BIM技術在市政工程中的應用研究綜述

馬文琪，趙杰，馬汝杰

（山東省交通規(guī)劃設計院集團有限公司全壽命周期BIM 技術應用研發(fā)中心，濟南 250031）

1 引言

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術、物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things，IoT)等現(xiàn)代化信息設備的出現(xiàn)和發(fā)展，有效推動了基礎設施數(shù)字化發(fā)展進程。市政工程作為現(xiàn)代化城市的重要組成部分，智能化建設管理的需求也逐漸提高，利用BIM 技術提升市政工程數(shù)字化水平，實現(xiàn)全要素、全周期管理成為當下研究的熱點話題。

本文以CNKI 數(shù)據(jù)庫收錄的相關文獻為研究基礎，從市政道路、綜合管廊、管線綜合、GIS+BIM 等技術的融合應用4個方向?qū)ο嚓P文獻進行綜述歸類，然后針對我國市政工程BIM 技術應用發(fā)展現(xiàn)狀提出建議，為BIM 技術在市政工程中的發(fā)展研究提供參考。

2 文獻統(tǒng)計與分析

以中文關鍵詞“BIM”和“市政”，英文關鍵詞“BIM”和“municipal”分別對CNKI 數(shù)據(jù)庫進行檢索，通過對文獻進行篩選整理，得到2010—2020 年，共有相關中文文獻828 篇、英文文獻230 篇。分別從文獻發(fā)表數(shù)量、主題分布進行分析梳理。

2.1 文獻發(fā)表數(shù)量

從國內(nèi)外近10 年的文獻發(fā)表數(shù)量統(tǒng)計（見圖1）可以看出，BIM 技術在市政工程中的應用相關成果數(shù)量總體呈遞增的趨勢；從國內(nèi)文獻統(tǒng)計來看，BIM 技術在市政工程中的應用研究成果自2015 年至2017 年得到快速發(fā)展；2018 年，“積極探索BIM 技術向城市治理、市政基礎設施建設等領域的拓展應用”等相關政策[1]的提出，進一步推進BIM 技術應用研究。英文文獻的發(fā)表數(shù)量在2017 年和2019 年較上一年出現(xiàn)成倍增長?？傮w來看，BIM 技術在市政工程中的應用研究正處于快速發(fā)展階段。

圖1 2010—2020 年文獻發(fā)表數(shù)量統(tǒng)計

2.2 文獻主題分布

使用VOSviewer 軟件對相關文獻進行高頻關鍵詞共現(xiàn)分析，結果分別如圖2 和圖3 所示。由圖2 可知，相關英文文獻的研究成果主要集中在architecture design（設計）、construction（建設） 階段，對于BIM 技術的應用主要包括geographic information system（地理信息系統(tǒng)GIS）、utility tunnels（綜合管廊）以及基于模型的分析應用等；由圖3 可知，國內(nèi)相關研究領域分布較廣泛，在市政道路、橋梁、隧道、管線、綜合管廊等方向均有相關成果。按工程階段劃分，BIM 技術應用研究主要集中在設計和施工階段?？傮w來看，GIS+BIM 等技術的融合在市政工程中已展開應用研究，基于BIM 技術實現(xiàn)基礎設施協(xié)同設計、全生命周期管理成為市政工程發(fā)展的目標，綜合管廊成為市政工程未來重要發(fā)展方向，市政工程信息化將促進智慧城市建設發(fā)展。

圖2 英文關鍵詞共現(xiàn)知識圖譜

圖3 中文關鍵詞共現(xiàn)知識圖譜

3 BIM技術在市政工程中的應用文獻綜述

根據(jù)市政工程中BIM 技術應用研究成果分類及熱點方向，從市政道路、綜合管廊、管線綜合、GIS+BIM 融合應用4 個方向進行綜述分析，為BIM 技術在市政工程全生命周期中的發(fā)展提供參考。

3.1 BIM技術在市政道路工程中的應用

BIM 技術在市政道路工程設計階段的應用主要包括通過三維表達方式體現(xiàn)設計意圖[2]，輔助設計方案論證、優(yōu)化；應用精細化BIM 模型實現(xiàn)土方工程量精準計算[3]；通過碰撞檢查、視距分析、駕駛模擬等開展模型應用研究[4]，深化設計，提升設計質(zhì)量。對于道路BIM 模型參數(shù)化設計的研究，學者通過不同的三維圖形平臺詳細研究了地形、道路、橋梁、隧道等模型的創(chuàng)建方法，總結市政道路BIM 模型的創(chuàng)建設計流程[5-7]。施工階段，BIM 技術主要用于交通組織方案優(yōu)化[8]、施工模擬[9]以及基于協(xié)同平臺的數(shù)據(jù)共享、質(zhì)量安全管理、圖文管理等[10]。

