有一定難度

道路工程包括管道、橋梁、交通和路燈等附屬結構。道路圖紙主要是橫斷面、縱剖面、大比例尺等的設計，但是道路設計成果的展現具有一定難度。道路建設項目可能會提供可視化，但不能完全反映整個道路建設項目的整體設計特征，可視化可能不準確[2-3]。

2.2 變更時調整工作量較大，易出現錯漏

在傳統的道路設計流程中，設計軟件通常以藍圖為基礎，所以工程中的每個點都必須單獨保存在一個單獨的文件中，使這些文件之間沒有強聯系。這種情況增加了設計負擔，使設計變得更加困難。做變更時，需要調整所有相關的子文件夾，設計師只能人為地感知這種調整。調整工作量較大，很有可能會導致錯誤或遺漏。

2.3 不能直接應用在運行維護階段

目前，道路施工完成后，建設部門通常會制做規定的圖紙給相關部門使用，并對工程圖和相關圖紙進行維護和管理。雖然平面圖的內容很重要，但圖像的內容很難直接使用。城市道路的養護是一個系統工程，日常維護中包含很多材料，不同材料的單位也不同。相對分散的紙張設計在維護系統方面顯然沒有優勢。由于上述問題，道路建設項目水平提升有限，影響了道路的運行和維護。

3 BIM 技術在城市道路設計中的應用

3.1 項目區域地形圖處理

通過將BIM 技術集成到城市道路設計環節中，可以監控現場條件，并分析和整合測量數據，為創建項目計劃和施工圖提供真實而全面的基礎。另外，由于BIM 技術結構是立體顯示的，可以從上方看到，這樣在確定道路建設方向時，可以根據場地地形，規劃準確的路線，準確計算各種規劃項目的體積，為路線選擇創造有利條件。

3.2 管線設計

隨著城市物質消耗和垃圾管理問題日益增多，城市道路設計的地下排水工程也應考慮。主要的問題是下雨天不能按時排走雨水、生活污水處理不當及地下管線老化更換。在現有項目的建設過程中，目前使用的技術故障，導致管道任務重復，不僅挫傷了施工人員的積極性，還增加了費用開支。BIM 技術完整的管道設計可以通過主動測試管道系統，并返回發現的信息以供審核，從而減少不必要的小路段浪費設計時間和精力，降低成本，節省開支。

3.3 道路中心線繪制

道路中心線繪制是城市道路設計非常重要的一部分，設計過程涉及很多方面。需要根據城市道路工程設計標準的各項指標，采用有效的方法對每條曲線的基本要素，如導軌的長度和半徑、曲線的長度等進行修正和優化，要研究討論道路中心線的特點和條件。對齊后，中心線必須包含在3D 地形圖中，道路的中心線在3D 地形圖上轉換為多條線。

3.4 多專業協同設計

數字技術是BIM 模型的技術核心，對于標準的數據值，可以在此基礎上開啟協同設計的平臺，讓各行各業一起使用計算機終端設備的平臺來進行項目的合作開發，從而提高道路施工設備的設計精度和效率。此外，虛擬現實（VR）技術和現實（AR）技術可用于獲得額外的效果。

3.5 碰撞檢查

在項目申請階段，通過集成道路、管道、橋梁等專業的BIM 模型，觀察管道基礎、其他元素和結構之間的空間定位情況，并進行適當的碰撞檢查。通過創建凹管模型和局部橋梁上部結構鋼筋模型，可以控制鋼筋之間的碰撞，并加速施工。

3.6 道路橫斷面設計工作中BIM 技術的應用

當前城市建設加速，車輛數量增加，道路越來越擁堵，道路工程的集約化發展直接影響到城市道路建設的科學性。通常，項目的主要設計工作與特定的設計條件相關，例如車輛通行道路的建設和寬度、與高速公路相連的人行道以及常見的相關設施。BIM 技術的應用，可以更好地預測交通流量，并執行交通模擬任務，以方便正確選擇路段，通過適當的軟件分析，科學地選擇道路建設和施工。

3.7 道路縱斷面的設計與繪圖

通過軟件輸入當前地平面坐標以及街道上的地面高程，使用項目軟件創建完整地面參考線，嚴格遵守關于建筑和技術標準要求。由于道路縱斷面的坡度始終根據項目的整體設計進行調整，因此設計人員必須了解BIM 技術在設計流程中的數據變化，并相應地調整坡度線，對擬建工程縱斷面的結構要求和標準進行靈活動態調整，確保結構縱斷面的合理性。在道路縱斷面設計結束時，將坡度線保存為縱斷面曲線文件，并創建施工縱斷面圖。

3.8 正向設計出圖

在復雜的城市道路設計的過程中，實際項目建設通常很難在2D 圖紙中表示出來，從而導致設計偏離項目目標。BIM 立體圖像處理模型，可以直觀地用3D 結構和設計意圖來表達項目目標。項目可以通過積極探索BIM 技術與城市道路設計相結合，直觀地用3D 結構來傳達項目的意圖和想法，克服了設計與施工之間的溝通障礙（圖1），更好地提升施工的效率，提高城市道路設計的質量[4-5]。

圖1 人行天橋BIM 模型

4 結束語

隨著我國經濟的快速發展，城市發展的規模不斷加大，基礎設施建設的投入也不斷增加。在城市道路設計中，充分利用BIM 技術，從總體上提高城市發展的質量和水平，不斷改善市民的出行條件，在城市道路-傳輸科技發展中發揮重要作用。此外，隨著我國城市道路型建設工作的不斷加強，其他地下相關工程的發展也應得到重視，充分利用BIM 技術來優化和完善城市道路設計。