BIM技術在市政道路設計中的應用

李萬玉

(新疆交建公路規(guī)劃勘察設計有限公司，新疆 烏魯木齊 830000)

1 BIM技術概述

1.1 BIM技術的概念

BIM技術全稱Building Information Modeling，中文譯名建筑信息模型，是指通過建立一個數(shù)字化的三維模型，以便于有項目有關的各方對項目設計、建設和運營全壽命周期的施工方案、施工進度等各類信息進行管理的一種技術。因此，BIM是一個基于三維數(shù)字化模型的共享平臺，是多種軟件的集成利用，是方便信息傳遞的媒介，核心目的是方便參與各方協(xié)同作業(yè)、提高工作效率和質量。

1.2 BIM技術的特點

BIM技術具有如下五個特點。(1)統(tǒng)一性。統(tǒng)一性是BIM技術的核心。隨著項目規(guī)模的擴大、專業(yè)的細分，絕大多數(shù)項目都需要大量不同專業(yè)的人員協(xié)作完成，在傳統(tǒng)的工程中，是通過將項目按專業(yè)進行一定細分，然后各專業(yè)人員在各自專業(yè)領域按照自身的方式進行設計與實施項目，造成信息兼容性差、管理難度極大，并且還會造成同一信息被不同參與方多次創(chuàng)建與修改后無法識別。BIM技術正是為解決這一問題而創(chuàng)立的，他是首先建立一個數(shù)字化的三維模型，然后后續(xù)的所有設計、實施信息均是在這個模型上進行架構，實現(xiàn)格式的統(tǒng)一、理解的統(tǒng)一。(2)集中性。道路工程設計多個專業(yè)協(xié)作，建立BIM技術平臺后，各專業(yè)人員均在BIM技術平臺中進行設計實施，為項目管理人員實現(xiàn)了多環(huán)節(jié)、多層次、多渠道的資料的集中管理與存儲。(3)信息共享性。項目的實施過程中，各專業(yè)人員有前后工序的差別，這時信息實現(xiàn)高效流轉就需要做到信息共享的暢通。BIM技術實現(xiàn)了各種信息在同一模型下創(chuàng)建、修改，因此可以非常流暢地在不同參與者之間流通，項目管理者也非常方便的對項目進行實時管理，發(fā)現(xiàn)項目問題，顯著提升了各專業(yè)之間協(xié)作能力。(4)信息壓縮性。項目各階段各專業(yè)實施部分均需要包含與之有關的所有信息，造成信息的龐雜化和重復性管理難度極大。而BIM技術是各專業(yè)人員在同一平臺中完成的，各專業(yè)人員只需要建立與修改與本專業(yè)有關的信息，這就實現(xiàn)了信息的有效壓縮。(5)關聯(lián)性。信息的關聯(lián)性是方便管理者對項目進行管理的一個重要渠道，BIM技術模型在設計時就實現(xiàn)了構件信息的關聯(lián)，方便了后期對模型的修改。

1.3 BIM道路設計平臺

目前，常用的BIM道路設計平臺主要是基于Autodesk和Bentley兩家公司設計的方案。(1)Autodesk公司BIM方案。Autodesk公司的BIM方案主要包括Civil 3 d軟件、Revit軟件和Infraworks軟件。其中，Civil 3 d是基于AutoCAD平臺設計的為道路工程進行三維路線、路基設計的軟件。Revit軟件是專業(yè)的橋梁三維模型構建、三維配筋分析計算軟件。Infraworks軟件是對前期設計方案和結構布置進行優(yōu)化的軟件，并通過該軟件可以實現(xiàn)對初步工程量的統(tǒng)計分析。(2)Bentley公司BIM方案。Bentley公司的BIM方案主要包括PowerCivil軟件和BridgeMaster Moderler軟件。其中，PowerCivil軟件是一款三維參數(shù)化建模軟件與完整工程信息參數(shù)的集成化軟件。BridgeMaster Moderler是一款三維參數(shù)化建模軟件，可實現(xiàn)渲染、可視化、動態(tài)視圖、自由創(chuàng)建復雜模型以及施工模擬等。

2 BIM技術在市政道路設計中的應用

2.1 地質勘察與測量

市政道路工程具有跨度大、呈帶狀分布的特點，沿線的地形地貌、工程地質條件易存在復雜差異，而這些對路線設計、橋梁選型、隧道施工等均會造成重要影響。因此，應用BIM技術于道路工程的地質勘察與測量中是非常非常必要的。

應用BIM技術，建立地質環(huán)境數(shù)字化三維地質模型，實現(xiàn)真實環(huán)境的可視化，清晰直觀的為設計人員與管理層展示地質構造、水文地質環(huán)境，為準確分析地質問題的基礎上設計合理的方案，同時，基于統(tǒng)一的平臺，勘察、設計、施工等各方面人員也容易實現(xiàn)有效溝通，減少工程風險。應用BIM技術對測量的地形、水系、建筑、管線進行集成管理，實現(xiàn)一個模型的建筑環(huán)境可視化，并方便工作人員對高程、坡度、水域等各要素進行分析，為合理布局道路路線、橋梁跨度等提供了條件。值得一提的是，隨著高精度測量設備的快速更新，航空影像、三維激光掃描、遙測等高精度數(shù)據(jù)也將為BIM技術全新仿真提供條件。

