BIM技術(shù)在市政工程中的應(yīng)用研究綜述

馬文琪，趙杰，馬汝杰

（山東省交通規(guī)劃設(shè)計院集團有限公司全壽命周期BIM 技術(shù)應(yīng)用研發(fā)中心，濟南 250031）

1 引言

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things，IoT)等現(xiàn)代化信息設(shè)備的出現(xiàn)和發(fā)展，有效推動了基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化發(fā)展進程。市政工程作為現(xiàn)代化城市的重要組成部分，智能化建設(shè)管理的需求也逐漸提高，利用BIM 技術(shù)提升市政工程數(shù)字化水平，實現(xiàn)全要素、全周期管理成為當(dāng)下研究的熱點話題。

本文以CNKI 數(shù)據(jù)庫收錄的相關(guān)文獻為研究基礎(chǔ)，從市政道路、綜合管廊、管線綜合、GIS+BIM 等技術(shù)的融合應(yīng)用4個方向?qū)ο嚓P(guān)文獻進行綜述歸類，然后針對我國市政工程BIM 技術(shù)應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀提出建議，為BIM 技術(shù)在市政工程中的發(fā)展研究提供參考。

2 文獻統(tǒng)計與分析

以中文關(guān)鍵詞“BIM”和“市政”，英文關(guān)鍵詞“BIM”和“municipal”分別對CNKI 數(shù)據(jù)庫進行檢索，通過對文獻進行篩選整理，得到2010—2020 年，共有相關(guān)中文文獻828 篇、英文文獻230 篇。分別從文獻發(fā)表數(shù)量、主題分布進行分析梳理。

2.1 文獻發(fā)表數(shù)量

從國內(nèi)外近10 年的文獻發(fā)表數(shù)量統(tǒng)計（見圖1）可以看出，BIM 技術(shù)在市政工程中的應(yīng)用相關(guān)成果數(shù)量總體呈遞增的趨勢；從國內(nèi)文獻統(tǒng)計來看，BIM 技術(shù)在市政工程中的應(yīng)用研究成果自2015 年至2017 年得到快速發(fā)展；2018 年，“積極探索BIM 技術(shù)向城市治理、市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等領(lǐng)域的拓展應(yīng)用”等相關(guān)政策[1]的提出，進一步推進BIM 技術(shù)應(yīng)用研究。英文文獻的發(fā)表數(shù)量在2017 年和2019 年較上一年出現(xiàn)成倍增長。總體來看，BIM 技術(shù)在市政工程中的應(yīng)用研究正處于快速發(fā)展階段。

圖1 2010—2020 年文獻發(fā)表數(shù)量統(tǒng)計

2.2 文獻主題分布

使用VOSviewer 軟件對相關(guān)文獻進行高頻關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析，結(jié)果分別如圖2 和圖3 所示。由圖2 可知，相關(guān)英文文獻的研究成果主要集中在architecture design（設(shè)計）、construction（建設(shè)） 階段，對于BIM 技術(shù)的應(yīng)用主要包括geographic information system（地理信息系統(tǒng)GIS）、utility tunnels（綜合管廊）以及基于模型的分析應(yīng)用等；由圖3 可知，國內(nèi)相關(guān)研究領(lǐng)域分布較廣泛，在市政道路、橋梁、隧道、管線、綜合管廊等方向均有相關(guān)成果。按工程階段劃分，BIM 技術(shù)應(yīng)用研究主要集中在設(shè)計和施工階段。總體來看，GIS+BIM 等技術(shù)的融合在市政工程中已展開應(yīng)用研究，基于BIM 技術(shù)實現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施協(xié)同設(shè)計、全生命周期管理成為市政工程發(fā)展的目標(biāo)，綜合管廊成為市政工程未來重要發(fā)展方向，市政工程信息化將促進智慧城市建設(shè)發(fā)展。

圖2 英文關(guān)鍵詞共現(xiàn)知識圖譜

圖3 中文關(guān)鍵詞共現(xiàn)知識圖譜

3 BIM技術(shù)在市政工程中的應(yīng)用文獻綜述

根據(jù)市政工程中BIM 技術(shù)應(yīng)用研究成果分類及熱點方向，從市政道路、綜合管廊、管線綜合、GIS+BIM 融合應(yīng)用4 個方向進行綜述分析，為BIM 技術(shù)在市政工程全生命周期中的發(fā)展提供參考。

3.1 BIM技術(shù)在市政道路工程中的應(yīng)用

BIM 技術(shù)在市政道路工程設(shè)計階段的應(yīng)用主要包括通過三維表達方式體現(xiàn)設(shè)計意圖[2]，輔助設(shè)計方案論證、優(yōu)化；應(yīng)用精細(xì)化BIM 模型實現(xiàn)土方工程量精準(zhǔn)計算[3]；通過碰撞檢查、視距分析、駕駛模擬等開展模型應(yīng)用研究[4]，深化設(shè)計，提升設(shè)計質(zhì)量。對于道路BIM 模型參數(shù)化設(shè)計的研究，學(xué)者通過不同的三維圖形平臺詳細(xì)研究了地形、道路、橋梁、隧道等模型的創(chuàng)建方法，總結(jié)市政道路BIM 模型的創(chuàng)建設(shè)計流程[5-7]。施工階段，BIM 技術(shù)主要用于交通組織方案優(yōu)化[8]、施工模擬[9]以及基于協(xié)同平臺的數(shù)據(jù)共享、質(zhì)量安全管理、圖文管理等[10]。

