BIM在市政道路建設(shè)中的應(yīng)用模式分析

周挺

隨著我國(guó)社會(huì)與經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，市政道路工程項(xiàng)目的規(guī)模和復(fù)雜度越來(lái)越高，傳統(tǒng)的二維圖紙?jiān)O(shè)計(jì)+粗放式管理模式的弊端也日益凸顯，信息化發(fā)展已是必然。BIM作為一種新興智能輔助技術(shù)和管理工具正推動(dòng)著工程設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)營(yíng)維護(hù)等多方面的變革，由其驅(qū)動(dòng)的智能建造與精細(xì)化設(shè)計(jì)已成為提升工程建設(shè)績(jī)效和企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的重要手段。本文以市政道路工程為背景，探索了BIM技術(shù)在市政道路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用的難點(diǎn)、解決方案和應(yīng)用方向。

BIM是建筑信息模型的縮寫，它將工程中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)化為模型，并將施工項(xiàng)目的實(shí)際情況真實(shí)地模擬出來(lái)。其直觀、高效、協(xié)同、精確等特點(diǎn)，有利于城市道路建設(shè)管理的精細(xì)化。在市政道路的建設(shè)中，BIM在協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)工作，提高設(shè)計(jì)精確度，提升施工各方協(xié)同效率，把控施工的進(jìn)度質(zhì)量等方面起到關(guān)鍵作用。目前，BIM在市政建設(shè)領(lǐng)域的應(yīng)用程度較低，但其優(yōu)勢(shì)明顯，發(fā)展前景廣闊。本文將就BIM在市政道路領(lǐng)域的應(yīng)用難點(diǎn)進(jìn)行分析，并結(jié)合紹興智慧快速路BIM全生命周期大數(shù)據(jù)管理平臺(tái)項(xiàng)目中的應(yīng)用案例和經(jīng)驗(yàn)提出解決方案及應(yīng)用點(diǎn)。

一、紹興市快速路BIM全生命周期大數(shù)據(jù)管理平臺(tái)

紹興市智慧快速路工程建設(shè)路段是紹興市城市快速路網(wǎng)布局中的重要組成部分，施工涵蓋了越東路、二環(huán)北路、G329國(guó)道、二環(huán)西路、二環(huán)南路等快速路，全長(zhǎng)約 120 公里，主線設(shè)計(jì)速度 80km 每小時(shí)，雙向六車道。其中，G329國(guó)道、越東路、二環(huán)北路智慧快速路位于主城區(qū)，建設(shè)體量大、施工難度極高。

本項(xiàng)目參與方，尤其外部單位眾多，各方僅關(guān)注本職業(yè)務(wù)，協(xié)同工作難度大；建設(shè)期內(nèi)道路多標(biāo)段同時(shí)開(kāi)工，時(shí)間緊、任務(wù)重、傳統(tǒng)方式下數(shù)據(jù)不能有序流通、信息無(wú)法共享，時(shí)效性和可靠性低、信息展示的可識(shí)別及可理解程度低，極易造成大量人力物力的浪費(fèi)，影響決策的正確性。

為了解決以上痛難點(diǎn)，本工程采用了以BIM模型作為信息載體，結(jié)合GIS等技術(shù)，搭建大數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，用可視化形象化的方式為業(yè)主提供了工程全壽命期數(shù)字化解決方案，將業(yè)主、施工、監(jiān)理等不同參建單位納入統(tǒng)一的管理模式中，方便信息的管理、查詢和利用。

1.BIM應(yīng)用難點(diǎn)分析

（1）BIM類軟件普遍對(duì)電腦硬件要求高，設(shè)計(jì)思路與模式與二維設(shè)計(jì)不同。大面積推廣使用BIM進(jìn)行設(shè)計(jì)，需投入較多的財(cái)力，設(shè)計(jì)人員需學(xué)習(xí)新的設(shè)計(jì)思維模式。作為一項(xiàng)引進(jìn)技術(shù)，目前市場(chǎng)上的軟件仍以歐美為主，無(wú)法做到與國(guó)內(nèi)規(guī)范完全結(jié)合，給技術(shù)推廣帶來(lái)了一定難度。

（2）市政道路地形均為帶狀結(jié)構(gòu)，處理量大，建設(shè)周期長(zhǎng)，設(shè)計(jì)變更相對(duì)頻繁；市政道路工程與周邊環(huán)境結(jié)合緊密，需要BIM與三維地形進(jìn)行結(jié)合，而兩者在數(shù)據(jù)格式、坐標(biāo)系等方面的融合均存在難度。

（3）市政道路含大量復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，施工情況復(fù)雜，目前BIM系列軟件的局限性導(dǎo)致建模效率和精度受到較大影響。

