BIM 在道路設(shè)計中的應(yīng)用探析

裴明武

（蘭州路通工程咨詢有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730070)

0 引言

道路作為我國重要的基礎(chǔ)設(shè)施決定著人們的出行是否便捷，也體現(xiàn)了國民經(jīng)濟水平高低。在道路設(shè)計時會受許多內(nèi)外部因素影響，導(dǎo)致設(shè)計效果與實際存在出入，我國已全面融入BIM 來提高設(shè)計效果。該技術(shù)有著協(xié)調(diào)、模擬、仿真等功能，可以預(yù)防道路設(shè)計中出現(xiàn)與實際不符的現(xiàn)象，實現(xiàn)設(shè)計與實際相統(tǒng)一。然而在實際應(yīng)用過程中，由于受施工環(huán)境、輔助設(shè)備等因素影響，使BIM 作用得不到有效發(fā)揮，需有針對性的加以完善，才能提高道路設(shè)計質(zhì)量，為后續(xù)施工提供有力保障。

1 BIM 在道路設(shè)計中應(yīng)用的主要功能

1.1 分析功能

BIM 較為顯著的功能便是分析功能。在道路設(shè)計中加以應(yīng)用后可以非常清楚的看到道路交叉分布狀況，在設(shè)計環(huán)節(jié)展開高效的分析與調(diào)整處理，使后續(xù)施工得到有力保障。BIM 的分析功能是建立在數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的，通過對道路工程數(shù)據(jù)展開分析，并給出有效結(jié)論，便于設(shè)計人員更好地提出設(shè)計方案[1]。無論道路工程項目的設(shè)計還是施工環(huán)節(jié)，都會受一些因素影響，兩個環(huán)節(jié)有密切聯(lián)系，即便設(shè)計方案非常完整，也可能會在后續(xù)施工中遇到阻礙。我國當(dāng)前對于道路工程質(zhì)量要求非常嚴格，微稍處理不當(dāng)就可能會被返工。而通過BIM 能夠?qū)Φ缆饭こ添椖空归_全面分析，把工程項目存在的弊端直觀展現(xiàn)出來，在道路設(shè)計與施工全程進行調(diào)整，以此來促進道路工程項目順利發(fā)展。

1.2 協(xié)調(diào)功能

道路設(shè)計不僅涉及到設(shè)計部門，還需要多個部門共同配合、合作才能達到設(shè)計目的。也正是因為需要聯(lián)系的部門較多，往往需要跨專業(yè)、跨領(lǐng)域溝通，使得設(shè)計難度較大，此時恰好可以發(fā)揮BIM 的協(xié)調(diào)功能。從傳統(tǒng)道路設(shè)計領(lǐng)域來看，在溝通時基本上都是通過拷貝、復(fù)制的方式，這種傳統(tǒng)方法不僅比較費時，有時在信息傳播過程中還可能存在丟失、遺漏的情況。而BIM 中可以儲存大量模型，能夠?qū)崿F(xiàn)直接合并，有利于各部門、專業(yè)更便捷的溝通，當(dāng)需要探討問題時也可以在線上直接溝通，有著極高的協(xié)調(diào)效率。

1.3 表達功能

BIM 本就擁有可視化特征，通過模型可以還原和模擬道路工程項目，把道路設(shè)計意圖清楚的加以表達。在實際應(yīng)用時對于道路工程項目的屬性和模型劃分非常細膩，可以準確讀出設(shè)計意圖，這是傳統(tǒng)方法不具備的優(yōu)勢。即使面對較為復(fù)雜的道路設(shè)計問題，也能在將其轉(zhuǎn)換為模型后簡約化，為設(shè)計人員提供多重設(shè)計思維。

