BIM技術在市政道路設計優化方面的應用分析

郭 灝

中國市政工程西南設計研究總院有限公司 四川 成都 610200

伴隨著城市道路工程的不斷發展和完善，城市道路工程的建設項目越來越多。在常規的市政道路設計已經不能很好地適應城市道路工程的實際需要的情況下，大力推進BIM技術在城市道路設計流程中的操作運用，有著十分重大的實際意義。

1 BIM技術綜述

BIM技術的核心思想是通過信息技術和建筑行業的不斷發展而產生的一種新型建筑設計及建造模式，即利用信息技術對建筑工程進行信息化管理，使建筑工程項目中的設計、施工、運營和維護等各個階段達到信息共享。BIM技術主要包括信息模型、信息數據庫、信息管理平臺和應用軟件等四個部分。它將工程項目中的所有設計、施工等數據進行整合，并將工程項目的各項信息融合在一個統一的數據庫中，從而提高工程項目的質量，縮短施工工期。

1.1 信息模型

BIM技術的核心在于將建筑信息通過統一的數據模型進行表達，使之成為具有真實屬性、相互關聯并能夠對建筑項目全生命周期進行模擬和優化的一種數字化表達形式。其主要包括：1)幾何信息模型，主要表示建筑的位置、尺寸、構造等基本信息；2)結構信息模型，主要表示建筑的各種構件及其組合關系；3)施工信息模型，主要表示建筑的施工順序、材料供應、協調關系等[1]。

1.2 信息數據庫

信息數據庫是指建筑工程項目的所有相關信息數據，包括：工程項目中的設計方案、施工圖紙、工程量計算等。BIM技術可以將各種數據進行整合，并以統一的格式存儲在數據庫中。各參與方都可以通過BIM系統對信息進行提取、更新和管理，并根據需要，對信息進行加工和處理。

1.3 信息管理平臺

信息管理平臺是一個綜合信息管理系統，其功能包括：組織結構管理、信息集成、工作流引擎、標準管理、應用服務平臺等。BIM信息管理平臺通過對建筑工程項目中的設計、施工、運營及維護等各個階段數據進行整合，從而實現對建筑工程項目的綜合管理，提高建筑工程項目的質量。目前，BIM技術已經在我國廣泛應用于工程項目的設計、施工和運營階段，在實現工程項目信息化方面發揮了巨大作用，它也是建筑業發展的必然趨勢。

1.4 應用軟件

BIM技術的應用軟件主要包括BIM設計軟件、BIM施工模擬軟件和BIM運維管理軟件。BIM設計軟件是進行BIM設計的基礎平臺，主要用于在BIM模型中進行各種建筑信息的提取和應用。BIM施工模擬軟件是為了解決施工項目中存在的問題而開發的，通過對施工過程進行模擬，實現工程項目設計與施工的信息整合。BIM運維管理軟件主要用于對工程項目實施全過程、全方位的維護和管理，對工程項目運行過程中出現的問題進行分析，從而提高工程項目運行效率。

2 BIM與相關數字化技術應用

2.1 GIS（地理信息系統）技術

GIS提供地理空間信息，BIM提供了建筑物和基礎設施的三維模型。通過將BIM和GIS整合，可以實現空間數據和建筑模型的融合，從而更好地分析和管理建筑物在地理空間上的位置和關系。例如，在城市規劃中，可以利用BIM和GIS相結合的技術，進行建筑物的可視化分析和空間沖突檢測。

2.2 IoT（物聯網）技術

IoT可以將傳感器和設備連接到互聯網，實現對建筑物和基礎設施的實時監測和控制。通過將BIM和IoT整合，可以實現建筑物的智能化管理和運維。例如，可以通過傳感器和設備收集建筑物的實時數據，然后將這些數據與BIM模型進行對比，以實現建筑物的智能維護和優化[2]。

2.3 虛擬現實（VR）、增強現實（AR）技術

利用VR技術，可以在建設項目的初期階段就對建筑模型進行虛擬漫游和可視化展示，幫助設計團隊和業主更好地理解和評估設計方案。還可以對市政道路工程的現場施工進行模擬，更直觀的對施工現場進行分析，得出相應的數據邏輯關系，進而幫助工程制定合適的施工方案。

