正向設(shè)計(jì)思路的BIM 技術(shù)在市政道路工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

王方斌 陳忠良

（1.中設(shè)工程咨詢（重慶）股份有限公司江西分公司， 江西 南昌 330031）

（2.華匯工程設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司江西分公司， 江西 南昌 330000）

0 前言

正向設(shè)計(jì)以系統(tǒng)工程理論、方法和過程模型為指導(dǎo)，不以單純的模仿為手段，但重視借鑒逆向設(shè)計(jì)的思路，吸收各種現(xiàn)有技術(shù)和成果。就市政道路工程設(shè)計(jì)而言，BIM 技術(shù)的運(yùn)用對工程設(shè)計(jì)優(yōu)化具有積極助力，正向設(shè)計(jì)思路下，這種優(yōu)勢可得到進(jìn)一步發(fā)揮。分析BIM 技術(shù)的具體運(yùn)用方式，具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。

1 BIM 技術(shù)在市政道路工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用價(jià)值

1.1 客觀真實(shí)

市政道路工程設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)的價(jià)值十分突出，是保證設(shè)計(jì)合理的基礎(chǔ)，也是BIM 模型建設(shè)以及正向設(shè)計(jì)思路得到運(yùn)用的主要依托。借助BIM 技術(shù)和正向設(shè)計(jì)思路，可確保市政道路工程設(shè)計(jì)結(jié)果客觀真實(shí)。如在較大規(guī)模的市政道路設(shè)計(jì)和建設(shè)中，因面臨自然環(huán)境、人文環(huán)境，設(shè)計(jì)工作復(fù)雜，需要考慮道路施工和建成后對周邊的影響。借助BIM 技術(shù)，可建立數(shù)字化模型，了解施工擾動(dòng)，以正向設(shè)計(jì)思路為支持，則能借鑒其它工作經(jīng)驗(yàn)，綜合分析不同地基環(huán)境下的設(shè)計(jì)是否得當(dāng)，是否會影響周邊建筑穩(wěn)定性等，以數(shù)據(jù)和高質(zhì)量模擬結(jié)果為依托，保證工程設(shè)計(jì)的客觀性和真實(shí)性。

1.2 直觀可視

BIM 技術(shù)的基本優(yōu)勢在于可借助數(shù)據(jù)生成高度仿真的模型，使市政道路施工作業(yè)過程、調(diào)整優(yōu)化過程能得到直觀呈現(xiàn)、可視化展示。如某地區(qū)進(jìn)行立交橋建設(shè)，為了解建設(shè)外觀、通行能力，需要對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行反復(fù)論證。傳統(tǒng)二維模式下，無法充分保證所有人員理解設(shè)計(jì)思路，也無法有效呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)因素，設(shè)計(jì)模型不夠直觀。在BIM 技術(shù)支持下，所有設(shè)計(jì)參數(shù)，可通過一個(gè)或若干模型予以有效呈現(xiàn)，通過計(jì)算機(jī)則能控制其局部縮放，了解設(shè)計(jì)思路和部分動(dòng)態(tài)信息，對設(shè)計(jì)進(jìn)行的論證更加科學(xué)。正向設(shè)計(jì)思路有助于工作人員結(jié)合其它工程設(shè)計(jì)和建設(shè)成果，進(jìn)行匹配分析，新一步優(yōu)化論證效果。

1.3 模擬和優(yōu)化

BIM 技術(shù)全稱建筑信息模型、建筑信息系統(tǒng)，是建筑學(xué)、工程學(xué)及土木工程的新工具。以三維圖形為主、物件導(dǎo)向、建筑學(xué)有關(guān)理論為依據(jù)，以信息數(shù)據(jù)為工作對象，通過電腦輔助設(shè)計(jì)，也可通過電腦進(jìn)行參數(shù)變化調(diào)整，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)模擬和靜態(tài)模擬。在市政道路工程中，正向設(shè)計(jì)思路、早期搜集所獲信息能夠輔助進(jìn)行BIM 模型建設(shè)，以確保所有牽涉到道路建設(shè)和設(shè)計(jì)的因素得到考慮。如果道路后續(xù)面臨工作壓力波動(dòng)、維修需求，也可分析相關(guān)因素的影響參數(shù)，或以正向設(shè)計(jì)思路為依據(jù)獲取類似信息，代入模型中進(jìn)行深入分析、約束條件下的模擬，為設(shè)計(jì)的完善進(jìn)一步提供參考[1]。

2 正向設(shè)計(jì)思路下BIM 技術(shù)的運(yùn)用

2.1 多技術(shù)綜合運(yùn)用

正向設(shè)計(jì)思路，BIM 技術(shù)在市政道路工程設(shè)計(jì)中的運(yùn)用，需重視與其它技術(shù)的聯(lián)合，如大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)等。以大數(shù)據(jù)技術(shù)為例，某地共有100 萬人口，道路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為一級，在此背景下，以正向設(shè)計(jì)思路為依托，設(shè)計(jì)部門和對同類道路信息進(jìn)行收集、積累，不斷豐富原始數(shù)據(jù)，了解同類道路最大負(fù)荷等級、使用壽命、維護(hù)支出等信息。假定分析結(jié)果表明，當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)寬度為15 米為二級公路即可滿足交通負(fù)荷要求，可據(jù)此進(jìn)行BIM 模型建設(shè)，代入大數(shù)據(jù)分析后所獲的道路負(fù)荷工作、溫度變化影響，了解寬度為15 米為二級公路，是否能夠滿足設(shè)計(jì)要求，直接提升設(shè)計(jì)工作的效率，也能避免盲目建設(shè)造成的資金消耗和非不要自出，提升工程的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