2 BIM 在道路設(shè)計中的具體應(yīng)用

2.1 在模型構(gòu)建中的應(yīng)用

構(gòu)建模型是BIM 的主要功能，通過道路工程數(shù)據(jù)來建立所需的模型。原本道路設(shè)計就會涉及到工程所在的水文、地質(zhì)等信息，BIM 正是以這些信息為載體構(gòu)建三維道路模型。在構(gòu)建模型之前，施工單位需要通過無人機等科技產(chǎn)品展開實地勘察，同時借助地形圖數(shù)據(jù)完成轉(zhuǎn)換工作，以此來獲得準確的工程項目參數(shù)。在模型建成后可將地形曲面的高程點進行標(biāo)識，設(shè)計人員則可以根據(jù)該標(biāo)識快速找到施工所需的高程點[2]。由于在道路施工中會受許多因素影響，避免在設(shè)計環(huán)節(jié)出現(xiàn)任何影響較大的問題，在構(gòu)建模型后對施工過程展開模擬。可發(fā)現(xiàn)施工中可能存在的隱患，幫助設(shè)計人員及時更改設(shè)計方案，在一定程度上提高了施工安全與穩(wěn)定。而且，BIM 還可以在構(gòu)建的模型中將工程所在地面的起伏情況以多種顏色加以體現(xiàn)，把與道路工程有關(guān)的信息轉(zhuǎn)變?yōu)槿S模型，大大提高了設(shè)計精確度，將地質(zhì)與地物的關(guān)系直觀展現(xiàn)在設(shè)計人員眼前，有利于提高設(shè)計實用性。

2.2 在縱斷面設(shè)計中的應(yīng)用

在道路縱斷面設(shè)計時應(yīng)用BIM 可以通過專業(yè)軟件實現(xiàn)分段施工，在BIM 軟件中可對縱斷面直接生成。在實際設(shè)計的時候，設(shè)計人員可以根據(jù)軟件中實際的操作工具對道路縱斷面信息進行修改完善，一直到與施工實際相符為止。設(shè)計人員必須確定設(shè)計結(jié)果和實際結(jié)果間的偏差大小，嚴格將偏差控制在允許范圍內(nèi)，如果偏差過高，就需展開適當(dāng)調(diào)整，總之要確?？v斷面設(shè)計是合理科學(xué)的。為了提高縱斷面設(shè)計成效，還把BIM 融入營地設(shè)計上。在具體設(shè)計時，設(shè)計人員需先借助CAD 展開二維規(guī)劃，再利用BIM 對模型加以導(dǎo)入，隨后根據(jù)道路工程施工所需展開進一步設(shè)計。BIM 有著可視化的特征，這一特征在道路縱斷面校對上有所體現(xiàn)?？衫肂IM 對道路縱斷面展開綜合校對，對設(shè)計圖紙進行整合，使設(shè)計人員能夠清楚的看到設(shè)計圖紙是否存在不足，幫助后續(xù)展開優(yōu)化工作。

2.3 在橫斷面設(shè)計中的應(yīng)用

道路的橫斷面設(shè)計主要包括路肩、行車道、人行道、邊坡等，可通過BIM 打造模板，將橫斷面的端點、組件等進行覆蓋，也可對橫斷面進行拼接或組建。對于道路橫斷面而言，在設(shè)計時設(shè)計人員必須考慮到重量、車流量等實際情況，確保橫斷面具備較高的承重能力，可以滿足車流量的通行需求，這樣的道路設(shè)計才具有實用價值。如果依靠傳統(tǒng)人工設(shè)計很難準確掌握，因此就需要發(fā)揮BIM 的優(yōu)勢，在獲得足夠參數(shù)的支持下展開布局，給設(shè)計工作帶來強有力的支撐。在現(xiàn)狀上進行優(yōu)化，提高橫斷面設(shè)計方案的適用程度[3]。

2.4 在中心線設(shè)計中的應(yīng)用

中心線是道路設(shè)計的關(guān)鍵，在設(shè)計初期就需將中心線的具體位置確定出來。中心線設(shè)計需考慮到諸多因素，既要結(jié)合設(shè)計規(guī)范來設(shè)計，又要嚴格遵守中心線設(shè)計標(biāo)準。道路中心線的設(shè)計內(nèi)容主要涵蓋轉(zhuǎn)角、直線與曲線長度等。在運用BIM 時，設(shè)計人員需根據(jù)中心線設(shè)計規(guī)范將其導(dǎo)入至軟件中展開線性擬合操作，并在對話框中填入名稱，選擇對應(yīng)的樣式和標(biāo)簽集，以此來完成中心線設(shè)計工作。