3 BIM技術在市政道路設計中的優點

3.1 精準展示項目設計方案

BIM技術可以通過三維建模和可視化展示，將道路設計方案以更直觀、生動的方式呈現出來。設計師可以通過BIM軟件在虛擬環境中創建道路模型，并在模型中添加各種要素，如道路線型、標志、交通設施等。可以更直觀地傳達道路的整體布局和設計效果，從而更好地進行設計決策和方案優化。

3.2 工程量的計算更精確

傳統的工程量計算方法依賴人工，效率低下且易出錯。而BIM技術通過3D建模，能直觀呈現建筑物細節，精準模擬施工過程，從而更準確地計算工程量。此外，通過將BIM模型與時間、成本等信息結合，生成數據分析圖表，可用于預測項目成本、制定預算計劃、優化施工流程等，為項目團隊提供決策支持，使工程量計算更為精細和全面。

3.3 提供強有力的模擬分析

BIM技術允許設計師進行交通模擬和地質模擬分析。交通模擬技術可以在虛擬環境中模擬交通流量、車輛通行以及人行道等方面的情況，從而預測和評估不同設計方案在交通方面的性能，進而優化道路設計、提高道路的交通效率和安全性。例如，設計師可以通過模擬不同時段的交通流量來確定最適宜的路寬、車道數量和交通標志位置等[3]。

此外，我們還可以運用BIM技術對地質狀況進行建模和模擬。通過這種模擬技術，設計師可以更加直觀地了解地質結構、土質類型以及地下水等情況，從而確定適宜的路基處理方案、排水系統設計等。進行地質模擬可以大大提高道路設計的精準性和可靠性，有助于提高設計質量和整體效益。

4 探索BIM技術在市政道路設計中的實際運用

隨著城市建設項目的多樣化發展，市政道路的設計工作變得越來越復雜。為了適應城市發展，BIM技術提高市政道路設計效率、減少錯誤、優化施工過程和提升運維管理水平并促進BIM技術在市政道路建設中的高效應用，這具有重要的實際意義[4]。

當前市政道路專業常用BIM設計軟件為Autodesk公司的Infraworks、Civil 3D、Revit系列軟件及Bentley公司的ORD系列軟件。本文以成都市草金路改造工程為例，基于Autodesk系列設計軟件，分析BIM技術在市政路橋規劃設計中的應用（如圖1所示）。

圖1 草金路BIM模型總裝圖

4.1 項目簡介

草金路為起于三環的快速路，往外延伸為成溫邛快速路。本次改造范圍為成溫邛快速路二環，全長約14.4km，結合在建的地鐵17號線統籌實施。

改造內容主要包括道路、交通工程、橋隧工程、管線工程、照明工程、智能交通工程、景觀化綠工程等市政配套工程。

4.2 技術路線

與傳統的二維設計相比，基于市政道路BIM正向設計在路線規劃時便結合范圍周邊區域的三維數字地形（條件充分的還可使用傾斜攝影實景模型），直接在三維環境中進行可視化設計。這不僅能為設計師提供直觀的現狀效果，方便進行多種設計方案比選，還能實現參數的精準計算和調優，使方案匯報與修改變得更加便捷[5]。

4.2.1 概念設計

概念設計階段，利用Infraworks軟件自動讀取衛星地圖，生成三維地形，還可載入傾斜攝影實景地形，讓我們在真實的三維環境中快速建立道路和橋梁的概念模型，并快速放置護欄、路燈、標線等附屬設施。通過實時變換工程量，方便估算造價，為方案比選和業主決策提供了極大的便捷，從而提高了設計效率并降低了設計成本。

4.2.2 方案設計

在方案設計階段，直接將Infraworks軟件設計的路線信息導入中預先導入Civil3D，獲取道路中心線的平曲線、豎曲線要素和坡度、坡長等指標，根據提取的原始地形，通過構件編輯器，對路緣石、擋土墻和放坡等進行道路橫斷面詳細設計，不僅節省了外業測量的時間，還提高了設計質量。通過導入的標準，可以自動檢測設計是否符合規范，從而避免了手工查詢的繁瑣過程。

