BIM技術條件下的市政道路橋梁設計研究

黃彥章

摘 要：中國國家鐵路集團有限公司在2013年成立了“中國鐵路BIM聯(lián)盟”，加快了鐵路建設工程信息化工作的推進步驟，明確了以BIM技術為核心，建立統(tǒng)一開放的工程信息化平臺，分節(jié)段拓展引用內容，實現(xiàn)對工程項目全生命周期管理，隨后確定了17個鐵路BIM試點項目。滬通長江大橋項目作為試點項目之一，從2014年開始BIM技術應用，貫穿項目建設全過程，在工程質量控制、進度管控、管理優(yōu)化等方面均取得了較好的效果。

關鍵詞：BIM技術;市政道路橋梁;設計要點

引言

傳統(tǒng)道路工程設計依賴CAD、Card1等軟件的工程二維建模設計，但道路工程涉及路面、路基、橋梁、隧道、立交等工程，各專業(yè)知識較差，二維圖紙設計的成果存在一定不足，可能影響項目成本及投資[1]。道路工程設計應在滿足安全性的基礎上，將建設信息全面反饋給交通運輸部門，將設計意圖傳遞給施工方。通過BIM技術進行道路工程設計，可提高設計意圖表達的準確性，彌補傳統(tǒng)二維圖紙的不便，為決策、設計人員提供更優(yōu)的設計手段，也為推動道路信息化設計奠定基礎。

1BIM技術基本概述

BIM技術即建筑信息化模型技術，主要是采用三位數(shù)字建模技術，對建筑物體構建可視化3D數(shù)字模型，然后圍繞建筑主體結構及道路橋梁主要節(jié)點進行三維動態(tài)設計及仿真模擬，進而使工程及建筑橋梁等能夠在可視化、系統(tǒng)化及模塊化下實現(xiàn)預期設計目標。在國家倡導建造智慧型城市的背景之下，道路橋梁設計及施工需要在理念上有所革新，賦予道路橋梁設計信息化特征，而BIM技術則有效滿足了這一需求[1]。在具體應用上，BIM技術在三維模型中將主項及分項工程的設計周期、進度安排、技術參數(shù)等信息融入其中，針對道路橋梁項目，在模型構建前的繪圖環(huán)節(jié)，結合CAD軟件的使用，使道路橋梁設計細節(jié)更加精細。在BIM技術應用到道路橋梁設計中時，首先要明確道路橋梁BIM三維模型各構成要素，主要要素如下：橋梁、道路、路橋附屬物、地面模型、隧道、地形地貌、房屋建筑等。這些要素先通過實體測繪，然后將要素導入到系統(tǒng)中，使用分割法及歸并法進行要素的單獨建模，最后整合拼接成為完整模型系統(tǒng)。

2BIM技術在市政道路橋梁設計中的技術優(yōu)勢

2.1前期規(guī)劃階段

（1）GIS+BIM模式。如今，GIS+BIM模式是道路工程的設計規(guī)劃階段的一個重要方向。GIS主要用于空間地理信息分析，而BIM主要用于建模，兩相的結合將環(huán)境與項目緊密聯(lián)系，使設計階段可以根據(jù)實際情況進行正確合理的設計。例如，重慶港城工業(yè)園區(qū)B區(qū)路網(wǎng)工程運用了GIS+BIM模式，使路網(wǎng)與周邊環(huán)境完美融合，不僅提升了工程的科學性和合理性，而且降低了成本[3]。但是，目前GIS+BIM模式仍然處于初期階段，GIS和BIM還不能實現(xiàn)實時信息共享，一般先在BIM中建模再到GIS中查看，或者先由GIS采集信息再導入BIM軟件中進行設計建模。無論是哪一種方式，其信息的傳輸效率都不高，還可能會出現(xiàn)信息缺失或軟件不兼容等情況。

2.2算量精確，優(yōu)化市政道路橋梁工程整體成本

在BIM技術條件下，市政道路橋梁的工程數(shù)據(jù)信息可以被獲取并在模型中體現(xiàn)，如此就為道路橋梁的工程量計算提供了技術支撐，在路橋設計預算、施工預算及后續(xù)管理維保環(huán)節(jié)可以通過數(shù)據(jù)參數(shù)的類比及調用，提高預算編制的精度，加快施工管理速率，從而優(yōu)化工程項目的成本支出。具體而言，在BIM技術下，道路橋梁設計的模式、投資成本、進度等基本信息可以隨時從系統(tǒng)模型中獲取，通過對這些信息的掌握，道路橋梁工程設計人員可以根據(jù)數(shù)據(jù)參數(shù)來對設計理念及施工管理方案加以調整，確保項目在滿足設計質量標準的同時，提高項目經濟效益產出。

