淺析BIM技術在市政道路設計中的運用

肖春和

(蘭州有色冶金設計研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000)

市政道路設計，是一項復雜的工程，涉及到的內容相對較多，包括各類管線管網，容易造成其他工程的質量問題，亟須改變與完善。基于此，本文對BIM技術在市政道路設計中的運用進行分析，旨在提高道路的設計質量，確保市政道路的服務能力，積極推動居民的出行質量[1]。

1 BIM技術的優勢

1.1 實現更大程度的設計自動化

現在行業內主流道路BIM設計軟件均以實現道路設計時的平縱橫聯動。平面線形指標、縱斷面線形指標以及橫斷面指標以上三項設計內容中的任意兩項均會在另外一項設計指標改變時同時變化，設計軟件會在此過程中檢查道路各項設計指標是否滿足相關規范要求，并以可視化窗口的形式輸出設計結果。相應的，最終的道路BIM模型也會隨之改變。

1.2 設計成果的可視化

基于高精度實測地形圖建立設計模型。通過對地形圖中高程點及等高線的處理，將該區域地形數字化，形成高精度的三維數字模型，利用相關軟件進行道路設計，最終設計成果可以以道路三維模型形式展示，在精細化設計的前提下，最終的設計成果模型與現場施工成果基本一致。在設計成果模型中加入施工進度控制和成本控制便可形成基于BIM技術的5D模擬，該模型可有效為建設項目管理進行服務，確保項目的順利進行。

1.3 提前對接，減少設計變更

市政道路通常包含多個專業：道橋專業、給排水專業以及照明專業等。設計中各專業的沖突點基于設計人員的專業素養以及在設計過程中的綜合考慮來進行避免，對各專業設計人員要求較高。BIM設計則可較好處理各專業設計內容的結合：各專業設計過程及成果均通過BIM設計平臺實時顯示和更新，各專業沖突點一旦出現便可在三維模型中以各專業模型出現重合的形式顯示出來，也可通過后期的碰撞演算進行突顯，各專業設計人員可及時對設計內容進行調整，減少項目返工和變更的可能性。

1.4 各專業協同，縮短設計周期，節約成本

BIM設計中，各專業設計成果均在BIM平臺匯總顯示，相關專業進度一目了然。也從傳統的數據變成了數據+模型形式，較大的提高了設計成果的準確性和合規性。減少后期修改造成的時間浪費，節約項目設計成本。

2 BIM技術在市政道路設計中的應用

2.1 BIM技術在地形圖處理中的應用

BIM技術在地形圖的處理中，對高程點和等高線進行轉化，通過構建三角網，最終形成地形圖數據模型。傳統設計軟件對地形圖的處理只到三角網這一步，無法可視化的對項目地形走向進行顯示，設計人員需要對高程點進行比對，從而確定高程走向。對于較長道路而言，工程量巨大，而BIM技術所形成的三維地形則可以對地形的大體走向有較好的顯示，極大地減少了設計人員工程量。

2.2 BIM技術應用到道路選線中

選線是市政道路設計中的重點內容，較為優秀的選線可以使得道路各項指標較為協調合理，節省造價。選線合理與否，很大程度是由道路縱斷面指標和土方橫斷面決定的。然而，傳統選線時對道路沿線地形無法直觀評鑒，需多次選線結合實地放線，對選線成果進行評價比選，方可初步確定。但是，傳統選線無法實現對橫斷面的實時查看，需要線形選定后，對道路進行初步設計，才能得出相關橫斷面數據。假如項目投資規模較小，對道路工程規模限制較大時，需依據道路縱斷面和土方橫斷面情況對中心線進行調整，有時需要對平面線形進行多次調整，設計人員工程量較大，工作效率低下。引入BIM設計后平、縱、橫設計三者可以同時聯動，在圖上選線后，依據地形圖對道路縱斷面進行初步設計后，BIM設計平臺便可以對道路橫斷面進行實時顯示，在改變其中一項時其他兩項可以同時改變，并以圖形形式直觀顯示，如圖1所示。設計人員在選線時可以獲得更多信息進行綜合考慮，設計成果質量較高，項目規模與投資較為合理。

圖1 道路平面、縱斷面以及橫斷面聯動設計

2.3 道路縱斷面設計中的BIM技術

道路縱斷面設計對道路行車舒適及安全影響較大，BIM技術可以應用到道路縱斷面的設計中，能有效提高設計效率，降低人為操作造成的隱患。市政道路設計中，需要結合實際參數，保證縱斷面的設計效果。在實際設計中，確實存在符合度相對較低的問題，影響了道路縱斷面的設計水平。而通過BIM技術的支持，可以直接對現有的BIM三維立體模型進行設計，在滿足當前道路等級相關技術規范的前提下，保證土方橫斷面較為合理，從而保證設計的水平。而且設計還可以根據實際實施情況，進行調整更改，同時對后續橫斷面設計成果有較小影響，從而保證項目的設計進度。如果設計方案要修改的話，使用BIM技術還可以生成相應的設計方案，進而有效提高設計效率，減少設計時間、設計壓力，進一步確保設計質量。

