基于BIM的市政道路優(yōu)化設計探究

文｜ 中煤科工集團武漢設計研究院有限公司 張衛(wèi)東

前言

市政道路設計直接關系到城市整體建筑規(guī)劃，對于城市居民的生活和出行有著直接影響。同時，市政道路設計優(yōu)化關系到道路的施工和維護，有著重要的影響。為了落實以人為本的理念，必須結合先進技術改進各個流程，保證最終市政道路的使用效果。

1 BIM 技術的應用優(yōu)勢分析

本文研究的BIM 技術，具體來說是道路信息模型技術，其中有效應用了三維數(shù)字技術，同時搭配相關前沿技術進行研究和優(yōu)化設計，通過軟件構建的模型，有著多方面優(yōu)勢。可以針對道路節(jié)點進行數(shù)字化操作，功能包括三維動態(tài)設計和仿真分析。能夠讓道路優(yōu)化設計具備可視化、模塊化、設計系統(tǒng)化和設計精細化的特點。利用BIM 技術及相關理念，可以促進市政道路的信息化、動態(tài)數(shù)據(jù)化發(fā)展，確保市政道路設計能夠達到預期要求。

2 市政道路設計優(yōu)化中BIM 技術的應用

2.1 市政道路交叉口的優(yōu)化設計中的應用

以某道路工程為例，平面交叉口處于城市人流量和交通量較大的區(qū)域，附近有商業(yè)街、居民區(qū)、銀行、酒店、醫(yī)院等等。本交叉路口標準路段線寬42m，車行道的寬度都是26m。道路屬于主干路，設計速度是50KM/h，存在行人、非機動車、機動車路權分配不明的問題。交叉口的擁堵顯著影響到過往車輛的通行效率。使用BIM軟件進行仿真模擬分析，進而優(yōu)化交通配時，提升通行效率，避免出現(xiàn)擁堵問題。

圖1 交叉口改造方案

圖2 BIM 模擬交通參數(shù)設置

優(yōu)化方案的主要工作包括，增加左轉車道數(shù)量、增加右轉專用車道，同時利用BIM 技術模擬實際交通量，進而優(yōu)化交叉口的通行。

第一，進行三維建模分析。流程包括：識別地形→設計路線→縱斷和橫斷設計→生成道路→設計交通設施→布置信號燈和關聯(lián)信號燈，結合交通量配置信號燈→進行三維觀察分析，利用BIM 模擬來觀察交通通行效果，優(yōu)化方案。

第二，利用BIM 模擬改進方案。把優(yōu)化方案實施三維模擬之后，可以分析具體的優(yōu)化措施，通過有效調(diào)整配時，可以獲得最佳方案。因為交叉口左轉的車輛比較多，所以可以在增加左轉車道的前提下，設置必要的左轉彎待轉區(qū)，進而避免出現(xiàn)左轉車輛行車延誤問題，讓相關車輛可以在一個信號燈周期內(nèi)通行，避免出現(xiàn)行車延誤問題。

經(jīng)過優(yōu)化之后的方案有著良好的運行情況，可以顯著提升通行能力，避免行車延誤。和改進方案之間對比，可以消除交叉口擁堵問題，這樣的擁堵會產(chǎn)生連鎖反應，把問題延伸到后面的交叉口，進而讓整個片區(qū)癱瘓。通過應用BIM 軟件模擬分析，提供了合理方案，解決了這個方面的問題。利用空間分離（道路分離立交）和時間分離（信號燈控制平交）的方式，解決了交叉口的沖突。在智能交互信號燈沒有出現(xiàn)之前，利用BIM 模擬技術，能夠優(yōu)化信號燈的設置，有效降低車輛的通過排隊時間。

2.2 市政道路路基和管網(wǎng)優(yōu)化設計中的應用

以某道路工程為例，全長1526 米，路幅24 米，道路兩側新建排水管道，由某市政工程公司承建，道路設路肩擋土墻500 米，路基地基處理采用碎石樁。

第一，道路路基優(yōu)化設計中BIM 技術的應用。

首先，可以針對擋土墻的碰撞問題處置進行優(yōu)化設計。利用BIM 技術可以建設模型進而了解具體信息。所以，在開展工程之前可以發(fā)現(xiàn)一號線的擋土墻在實際施工中會和道路電纜產(chǎn)生碰撞問題，將會產(chǎn)生一定的工程問題，影響到工程的開展和整體質(zhì)量。通過BIM 技術的分析，進而探究有效解決方法。同時，在這個前提下對于擋土墻的邊緣進行部分優(yōu)化設計，這樣可以避免擋土墻對于周邊產(chǎn)生較大的影響。在擋土墻設計中，可以利用BIM 軟件構建擋土墻模型，在軟件平臺上利用擋土墻穩(wěn)定性驗算系統(tǒng)進行優(yōu)化設計。在構建BIM三維地質(zhì)模型之后，結合設計擋土墻的理論依據(jù)，利用軟件優(yōu)化設計擋土墻的部件，最終獲得擋土墻BIM 模型。需要注意的是，擋土墻屬于線構件，需要利用空間基線來輔助裝配。利用軟件進行驗算和模擬，進而得出最佳設計方案。