（4）項(xiàng)目本身的復(fù)雜性、多變性，涉及專業(yè)面廣，交叉協(xié)作要求高，方案調(diào)整變化可能性大等特點(diǎn)，導(dǎo)致設(shè)計(jì)和施工人員對(duì)應(yīng)用BIM的積極性不高，推廣BIM進(jìn)行工作存在障礙。

2.BIM應(yīng)用解決對(duì)策

針對(duì)上述應(yīng)用難點(diǎn)，作者認(rèn)為，需要從技術(shù)和工作標(biāo)準(zhǔn)兩個(gè)層面來(lái)解決問(wèn)題。

（1）BIM+GIS技術(shù)

BIM+GIS技術(shù)旨在通過(guò)將3DGIS與BIM進(jìn)行數(shù)據(jù)格式的融合以及坐標(biāo)的統(tǒng)一。融合后，平臺(tái)運(yùn)用從整體規(guī)劃審核、工程施工工期管控到完工后工程建筑運(yùn)維服務(wù)，延展至整個(gè)項(xiàng)目的生命周期。從技術(shù)的角度來(lái)說(shuō)，GIS的數(shù)據(jù)比BIM龐大得多，數(shù)據(jù)在進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換的同時(shí)也要進(jìn)行適當(dāng)輕量化和優(yōu)化。由于BIM與GIS各自坐標(biāo)系不同，在集成時(shí)，需要運(yùn)用GIS技術(shù)中的三維模型逐頂點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換功能，使兩者在空間上得以有效結(jié)合。在市政工程中，BIM與GIS的結(jié)合可以很好地使設(shè)計(jì)方案融入環(huán)境，實(shí)現(xiàn)更為為豐富的應(yīng)用場(chǎng)景。

（2）WebGL技術(shù)

降低應(yīng)用的軟硬件門檻對(duì)于有效提高BIM廣泛應(yīng)用是非常必要的。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)BIM軟件在WebGL技術(shù)支持瀏覽器、手機(jī)、平板電腦等多種終端方面處于世界領(lǐng)先水平，推出了多款基于WebGL的BIM應(yīng)用軟件，與模型LOD技術(shù)、3D動(dòng)態(tài)加載技術(shù)結(jié)合取得了較大成果，實(shí)現(xiàn)了GIS+BIM的輕量應(yīng)用模式，為BIM技術(shù)推廣打下了良好基礎(chǔ)。

（3）參數(shù)化建模技術(shù)

在市政道路中存在有大量標(biāo)準(zhǔn)化的結(jié)構(gòu)，如梁、板、柱、墻等，可在建模軟件中進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)快速的參數(shù)化建模，提升效率。

（4）統(tǒng)一的模型交付標(biāo)準(zhǔn)

模型的交付標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)更多從應(yīng)用層面出發(fā)，考慮模型在市政道路設(shè)計(jì)、施工乃至運(yùn)維過(guò)程中的適用性，對(duì)模型的內(nèi)容、建模深度、模型編碼等進(jìn)行統(tǒng)一要求。在此基礎(chǔ)之上，模型不僅在視覺(jué)和表達(dá)內(nèi)容上得到統(tǒng)一，而且其承載的信息同樣將得到統(tǒng)一，具備應(yīng)用的條件。

（5）統(tǒng)一的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)

BIM應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)包含：BIM在具體設(shè)計(jì)和施工中的具體應(yīng)用點(diǎn)，各應(yīng)用點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化流程、業(yè)務(wù)模板，各參建方以及參建方中不同職能崗位在BIM應(yīng)用中的職責(zé)等。

二、BIM技術(shù)在市政道路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

1.規(guī)劃分析

規(guī)劃分析是市政道路設(shè)計(jì)前期的重要環(huán)節(jié)，其設(shè)計(jì)優(yōu)劣會(huì)對(duì)后續(xù)市政道路的設(shè)計(jì)質(zhì)量產(chǎn)生重要影響。但傳統(tǒng)的場(chǎng)地規(guī)劃設(shè)計(jì)主要通過(guò)結(jié)合勘查人員所得數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行主觀分析，精度和效率不高。本工程的BIM大數(shù)據(jù)管理平臺(tái)采用3D數(shù)字孿生技術(shù)，構(gòu)建3D可視化一張圖，包括10個(gè)在建標(biāo)段，共計(jì)120公里的全線道路模型和周邊環(huán)境，以及100.5公里的管線模型，數(shù)據(jù)量達(dá)390GB。模型可查詢、可互動(dòng)、可更新，并將進(jìn)度、安全、預(yù)制生產(chǎn)等重要信息與模型相掛接，持續(xù)優(yōu)化城市道路整體布局情況以及適宜度情況，顯著增強(qiáng)市政道路管理的智能化水平。有利于解決傳統(tǒng)市政道路規(guī)劃中存在的信息數(shù)據(jù)量大、主觀思維因素比較嚴(yán)重以及數(shù)據(jù)分析不準(zhǔn)確等問(wèn)題，尤其是應(yīng)用BIM系列軟件模擬城市道路空間，通過(guò)3D可視化手段形象表達(dá)業(yè)務(wù)內(nèi)容，更好地評(píng)估分析城市道路的人流情況和車流情況，在增強(qiáng)城市道路規(guī)劃的智能化和精確性的同時(shí)，為管理者做出更合理的決策提供可視化、數(shù)字化的分析工具。