2.5 在景觀布局中的應(yīng)用

道路景觀布局就是指道路工程周圍的植物分布，這些植物不僅起到了美化、綠化作用，如果設(shè)計不合理甚至可能埋下安全隱患。在應(yīng)用BIM展開景觀布局時可以通過導(dǎo)入模型加以模擬，明確植物最佳的分布位置，還可以對植物的高度、類型加以明確。與二維圖紙不同的是，BIM 更具具象特點，改變了二維圖紙的局限，全方位提高道路設(shè)計效果，在道路景觀布局中發(fā)揮重要作用。

3 BIM 在道路設(shè)計中的應(yīng)用困境

3.1 工程項目施工環(huán)境較為復(fù)雜

眾所周知，道路工程的長度較長，涉及到的施工范圍非常廣泛，而且大部分道路工程所在環(huán)境都比較復(fù)雜，這給BIM 的應(yīng)用帶來了難度。由于受到外界環(huán)境因素制約，導(dǎo)致BIM 優(yōu)勢作用得不到完全發(fā)揮，進而制約道路設(shè)計工作發(fā)展。尤其是在三維模型構(gòu)建等方面面臨較為嚴峻的挑戰(zhàn)。工程項目參數(shù)是BIM 應(yīng)用的必備條件，BIM 的應(yīng)用必須建立在道路工程參數(shù)基礎(chǔ)上，由于道路工程所涉及的施工范圍較廣，有些數(shù)據(jù)很難完整采集，無法為BIM 建模提供數(shù)據(jù)支持。再加上道路工程所在地的環(huán)境復(fù)雜因素，使得交叉設(shè)計內(nèi)容較多，即使施工單位引入了BIM，也不能發(fā)揮應(yīng)有效果[4]。

3.2 輔助設(shè)備缺乏統(tǒng)一完善

雖然BIM 有著許多優(yōu)勢，但BIM 的應(yīng)用必須依靠完善輔助設(shè)備支撐，如設(shè)備工具、系統(tǒng)平臺等，這是技術(shù)作用發(fā)揮的重要前提。目前在道路設(shè)計中應(yīng)用比較廣泛的BIM 軟件平臺有Power in Roads、Road leader等。從整體來看應(yīng)用的系統(tǒng)平臺較少，且BIM 在道路設(shè)計中的應(yīng)用時間并不算長，缺乏工程項目實踐經(jīng)驗，很難在根本上提高應(yīng)用效果。同時，道路設(shè)計涵蓋了許多專業(yè)知識，除了涉及工程專業(yè)外，還與照明、電力、給排水等專業(yè)知識密切相關(guān)。這些專業(yè)知識與現(xiàn)應(yīng)用的BIM 系統(tǒng)平臺連接還不夠緊密，這就使得BIM 在道路設(shè)計中的應(yīng)用范圍有限。要想充分發(fā)揮BIM 的道路設(shè)計功能，就必須在輔助設(shè)備上下功夫。