4.2.3 施工圖設計

在施工圖設計階段，將道路方案模型導入Revit軟件，設置中心模型，并在此基礎上完成橋梁、景觀等其他專業的協同設計，完成整個項目的細節設計與構件建模。通過模型，截取橋梁橫斷面，完成橋梁專業部分圖紙直接輸出，減少出圖工作量，提升設計效率。

4.2.4 設計校審

本項目為改造項目，工程涉及專業多，項目現狀復雜。在模型總裝階段，還需要進行碰撞檢測，以減少出圖錯誤，確保工程的合理性。為了優化檢查流程、節約時間和人工成本，我們利用BIM輕量化技術導出各個專業的設計模型，結合場地現狀模型進行碰撞檢查。在設計階段就快速檢測出潛在的沖突，避免在施工過程中出現相應問題而導致返工與浪費。同時基于模型，導出項目工程量，作為造價專業計算的輔助依據。提高了項目的設計質量。

4.3 項目的BIM技術拓展應用

（1）基于VR+實景傾斜攝影技術的方案策劃決策

利用VR技術虛擬環境，結合三維實景模型，精準高效地完成項目場地模擬，對方案的合理性與科學性進行可視化分析，對項目重點、難點、高風險點方案進行決策。

（2）基于BIM+實景傾斜攝影技術的智慧規劃

通過Dynamo完成結構計算模塊化工具編寫。自動讀取橋梁模型結構數據進行計算，提高設計及計算的效率，同時計算結果可寫入模型中作為后續應用（如配筋計算）的數據使用。相比傳統二維設計采用Excel表格輸入數據進行計算，BIM正向設計能夠更充分更全面的對數據進行利用。

（3）全過程全專業的協同設計

通過服務器作為中轉站，將中心文件放置在服務器上，實現信息的實時傳遞，保證每個人都能及時獲得最新的設計圖紙，大大減少了各專業間提資料的等待時間。同時設置中心文件的方式保證了模型文件和版本的統一，減少了模型版本的混亂，文件便攜且不易出錯。

（4）專業族庫構建

對橋墩、橋臺、路緣石等需要定制族的構件，進行族庫的建立。然后完成對相應的構件的添加、替換（如圖2所示）。

圖2 道路橋梁構件族庫

5 BIM在實際運用中的阻礙與優化措施

BIM技術擁有強大的模擬分析能力、高精度協調性以及多領域協同等眾多優勢，然而，BIM技術在具體應用中也會遇到一定的阻礙：

（1）人才缺乏：當前，BIM技術已廣泛應用于住宅建設，但其應用于城市道路設計的相關技術尚處于摸索與研究之中。BIM技術在道路設計中的應用也尚未普及，目前的道路設計人員難以運用BIM正向設計完成工作任務，通常需要單獨配備BIM建模師基于二維設計圖紙翻模。

優化措施：提供培訓和教育，提高團隊成員的BIM技能和知識水平。可以組織培訓課程、研討會和工作坊，以幫助團隊成員掌握BIM技術和工具的使用。

（2）文件格式不統一：由于市政項目參與專業眾多，目前尚無一款BIM軟件支持所有專業完成設計。因此，設計師需采用多種BIM設計軟件，完成項目設計工作，而文件輸出結果的格式并不一致，在不同的軟件或者是在不同的版本之間，都會出現數據無法進行正常的傳送的問題。

優化措施：行業協會牽頭，完善三維設計體制機制，建設市政行業統一數據標準；軟件公司注重產品研發，實現數據傳輸接口的打通，確保數據的正確傳遞和使用。

6 結束語

總之，在市政道路設計優化方面，應用BIM技術是設計院企業發展的必然趨勢，它可以更好地建立起城市道路的設計理念，更直觀的完成施工圖方案交底。眾多理論和實際工作證明，BIM技術在市政道路設計中具有顯著的優越性，要想做好目前城市道路的設計，就需要對BIM技術進行深入的了解，充分利用BIM技術的優越性。如此，方能適應市政道路建設的需要，使市政道路建設的品質持續提升。