其次，利用BIM 技術優(yōu)化工程中碎石樁的排布。BIM 技術的虛擬建造有著多方面優(yōu)點，可以優(yōu)化設計細節(jié)。所以利用設計圖紙來模擬工程中碎石樁的具體排布位置，進而優(yōu)化不合理的位置，這樣可以優(yōu)化整體的碎石樁排布。同時，利用BIM 中的統(tǒng)計功能，統(tǒng)計碎石樁的排布效果，同時可以獲得碎石樁的排布平面定位圖紙，指導后續(xù)的工程設計和開展。

第二，管網(wǎng)中BIM 技術的應用。首先，利用BIM 技術優(yōu)化設計思路。BIM 技術具有可視化的優(yōu)勢，可以從專業(yè)角度來分析碰撞問題，同時可以滿足美觀和實用的要求。在項目進行驗收之后，可以進行方便地維護。其次，利用BIM 技術消除碰撞并且預留套管。在工程中，可以增加管道填埋的深度，這樣可以避免雨水管和相關水管產(chǎn)生沖突。

通過應用以上的BIM 技術，可以發(fā)揮技術的優(yōu)化和可視化功能，進而在明確現(xiàn)場情況的前提下，進行優(yōu)化設計，移動相應的管道，同時對于管道進行了針對性裝飾處理，確保美觀性。同時，在后續(xù)工程中，利用BIM 技術的虛擬建造功能，模擬了市政管網(wǎng)和原有管網(wǎng)，同時分析不合理的部位，結合實際情況解決問題，同時改進道路雨水口的深度，從原來的1 米提升到1.4米，針對縱向和橫向的水管進行位置調(diào)整。

在地下管網(wǎng)優(yōu)化設計中，還需要重視物探資料和設計資料的整合，明確各種管線的走向、半徑、類別等等，科學規(guī)劃具體的參數(shù)。通過使用BIM 技術，可以利用3D 模型來模擬管線施工結束之后的實際排列情況，如果使用Magi CAD 軟件操作設計流程，能夠結合專業(yè)施工圖有效分析設備管線情況。這個過程中，需要結合系統(tǒng)差異性進行個別分析，本著自上而下以及從大管到小管的順序，這樣可以有效避免后期的管道避讓問題，降低了后續(xù)調(diào)整的難度。在完成建模之后，需要實施碰撞檢測，進而利用碰撞報告的具體內(nèi)容來合理調(diào)整實際的管線情況和排列。管道在預埋和預留中存在遺漏和預留埋孔錯位問題，利用BIM 技術結合“設計、分析、模擬”的一體化優(yōu)化設計思路，能夠有效避免問題。

2.3 利用BIM 技術進行場地規(guī)劃分析

在市政道路優(yōu)化設計中，場地規(guī)劃分析比較關鍵。傳統(tǒng)的場地規(guī)劃設計中，一般是利用勘察人員的勘察數(shù)據(jù)進行具體分析，分析的結果和流程科學性不強。但是利用BIM 技術，獲得的成果比較好。利用BIM 技術，能夠?qū)崿F(xiàn)廠內(nèi)平面元素的立體化和直觀化，進而有效布置各個工程階段的場地，同時可以綜合考慮各個階段場地轉換的方式，避免出現(xiàn)重復布置場地的問題。在使用BIM 技術模擬時，需要根據(jù)標高方格網(wǎng)，把地形導入到BIM 軟件中，提前規(guī)劃市政道路現(xiàn)場的標高系統(tǒng)和道路排水系統(tǒng)，明確合理標高，結合土方平衡的原則，盡可能避免或者減少填方和地挖。同時，利用BIM 技術軟件，使用GIS 系統(tǒng)，可以優(yōu)化道路整體布局，解決數(shù)據(jù)量較大以及分許不準確問題。通過BIM 軟件可以模擬城市道路空間，進而分析和評估車輛情況，有效搭配車道組件，進而促進市政道路設計的精確性和智能化。

結論

利用BIM 技術可以解決這方面的問題，這是一種基于智能模型的流程，在具體的設計、運維中能夠?qū)崿F(xiàn)工程信息的共享，同時可以優(yōu)化項目的設計方案、動態(tài)展示項目全過程，進而合理協(xié)調(diào)各階段程序，在投資、工期和實踐操作方面都有較強優(yōu)勢，顯著提升工程經(jīng)濟價值和社會價值。

圖3 BIM 市政道路管網(wǎng)模擬圖