4 BIM 在道路設(shè)計中的應(yīng)用促進策略

4.1 進一步完善數(shù)據(jù)采集分析

BIM 運行必須得到數(shù)據(jù)支撐，針對當(dāng)前道路設(shè)計中存在的數(shù)據(jù)采集困境，必須加強完善力度。施工單位可以通過BIM 技術(shù)拓寬數(shù)據(jù)采集范圍，充分利用BIM 技術(shù)優(yōu)勢獲得更廣泛的道路工程項目數(shù)據(jù)。比如，可以利用無人機展開數(shù)據(jù)采集，在得到控制的情況下獲得道路工程相關(guān)數(shù)據(jù)。無人機根據(jù)數(shù)據(jù)采集區(qū)域坐標(biāo)選擇適當(dāng)?shù)娘w行區(qū)域，在設(shè)置相關(guān)參數(shù)后會飛行到指定位置，隨后展開采集工作，在一些比較復(fù)雜的道路地形上便可以使用無人機。相比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集方式，無人機結(jié)合多種科學(xué)技術(shù)，可以自由調(diào)整高度，在展開拍攝時不僅可以真切還原道路工程項目真實情況，還可以深入地表獲取實質(zhì)性參數(shù)。在后續(xù)構(gòu)建三維模型時便能夠提供有力依據(jù)[5]。待數(shù)據(jù)采集完畢后，工作人員需對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一分析、錄入，為BIM 應(yīng)用奠定扎實基礎(chǔ)。

4.2 加快設(shè)備引入創(chuàng)新

作為道路設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)，還應(yīng)對BIM 輔助設(shè)備予以創(chuàng)新。有些施工單位正是由于沒有意識到輔助設(shè)備的重要性，使得BIM 作用發(fā)揮比較淺顯。除現(xiàn)常用的軟件平臺外，施工單位還可以將BIM 和GIS 管理技術(shù)相結(jié)合，在充分考慮道路工程項目實際情況后，構(gòu)建一套全新且適用的標(biāo)準體系。當(dāng)前，該體系雖然在我國工程項目中已有應(yīng)用，且獲得了優(yōu)秀成果，但在道路設(shè)計領(lǐng)域的使用還未完全普及。在與GIS 技術(shù)結(jié)合后可以從道路設(shè)計初期一直到道路竣工展開全程跟蹤，為設(shè)計環(huán)節(jié)提供更多有益素材。同時還可以構(gòu)建信息化平臺，設(shè)計人員可以利用該平臺優(yōu)化設(shè)計流程，使設(shè)計結(jié)果與工程實際相符。

4.3 遵循行業(yè)標(biāo)準創(chuàng)新設(shè)計模式

無論是從道路領(lǐng)域還是BIM 領(lǐng)域來看，在將兩者融合后都必須對模式進行創(chuàng)新，但模式創(chuàng)新必須在遵循行業(yè)標(biāo)準的前提下進行，無論如何改變道路設(shè)計模式都不能違背行業(yè)標(biāo)準。現(xiàn)階段已經(jīng)研發(fā)出了許多插件、平臺，如果道路設(shè)計依然堅持傳統(tǒng)模式，就會使其與BIM 適用要求存在偏差，自然無法有效應(yīng)用BIM。所以，道路設(shè)計模式必須得到創(chuàng)新。在模式創(chuàng)新后不能忽視人員職業(yè)素質(zhì)，施工單位需對設(shè)計人員展開培訓(xùn)教育，使其也同樣具備BIM 應(yīng)用能力。由于BIM 會跟隨科技進步不斷更新，施工單位的培訓(xùn)教育工作應(yīng)是持續(xù)的，確保各個時期的設(shè)計人員都能掌握當(dāng)下先進的BIM 技術(shù)，在道路設(shè)計過程中創(chuàng)造價值。

5 結(jié)束語

綜上所述，BIM 有著良好的分析、協(xié)調(diào)及表達功能，已在道路設(shè)計中廣泛應(yīng)用，主要體現(xiàn)在模型構(gòu)建、縱斷面設(shè)計、橫斷面設(shè)計、中心線設(shè)計以及景觀布局等方面。但在實際應(yīng)用中，由于工程項目施工環(huán)境較為復(fù)雜，輔助設(shè)備缺乏統(tǒng)一完善，導(dǎo)致BIM 作用無法得以充分發(fā)揮。為了突破困境，在道路設(shè)計時需進一步完善數(shù)據(jù)采集，統(tǒng)一分析和錄入，加快設(shè)備引入和創(chuàng)新，在遵循行業(yè)標(biāo)準的前提下創(chuàng)新道路設(shè)計模式，提高道路設(shè)計效果，為道路工程高質(zhì)量建設(shè)做鋪墊。