2.2 同類工程借鑒分析

對同類工程進(jìn)行借鑒，是正向設(shè)計(jì)思路的特點(diǎn)和優(yōu)勢之一，BIM 技術(shù)在市政道路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，重視以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，這使得正向設(shè)計(jì)思路、BIM 技術(shù)的應(yīng)用獲取了理想的契合點(diǎn)，即借鑒同類工程現(xiàn)有參數(shù)，之后代入設(shè)計(jì)要求和交通壓力等相關(guān)信息，評估工程設(shè)計(jì)是否合理，針對存在問題的環(huán)境做調(diào)整即可。如某地計(jì)劃建設(shè)一條長度為5km 的公路，在建設(shè)前，對臨市的同類公路工程進(jìn)行信息層面的借鑒，將該公路的車道設(shè)計(jì)、寬度設(shè)計(jì)、負(fù)荷等級設(shè)計(jì)等，加工成數(shù)字化參數(shù)，直接代入到BIM 模型中，生成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的參考模型。之后代入本市的交通工作壓力、車輛通行量、高峰通行時(shí)間段的負(fù)荷等級，評估參考模型是否能滿足本市交通需求。能夠滿足本市交通需求，可予以采用，做進(jìn)一步的細(xì)節(jié)模擬；無法滿足本市交通需求，可針對薄弱點(diǎn)進(jìn)行二次模擬。如本市車輛通行量過大，可對該道路參考模型進(jìn)行模擬加寬，評估其工作能力，以此類推，指導(dǎo)模型完善，再將其作為本市道路設(shè)計(jì)的依托[2]。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)化模型建設(shè)

標(biāo)準(zhǔn)化模型建設(shè)，是指在正向設(shè)計(jì)思路下，對不同市政道路的建設(shè)參數(shù)進(jìn)行收集，獲取1 級、2 級、3 級公路建設(shè)的基本標(biāo)準(zhǔn)，求取中位值、極限值等，生成至少9 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的BIM 道路模型。9 個(gè)模型分別為：1 級道路設(shè)計(jì)參數(shù)的中位值模型、最優(yōu)參數(shù)模型、最低標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)模型；2 級道路設(shè)計(jì)參數(shù)的中位值模型、最優(yōu)參數(shù)模型、最低標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)模型；3 級道路設(shè)計(jì)參數(shù)的中位值模型、最優(yōu)參數(shù)模型、最低標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)模型。此外，如果當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)，擬建設(shè)的市政道路尚無法達(dá)到3級標(biāo)準(zhǔn)，也可對3 級以下公路的建設(shè)參數(shù)進(jìn)行收集，生成該等級道路設(shè)計(jì)參數(shù)的中位值模型、最優(yōu)參數(shù)模型、最低標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)模型，為當(dāng)?shù)氐氖姓缆吩O(shè)計(jì)工作提供參考。模型建設(shè)完成后，依然采用參數(shù)代入法，代入本市交通工作的負(fù)荷需求，針對其缺陷等進(jìn)行分析調(diào)整，高效率完成設(shè)計(jì)。

2.4 應(yīng)用調(diào)整和遠(yuǎn)期模擬

BIM 技術(shù)的優(yōu)勢之一，是能夠在市政道路（也包括其它模擬對象）設(shè)計(jì)、建設(shè)和使用的全周期內(nèi)進(jìn)行模擬、調(diào)整，不斷實(shí)現(xiàn)對象設(shè)計(jì)的優(yōu)化。在正向設(shè)計(jì)思路下，可進(jìn)一步發(fā)揮該技術(shù)優(yōu)勢，嘗試運(yùn)用調(diào)整和遠(yuǎn)期模擬。如某市設(shè)計(jì)完成了某條道路，并進(jìn)入建設(shè)階段。為保證道路設(shè)計(jì)的合理行，可在正向設(shè)計(jì)思路支持下，進(jìn)行模型調(diào)整。假定本市被規(guī)劃為開發(fā)區(qū)，出現(xiàn)交通壓力增加、大量增加等情況，通過模型參數(shù)模擬，了解道路是否仍能滿足通行要求。或?qū)Σ季值缆返鼗O(shè)計(jì)合理性進(jìn)行評估，了解當(dāng)前設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)下，道路是否可滿足大型載重車輛通行要求、是否存在形變等等。投入應(yīng)用的道路，也可進(jìn)行遠(yuǎn)期模擬，應(yīng)本市被規(guī)劃如開發(fā)區(qū)，道路通行壓力激增，老化程度增加?？山柚蛟O(shè)計(jì)思路，代入其它區(qū)域道路老化后的工作能力等參數(shù)，進(jìn)一步提升模擬的科學(xué)性和參數(shù)豐富性，以遠(yuǎn)期模擬為道路后續(xù)設(shè)計(jì)調(diào)整提供依托。

3 總結(jié)

綜上，正向設(shè)計(jì)思路下，BIM 技術(shù)在市政道路工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用價(jià)值較為理想，未來前景廣闊。BIM 在市政道路工程設(shè)計(jì)中的基本價(jià)值多樣，體現(xiàn)在客觀真實(shí)、直觀可視、模擬和優(yōu)化等方面，正向設(shè)計(jì)思路下，BIM 技術(shù)在相關(guān)工程中的運(yùn)用應(yīng)著眼于對同類工程的借鑒、多技術(shù)綜合運(yùn)用、標(biāo)準(zhǔn)化模型建設(shè)、應(yīng)用調(diào)整和遠(yuǎn)期模擬等方面，發(fā)揮設(shè)計(jì)理念和技術(shù)條件的雙向優(yōu)勢，提升工程設(shè)計(jì)效果。