2.3道路工程的多專業(yè)設計校核

道路工程設計包含橋梁、涵洞、隧道等多方面設計，一些特殊的道路工程其涵蓋設計專業(yè)也并不相同。傳統(tǒng)設計工作在設計階段結束后，仍然存在大量的設計改動及變更，流程較為復雜，影響最終設計對施工的指導效果。一些設計中的專業(yè)內容，如橋梁構件埋深、涵洞標高、道路高程等，無法精確定位，現(xiàn)場施工中還存在諸多不確定因素。故在設計當中應落實可靠的設計校核，提前發(fā)現(xiàn)潛在問題，規(guī)避設計失誤，確保設計為施工提供的全方面指導。以a城市某段高速道路合縱段設計為例，其全線三維設計按照標段劃分，選擇Bentley平臺結合2007版CAD三維平臺建模，為簡化建模過程，基于Revit平臺工具再次開發(fā)，最后以項目集成平臺，對各項BIM數(shù)據(jù)融合，提高模型功能性。

3BIM條件下市政道路橋梁設計要點

3.1 設計階段

（1）信息化模型。在設計階段不僅要完成橋梁的方案設計，還要使用一些建模軟件對橋梁的各種參數(shù)進行編輯生成三維模型。設計過程結合GIS數(shù)據(jù)與BIM模型，對周圍環(huán)境或地形要素進行相關性分析，提高模型信息的完備性[13]，可以更直觀地了解橋梁，獲得其在二維、三維空間下的外形、尺寸等信息以及橋梁不同結構構件的屬性。在BIM模型中對某個對象進行更改，其他與之有關的對象也會隨之改變，這是模型的關聯(lián)性。（2）工程量計算。以前橋梁工程的工程量計算一般是通過二維圖紙加上造價軟件對工程量進行計算，這樣的方式與實際會產生較大誤差。BIM軟件能充分了解工程中建筑模型各個部分不同構件的參數(shù)信息，對不同部分進行特定分析得到最終的工程量和工程造價。通過使用BIM軟件對工程進行計算，將定額和材料的實際統(tǒng)計數(shù)量相結合，然后以定額為基礎進行材料數(shù)量的調整，從而提高工程量成本控制的水平。

3.2BIM+GIS

道路工程的設計主要依賴施工區(qū)域的原始地形、地貌數(shù)據(jù)，而傳統(tǒng)CAD二維圖紙設計中，針對部分長線條帶寬道路，往往需要測繪支持，開展實地測繪，費時費力，測試完成后還需要以大量測繪點支持，制作地形圖，設計完成需要對應設計人員有較強的空間想象力和理解能力，稍有差池，設計效果就不理想。此外，道路工程設計若遭遇大規(guī)模拆遷征地，將會出現(xiàn)大量不可控因素。有時設計實地環(huán)境復雜，需設計人員長時間開展野外勘察，針對項目建設需求，需出勘多次，極大地限制了設計效率的提高。

3.3工單管理

單管理包括日常清潔、養(yǎng)護以及故障維修工單，可在平臺中制定日常養(yǎng)護計劃，定期發(fā)送提醒。維修工單的發(fā)起源一般可以關聯(lián)到巡檢發(fā)現(xiàn)的病害問題，根據(jù)所關聯(lián)的BIM資產構件，管理人員可以查看到該部位的養(yǎng)護報告、維保情況和病害詳情，輔助其更有針對性的執(zhí)行維修處理。平臺端自動形成工單臺賬，按病害、時間、構件等進行統(tǒng)計。除了病害和處置記錄外，要求相關人員上報道路養(yǎng)護費用投入，分析人工費用、維修物資耗費已經各類維修保養(yǎng)費用的支出比例，為運維單位的人員物資配置和成本管理提供參考依據(jù)，保證各項資源得到充分有效利用。

結束語

市政道路橋梁工程作為城市基礎設施建設的重要內容，對城市外在形象有直接宣導作用。隨著BIM技術的成熟，傳統(tǒng)市政道路橋梁設計弊端及問題得到得以彌補，為智慧型城市的構建提供了新的技術支撐。在具體應用BIM技術時，應對市政道路橋梁設計的各個環(huán)節(jié)加以綜合分析，在主體構造、設備裝置、管線布局等主要方面通過數(shù)字化可視化模型加以預判，提高路橋設計質量深度。

參考文獻

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