紹興市快速路3D一張圖

2.地下管線搬遷

管線綜合是指道路區(qū)域中各專業(yè)工程豎向高程和平面位置相協(xié)調(diào)的工作。通過(guò)數(shù)字孿生技術(shù)，相關(guān)設(shè)計(jì)人員運(yùn)用3D模擬技術(shù)對(duì)管線施工完畢后的實(shí)際排布狀況進(jìn)行虛擬模擬，對(duì)需要搬遷的管線數(shù)量、搬遷順序等在設(shè)計(jì)階段做出合理評(píng)估，制定計(jì)劃，智能化輔助管線的輔助設(shè)計(jì)、碰撞核查、工程量統(tǒng)計(jì)、搬遷過(guò)程模擬等環(huán)節(jié)。平臺(tái)直觀而精確地展現(xiàn)了未來(lái)城市管道態(tài)勢(shì)，為決策者和設(shè)計(jì)人員對(duì)工作部署提供了可靠的信息，有助于做出更加準(zhǔn)確和有利的決斷，避免不必要的浪費(fèi)和損失。

3.動(dòng)拆遷分析

管理者通過(guò)3D一張圖，查詢土地、不動(dòng)產(chǎn)等資料，在規(guī)劃與設(shè)計(jì)階段定量計(jì)算出道路施工時(shí)需要拆遷的地塊與建筑，并進(jìn)一步評(píng)估拆遷面積、影響人口數(shù)量等，以便提前做出決策，采用最優(yōu)方案，為動(dòng)拆遷工作提早做好準(zhǔn)備，合理降低市政道路建設(shè)的時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本。

4.周邊環(huán)境協(xié)同分析

運(yùn)用BIM、GIS和傾斜攝影技術(shù)進(jìn)行建模，有助于實(shí)現(xiàn)道路設(shè)計(jì)與區(qū)域?qū)嵕暗挠行ЫY(jié)合，借助各種環(huán)境模塊的整合分析，可以最大化地協(xié)調(diào)和優(yōu)化道路、人文和環(huán)境等諸多要素，增強(qiáng)市政道路的耐久性能，提升市政道路使用壽命，確保城市健康發(fā)展。

四、BIM技術(shù)在市政道路施工中的應(yīng)用

1.進(jìn)度與工程量分析

BIM管理平臺(tái)中所含的市政道路BIM模型，其中的構(gòu)件可拆分，實(shí)現(xiàn)整個(gè)工程的結(jié)構(gòu)化描述，并進(jìn)一步對(duì)市政道路的材料費(fèi)用、施工進(jìn)度以及各項(xiàng)成本進(jìn)行綜合規(guī)劃分析。及時(shí)進(jìn)行信息更新，確保相關(guān)道路設(shè)計(jì)過(guò)程中工程量統(tǒng)計(jì)的準(zhǔn)確性。在此基礎(chǔ)上，將信息與BIM綁定，數(shù)字化管控業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化資產(chǎn)沉淀。運(yùn)用工程量計(jì)算軟件自動(dòng)統(tǒng)計(jì)市政道路實(shí)體的工程量，得到最終的市政道路工程量清單，用于進(jìn)行工程預(yù)結(jié)算等各項(xiàng)相關(guān)工作，并通過(guò)3D可視化模式來(lái)表現(xiàn)工程進(jìn)度，智能輔助決策。

2.質(zhì)量與安全管理

BIM模型作為市政道路的地圖和檔案，可以有效管理工程的質(zhì)量與安全。業(yè)務(wù)數(shù)字化管控平臺(tái)全面覆蓋了項(xiàng)目建設(shè)期間的重點(diǎn)業(yè)務(wù)內(nèi)容，同時(shí)，借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)而到位的遠(yuǎn)程監(jiān)管，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)超限報(bào)警和趨勢(shì)預(yù)判，進(jìn)一步保障施工過(guò)程安全性。