3.2 BIM技術在綜合管廊中的應用

自2016 年，BIM 技術在綜合管廊中的應用研究文獻數(shù)量呈快速增長的趨勢[11]。在BIM 模型創(chuàng)建方法上，除基于常用三維圖形平臺探究模型創(chuàng)建流程外[12,13]，馬浩[14]采用Revit 創(chuàng)建構件庫、通過API 程序接口開發(fā)綜合管廊模塊，實現(xiàn)綜合管廊中的快速設計及信息管理；鴻業(yè)公司則發(fā)布國產(chǎn)綜合管廊設計系統(tǒng)，集設計、出圖、算量等功能于一體，提升綜合管廊設計效率。

相比于綜合管廊的規(guī)劃建設，學者們更加關注運維階段BIM 技術的應用?；贐IM、GIS、IoT 等技術的集成，構建城市地下綜合管廊運維管理平臺，實現(xiàn)運維信息的數(shù)據(jù)化、可視化、智能化是目前主要的研究方向[15-18]。我國現(xiàn)階段管廊建設正處于研究初、中期，處于運維階段的管廊較少，因此運維管理平臺的落地應用尚需進一步探究。

3.3 BIM技術在市政管線綜合中的應用

地下管線的協(xié)同設計及建模研究已有多位學者通過不同的軟件實現(xiàn)，目前使用較成熟的設計軟件包括Autodesk 公司開發(fā)Autodesk Civil 3D 軟件、Bentley 平臺的SUE 以及鴻業(yè)公司開發(fā)的鴻業(yè)三維智能管線設計系列軟件[19，20]；多篇論文中也提出在既有三維建模軟件上進行二次開發(fā)，實現(xiàn)地下管線的三維自動建模研究[21,22]。此外，學者們還從管線綜合BIM 標準制定、碰撞檢查、工程算量[23-25]等方面探索BIM 技術應用價值。

3.4 GIS+BIM等技術融合應用

關于GIS 與BIM 技術的融合應用，學者們已進行大量研究，通過數(shù)據(jù)格式的轉換，實現(xiàn)微觀和宏觀關聯(lián)整合，最終實現(xiàn)多領域的協(xié)同深化應用[26]。

在規(guī)劃設計階段，學者們基于無人機傾斜攝影提供的實景三維模型與BIM 模型結合，通過視距分析等詳細功能評價，改善和優(yōu)化道路設計方案[27]。在施工運維階段，GIS+BIM的集成應用體現(xiàn)在地下管網(wǎng)、綜合管廊、市政路橋等數(shù)據(jù)的可視化以及動態(tài)化管理[28]。目前，學者主要從市政工程全生命周期一體化建設管理的角度出發(fā)，開發(fā)市政工程規(guī)劃、建設、管理一體化平臺，可實現(xiàn)多階段數(shù)據(jù)的信息集成，實現(xiàn)施工質(zhì)量、進度、安全、人員、物資等的可視化管理[29,30]；隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術的發(fā)展，開展運維階段系統(tǒng)架構研究及平臺開發(fā)成為當下研究熱點[31]，依托運維管理系統(tǒng)，通過日常監(jiān)測、災害定位、維修模擬等功能，最終實現(xiàn)智慧化運維目標[32]。

4 結語

BIM 技術在市政工程各專業(yè)的應用已取得較多創(chuàng)新性成果，但還存在沒有形成標準應用流程、在建模工具上主要依賴國外基礎圖形平臺，這制約了BIM 技術發(fā)揮其最大價值，也制約了BIM 技術的發(fā)展。從市政工程全生命周期協(xié)同管理的角度，給出以下建議：

1）加快制定市政工程各專業(yè)BIM 技術應用標準。目前，市政工程BIM 模型統(tǒng)一的交付標準尚未制定，且設計施工各階段的應用標準流程尚未建立，BIM 技術應用標準的制定有助于BIM 技術深入應用并充分發(fā)揮其價值。

2）深化BIM+GIS+IoT 等技術的融合。通過BIM+GIS+IoT等技術的融合應用，將實現(xiàn)BIM 模型與現(xiàn)實世界的共享與交換，有效推動數(shù)字城市構建與發(fā)展。

3）重視國產(chǎn)三維軟件研發(fā)。城市道路、地下管線、綜合管廊的BIM 模型創(chuàng)建，成熟易用的國產(chǎn)軟件是推動市政工程數(shù)字化的基礎，加快國產(chǎn)軟件研發(fā)，從而促進市政行業(yè)數(shù)字化轉型和智能化發(fā)展。