2.4 道路建模設計中的應用

BIM技術可應用到道路建模設計中，傳統道路建模設計主要是利用CAD等技術，實現三維建模。但是，這類建模的難度相對較高，甚至還會影響建模速度，不利于市政道路的施工。所以可利用BIM技術，不僅能保證橫斷面和縱斷面匹配，還能根據市政道路的實際需求，完成模型的相關改動，具有效率相對較高的特點，符合當前市政道路施工的需求。結合項目建設地正射影像，可以對道路建成后區域狀況進行數字模擬，直觀顯示道路建設對地塊劃分、區域功能提升以及項目所在地自然、社會環境的改變。分析項目前期交通量調查成果，對擬建道路行駛車輛類型及數量進行設置，綜合考慮建設地交通信號燈行止時長設置習慣，可以對道路建成后交通行駛情況進行模擬，由于現下各BIM平臺均無法對交通量進行分時段設置，所以僅能模擬高峰時期道路交通情況，擬建道路建成后高峰時段車輛行駛情況進行簡單模擬，較為直觀的體現擬建道路對相關區域交通提升及改善的情況，并可以對擬建道路交通信號燈時長設置依據道路車輛限行進行反向論證，為當地交通管理部門提供相關調整依據。另外，BIM技術應用到道路建模中，不僅能提高建模的速度，還能縮減建模的時間，主要是對已有的道路信息進行導入，進而產出相關模型，減少人工操作的繁瑣流程。

3 設計中的應用實例

為進一步分析市政道路設計中的BIM技術，本文結合某一具體的工程項目，研究分析BIM技術的實際應用。本工程為一條市政道路，道路全長4742.008m， 道路等級為主干路，道路紅線寬度為36m，橫斷面形式為4.5m(人行道)+4.0m(非機動車道)+2.0m(機非分隔帶)+15.0m(機動車道)+2.0m(機非分隔帶)+4.0m(非機動車道)+4.5m(人行道)=36.0m，雙向4車道，設計速度為60km/h。為保證本工程的順利完成，本文在實際的道路設計中，將BIM技術應用到道路設計中，進而全面地提高了設計效率，確保設計與實際施工環境相符合。

3.1 項目設計過程

建設單位在項目設計前提供了1∶500道路帶狀地形圖及項目地勘報告。依據建設單位意見，設計人員對道路進行了初步建模，對道路景觀、交通規劃以及紅線外建筑進行了設計，最終形成3D漫游成果。以可視化形式向建設單位展示道路預期效果。

通過對道路地勘報告數字化，BIM設計軟件可對道路制造情況進行簡單表達，對道路各路段地基處理情況可以以橫斷面剖面形式進行顯示，并統計相關工程數量。

道路模型對本項目建設內容及設計指標更具有直觀性，并且同步顯示道路下敷設管線及涵洞情況，通過軟件計算可明確標注出每處管道管徑、埋深以及與其他管道的平距。項目各專業設計成果相互關系一目了然。

圖2 BIM設計成果

3.2 項目實施效果

通過BIM技術的應用，有效提高了設計效率，使得后續的改造設計更加符合實際需求，確保改造設計的效率和質量，都有顯著的提升。在道路設計中，引入BIM技術，使設計效率有明顯提升，設計整體水平也得到改善，這個方案具有較好的經濟性價值和技術性價值，符合實際工程需求，保證了施工進度。

實際設計時，BIM技術的應用提高了設計的效率、精準度。同時，BIM技術的應用設計中，運用BIM技術可以實現對道路碰撞的研究，盡可能的避免碰撞問題的出現，從而提高設計質量。

另外，可實現對工程整體的技術模擬。例如BIM的5D模擬，可實現對工程全過程的模擬，能在設計階段就了解質量控制和成本控制的基本信息，從而完成相應的成本和質量的控制措施設計，保證工程后續的順利進行。

在道路橫斷面和縱斷面的設計中，通過BIM技術的應用，有效地提高了縱斷面和橫斷面的設計效率，減少了不合理的設計問題，并提高了縱斷面和橫斷面的設計質量，確保其符合實際施工需求。有效提高設計的可行性和可信性。另外，在道路碰撞研究中，通過BIM技術實現對道路模型的建設模型分析，是否和道路周邊的管網、管線等發生碰撞，如果出現碰撞點，要針對該碰撞點作出相應的優化，從而保證后續施工質量。

除此之外，在本工程的道路設計中，使用BIM技術，可全面提高設計效率，并保證設計精度，減少設計過程中因為設計人員的技術問題，導致設計不符合施工需求。傳統工程設計中，變更的原因多為設計內容與項目實施情況不符，而變更的時間大部分發生在施工階段，設計人員處理此類問題時首先需要收集施工單位問題，然后在對問題有相當了解的基礎上對施工現場進行踏勘，最終確定設計變更。而基于BIM技術，設計完成后可以對項目施工進行模擬，在道路設計前置文件(數字化地形圖及道路地勘報告)較為準確的前提下，可以將諸多問題及時發現，在交付設計成果前將出現問題解決，能保證設計的效率。同時，BIM中設計更改不會給其他部分帶來影響，保證設計的可靠性，并推動設計變更的快速完成。在地形圖繪制中，使用BIM技術，可有效提高繪制效率。本文就選擇BIM技術，并將其運用到地形圖的繪制中，確保了地形圖的功能，滿足實際使用需求，有效提高工程項目的可靠性[4]。

4 結 語

本文對BIM技術在市政道路設計中的應用進行分析并結合實際，分析BIM技術應用到市政道路設計中對地形圖繪制、中線繪制、橫縱斷面設計以及道路建模中的應用。在這些領域中BIM技術的有效應用，可有效提高設計質量，并降低因為設計帶來的質量問題，全面推動設計的順利進行，提高設計的可靠性和可行性。確保市政道路的設計符合實際施工需求，不會因為技術因素和人員因素誘發的問題，導致施工無法順利進行，同時BIM技術還可以提高施工的質量，實現對項目的模擬，并根據模擬發現問題，并處置問題。同時還可以實現對進度的模擬，提高設計品質，保證市政道路的設計符合實際施工需求。由于現階段技術限制，BIM技術尚不對交通情況進行詳細模擬，無法對各時段交通情況進行詳細設置，也不能對駕駛員駕駛習慣進行模擬，交通模型較為粗糙，該方面技術尚待提高。