其中，質(zhì)量管理需要將工程的各分部分項(xiàng)、檢驗(yàn)批與構(gòu)件綁定，并定義標(biāo)準(zhǔn)化的工序、質(zhì)量報(bào)驗(yàn)流程以及參數(shù)，形成數(shù)字化報(bào)驗(yàn)機(jī)制，報(bào)驗(yàn)完成后自動(dòng)更新進(jìn)度，從而使質(zhì)量檢驗(yàn)及時(shí)、規(guī)范，質(zhì)量資料也可查可用。

安全管理則借助BIM技術(shù)，將安全管理人員的責(zé)任區(qū)域與地理坐標(biāo)掛鉤，借助手機(jī)的移動(dòng)端定位技術(shù)、POI位置關(guān)聯(lián)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)安全檢查、安全整改等工作內(nèi)容的在線記錄，確保責(zé)任人員履職到位，安全問(wèn)題及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)整改。

BIM平臺(tái)已經(jīng)形成了規(guī)范的數(shù)字化質(zhì)量報(bào)驗(yàn)流程、數(shù)字化安全巡更流程、安全文明在線整改流程。目前，已基本達(dá)到了數(shù)字化報(bào)驗(yàn)率100%、安全巡更履職率100%、安全文明按時(shí)整改率100%的目標(biāo)，使管理制度真正落地。平臺(tái)中已有38455個(gè)構(gòu)件完成數(shù)字化報(bào)驗(yàn)，累計(jì)報(bào)驗(yàn)工序184335條，安全巡更人員超過(guò)100名，累計(jì)巡更17350人次，提出3558條整改意見(jiàn)。

3.數(shù)字工地應(yīng)用

數(shù)字工地中的視頻監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)控等設(shè)備位置、人員定位位置，均可直觀表現(xiàn)在BIM+GIS數(shù)字孿生底座上，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，管理者通過(guò)信息輔助決策，能夠更好地了解現(xiàn)場(chǎng)實(shí)況、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并制定解決方案。本項(xiàng)目BIM平臺(tái)接入各標(biāo)段監(jiān)控視頻84處，環(huán)境監(jiān)測(cè)點(diǎn)27個(gè)，結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)點(diǎn)1800多個(gè)，無(wú)人機(jī)巡檢視頻超過(guò)500個(gè)，累計(jì)發(fā)送環(huán)境超限報(bào)警短信787條。平臺(tái)對(duì)監(jiān)控中出現(xiàn)超出警戒值的情況進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別和提示，并向責(zé)任人發(fā)送信息，督促及時(shí)整改，為工程建設(shè)期中的安全文明保駕護(hù)航。

目前在設(shè)計(jì)和施工期間，BIM平臺(tái)已參與了超過(guò)20次方案評(píng)審，在喜臨門商場(chǎng)、二環(huán)西路立交、蕭曹運(yùn)河橋、曹娥江大橋、鑒湖大橋等多處關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)方案的評(píng)判中發(fā)揮了重要作用。

總而言之，在設(shè)計(jì)階段的方案評(píng)審、施工前期的管線搬遷、施工過(guò)程中的進(jìn)度管控，以合適的方式進(jìn)行描述，才能便于管理者準(zhǔn)確掌握信息。相較于形象性和客觀性方面皆有欠缺的傳統(tǒng)圖文為主的描述方式，BIM大數(shù)據(jù)管理平臺(tái)以空間可視化的方式呈現(xiàn)信息，不僅帶來(lái)更加真實(shí)形象的視覺(jué)體驗(yàn)，也有助于管理者做出正確的判斷決策。

五、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，把BIM技術(shù)應(yīng)用到市政道路的建設(shè)過(guò)程中，不僅在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)能夠提升效率，在施工期也能夠促進(jìn)各方更快更好地落實(shí)信息化、精細(xì)化管理。

在紹興市智慧快速路的建設(shè)過(guò)程中，BIM技術(shù)已經(jīng)在全線逾8個(gè)標(biāo)段投入全面應(yīng)用，參與人數(shù)超過(guò)500人，已經(jīng)形成了常態(tài)化、全員參與的應(yīng)用模式，為提升工程建設(shè)的效率和質(zhì)量安全保障起到了非常重要的作用。在將來(lái)，BIM應(yīng)用還將延續(xù)到道路的運(yùn)維期，使得BIM在道路建設(shè)的全生命周期發(fā)揮作用。在該項(xiàng)目中，BIM技術(shù)的成功運(yùn)用為拓展BIM技術(shù)的適用領(lǐng)域，以及市政道路信息化、智能化建設(shè)模式提供了非常有價(jià)值的參考意義。