2.2 方案比選

市政道路工程是財政投資類項目，可行性研究報告決定著項目的立項與實施。而在編制和論證可行性研宄報告時，會涉及到交通規(guī)劃、國土資源、環(huán)境保護多個管理部門，設計、規(guī)劃等多種專業(yè)人員對報告的關乎經(jīng)濟、社會、環(huán)境、土地、能耗等指標進行綜合評價與比選，以作出建設決策。在這個環(huán)節(jié)中，專業(yè)性、關注點存著較大差異，如何有效溝通，形成統(tǒng)一認識是傳統(tǒng)方案的難題。BIM技術在三維可視化、信息數(shù)據(jù)庫集成、多方協(xié)作方面具有先天優(yōu)勢。在市政道路工程可行性研究階段，充分應用BIM技術于社會經(jīng)濟環(huán)境等信息構建、調整發(fā)展因子研究規(guī)劃投資、虛擬仿真模擬建立可視化模型方便決策，可為市政道路建設的必要性與可行性分析提供更科學、更有力的渠道。

2.3 三維可視化設計及建模

BIM三維模型含括項目物理幾何、功能構造等豐富信息，并集成了各類模擬計算軟件，可視化表達能力極強。應用BIM技術，可為道路路口、立交匝道實現(xiàn)三維展示和動態(tài)更新，幫助工作人員充分利用土木單元，可基于車人行道、邊坡等內置的組件直觀的改變道路橫截面輸入?yún)?shù)實現(xiàn)道路模型快速修改，可基于施工圖實時更新功能為設計人員優(yōu)化設計實現(xiàn)快捷便利。設計施工過程的實時更新為結構沖突、可施工性分析等檢測分析提供了條件，保證了施工問題的及時解決。另外，BIM三維模型在交通流量模擬分析、碰撞檢查、視距模擬分析以及安全評價等模塊為市政道路工程檢查的實現(xiàn)、暴露設計缺陷等提供了可能，也為審圖工作提供了便捷，實現(xiàn)審查的重心由查找問題向解決問題轉移。

2.4 工程量及造價計算

傳統(tǒng)道路設計中是通過人工按照工程量與定額的方式計算造價，人工閱讀圖紙、計算工作量需要花費大量時間，還存在計算精度差、工作效率低等問題。應用BIM技術于市政道路中，整條道路的瀝青料、路基土方、墊石等數(shù)據(jù)自然生成，造價人員直接通過統(tǒng)計數(shù)據(jù)即可快速準確的完成造價的計算。針對路線出現(xiàn)重新設計問題，也只需更新道路模型即可實現(xiàn)構件信息的快速調整，大幅提高了工作效率，也使得造價計算工作更為透明與規(guī)范。

2.5 自動化圖紙輸出

BIM技術一改傳統(tǒng)二維設計的以設計圖紙表達形式，實現(xiàn)向建模的轉變，這將徹底解決施工圖紙無法良好表達設計者意圖的問題，顯著降低疏漏、錯誤等問題的發(fā)生，并降低了設計變更造成的圖紙修改工作量。BIM技術的應用，設計人員完成市政道路三維模型構建后，可直接基于模型生成平面圖、剖面圖、擋墻橫斷面等具體圖紙，并具有放大細部尺寸能力，實現(xiàn)圖紙輸出全自動化。

2.6 協(xié)同設計

BIM技術的最為核心的內容是便捷的協(xié)同設計。BIM技術最大的特點是實現(xiàn)統(tǒng)一性，即實現(xiàn)多專業(yè)、多方案格式的統(tǒng)一，這就為協(xié)同設計奠定了基礎。在市政道路設計時應用BIM技術，項目各個專業(yè)可實現(xiàn)在同一平臺上協(xié)同工作。例如，道路工程師完成道路路線設計后直接將地形標高、路線走向、縱橫斷面等信息直接傳輸給結構工程師，為結構工程師進行橋梁、涵洞、隧道等交通結構物設計提供了便利。道路規(guī)劃設計師在完成道路、管線的規(guī)劃設計后，可將道路信息直接傳輸給建筑、管道、樁基等各專業(yè)設計人員，從而實現(xiàn)各自在共享信息基礎上完成多專業(yè)的綜合市政設計。另外，BIM技術協(xié)同設計優(yōu)勢還體現(xiàn)在碰撞檢查上，例如，道路工程師在修改道路設計后，與結構工程師有關的橋梁、涵洞信息會在模型中實時更新，幫助下一環(huán)節(jié)的工程師完成相應的及時修改。

3 結束語

隨著道路工程復雜化、多元化發(fā)展，傳統(tǒng)設計方法已不能滿足當今需求。BIM技術的出現(xiàn)，統(tǒng)一協(xié)同設計的實現(xiàn)、造價的高效計算、三維可視化的直觀展現(xiàn)，均極大推動了設計方案透明化、施工可視化的進步。BIM技術為市政道路、建筑結構、水利工程等建設各行各業(yè)帶來了無限發(fā)展機遇，設計人員應當充分學習BIM技術，并將其應用于實踐中，共同努力提高我國建設水平。當然，BIM技術也是一個新興技術，工程問題不可避免，在應用中也應當做好總結歸納工作。