3.2 BIM技術(shù)在綜合管廊中的應(yīng)用

自2016 年，BIM 技術(shù)在綜合管廊中的應(yīng)用研究文獻數(shù)量呈快速增長的趨勢[11]。在BIM 模型創(chuàng)建方法上，除基于常用三維圖形平臺探究模型創(chuàng)建流程外[12,13]，馬浩[14]采用Revit 創(chuàng)建構(gòu)件庫、通過API 程序接口開發(fā)綜合管廊模塊，實現(xiàn)綜合管廊中的快速設(shè)計及信息管理；鴻業(yè)公司則發(fā)布國產(chǎn)綜合管廊設(shè)計系統(tǒng)，集設(shè)計、出圖、算量等功能于一體，提升綜合管廊設(shè)計效率。

相比于綜合管廊的規(guī)劃建設(shè)，學(xué)者們更加關(guān)注運維階段BIM 技術(shù)的應(yīng)用。基于BIM、GIS、IoT 等技術(shù)的集成，構(gòu)建城市地下綜合管廊運維管理平臺，實現(xiàn)運維信息的數(shù)據(jù)化、可視化、智能化是目前主要的研究方向[15-18]。我國現(xiàn)階段管廊建設(shè)正處于研究初、中期，處于運維階段的管廊較少，因此運維管理平臺的落地應(yīng)用尚需進一步探究。

3.3 BIM技術(shù)在市政管線綜合中的應(yīng)用

地下管線的協(xié)同設(shè)計及建模研究已有多位學(xué)者通過不同的軟件實現(xiàn)，目前使用較成熟的設(shè)計軟件包括Autodesk 公司開發(fā)Autodesk Civil 3D 軟件、Bentley 平臺的SUE 以及鴻業(yè)公司開發(fā)的鴻業(yè)三維智能管線設(shè)計系列軟件[19，20]；多篇論文中也提出在既有三維建模軟件上進行二次開發(fā)，實現(xiàn)地下管線的三維自動建模研究[21,22]。此外，學(xué)者們還從管線綜合BIM 標(biāo)準(zhǔn)制定、碰撞檢查、工程算量[23-25]等方面探索BIM 技術(shù)應(yīng)用價值。

3.4 GIS+BIM等技術(shù)融合應(yīng)用

關(guān)于GIS 與BIM 技術(shù)的融合應(yīng)用，學(xué)者們已進行大量研究，通過數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)微觀和宏觀關(guān)聯(lián)整合，最終實現(xiàn)多領(lǐng)域的協(xié)同深化應(yīng)用[26]。

在規(guī)劃設(shè)計階段，學(xué)者們基于無人機傾斜攝影提供的實景三維模型與BIM 模型結(jié)合，通過視距分析等詳細(xì)功能評價，改善和優(yōu)化道路設(shè)計方案[27]。在施工運維階段，GIS+BIM的集成應(yīng)用體現(xiàn)在地下管網(wǎng)、綜合管廊、市政路橋等數(shù)據(jù)的可視化以及動態(tài)化管理[28]。目前，學(xué)者主要從市政工程全生命周期一體化建設(shè)管理的角度出發(fā)，開發(fā)市政工程規(guī)劃、建設(shè)、管理一體化平臺，可實現(xiàn)多階段數(shù)據(jù)的信息集成，實現(xiàn)施工質(zhì)量、進度、安全、人員、物資等的可視化管理[29,30]；隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，開展運維階段系統(tǒng)架構(gòu)研究及平臺開發(fā)成為當(dāng)下研究熱點[31]，依托運維管理系統(tǒng)，通過日常監(jiān)測、災(zāi)害定位、維修模擬等功能，最終實現(xiàn)智慧化運維目標(biāo)[32]。

4 結(jié)語

BIM 技術(shù)在市政工程各專業(yè)的應(yīng)用已取得較多創(chuàng)新性成果，但還存在沒有形成標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用流程、在建模工具上主要依賴國外基礎(chǔ)圖形平臺，這制約了BIM 技術(shù)發(fā)揮其最大價值，也制約了BIM 技術(shù)的發(fā)展。從市政工程全生命周期協(xié)同管理的角度，給出以下建議：

1）加快制定市政工程各專業(yè)BIM 技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。目前，市政工程BIM 模型統(tǒng)一的交付標(biāo)準(zhǔn)尚未制定，且設(shè)計施工各階段的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)流程尚未建立，BIM 技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的制定有助于BIM 技術(shù)深入應(yīng)用并充分發(fā)揮其價值。

2）深化BIM+GIS+IoT 等技術(shù)的融合。通過BIM+GIS+IoT等技術(shù)的融合應(yīng)用，將實現(xiàn)BIM 模型與現(xiàn)實世界的共享與交換，有效推動數(shù)字城市構(gòu)建與發(fā)展。

3）重視國產(chǎn)三維軟件研發(fā)。城市道路、地下管線、綜合管廊的BIM 模型創(chuàng)建，成熟易用的國產(chǎn)軟件是推動市政工程數(shù)字化的基礎(chǔ)，加快國產(chǎn)軟件研發(fā)，從而促進市政行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能化發(fā)展。