基于BIM的市政道路优化设计探究

文｜ 中煤科工集团武汉设计研究院有限公司 张卫东

前言

市政道路设计直接关系到城市整体建筑规划，对于城市居民的生活和出行有着直接影响。同时，市政道路设计优化关系到道路的施工和维护，有着重要的影响。为了落实以人为本的理念，必须结合先进技术改进各个流程，保证最终市政道路的使用效果。

1 BIM 技术的应用优势分析

本文研究的BIM 技术，具体来说是道路信息模型技术，其中有效应用了三维数字技术，同时搭配相关前沿技术进行研究和优化设计，通过软件构建的模型，有着多方面优势。可以针对道路节点进行数字化操作，功能包括三维动态设计和仿真分析。能够让道路优化设计具备可视化、模块化、设计系统化和设计精细化的特点。利用BIM 技术及相关理念，可以促进市政道路的信息化、动态数据化发展，确保市政道路设计能够达到预期要求。

2 市政道路设计优化中BIM 技术的应用

2.1 市政道路交叉口的优化设计中的应用

以某道路工程为例，平面交叉口处于城市人流量和交通量较大的区域，附近有商业街、居民区、银行、酒店、医院等等。本交叉路口标准路段线宽42m，车行道的宽度都是26m。道路属于主干路，设计速度是50KM/h，存在行人、非机动车、机动车路权分配不明的问题。交叉口的拥堵显著影响到过往车辆的通行效率。使用BIM软件进行仿真模拟分析，进而优化交通配时，提升通行效率，避免出现拥堵问题。

图1 交叉口改造方案

图2 BIM 模拟交通参数设置

优化方案的主要工作包括，增加左转车道数量、增加右转专用车道，同时利用BIM 技术模拟实际交通量，进而优化交叉口的通行。

第一，进行三维建模分析。流程包括：识别地形→设计路线→纵断和横断设计→生成道路→设计交通设施→布置信号灯和关联信号灯，结合交通量配置信号灯→进行三维观察分析，利用BIM 模拟来观察交通通行效果，优化方案。

第二，利用BIM 模拟改进方案。把优化方案实施三维模拟之后，可以分析具体的优化措施，通过有效调整配时，可以获得最佳方案。因为交叉口左转的车辆比较多，所以可以在增加左转车道的前提下，设置必要的左转弯待转区，进而避免出现左转车辆行车延误问题，让相关车辆可以在一个信号灯周期内通行，避免出现行车延误问题。

经过优化之后的方案有着良好的运行情况，可以显著提升通行能力，避免行车延误。和改进方案之间对比，可以消除交叉口拥堵问题，这样的拥堵会产生连锁反应，把问题延伸到后面的交叉口，进而让整个片区瘫痪。通过应用BIM 软件模拟分析，提供了合理方案，解决了这个方面的问题。利用空间分离（道路分离立交）和时间分离（信号灯控制平交）的方式，解决了交叉口的冲突。在智能交互信号灯没有出现之前，利用BIM 模拟技术，能够优化信号灯的设置，有效降低车辆的通过排队时间。

2.2 市政道路路基和管网优化设计中的应用

以某道路工程为例，全长1526 米，路幅24 米，道路两侧新建排水管道，由某市政工程公司承建，道路设路肩挡土墙500 米，路基地基处理采用碎石桩。

第一，道路路基优化设计中BIM 技术的应用。

首先，可以针对挡土墙的碰撞问题处置进行优化设计。利用BIM 技术可以建设模型进而了解具体信息。所以，在开展工程之前可以发现一号线的挡土墙在实际施工中会和道路电缆产生碰撞问题，将会产生一定的工程问题，影响到工程的开展和整体质量。通过BIM 技术的分析，进而探究有效解决方法。同时，在这个前提下对于挡土墙的边缘进行部分优化设计，这样可以避免挡土墙对于周边产生较大的影响。在挡土墙设计中，可以利用BIM 软件构建挡土墙模型，在软件平台上利用挡土墙稳定性验算系统进行优化设计。在构建BIM三维地质模型之后，结合设计挡土墙的理论依据，利用软件优化设计挡土墙的部件，最终获得挡土墙BIM 模型。需要注意的是，挡土墙属于线构件，需要利用空间基线来辅助装配。利用软件进行验算和模拟，进而得出最佳设计方案。

其次，利用BIM 技术优化工程中碎石桩的排布。BIM 技术的虚拟建造有着多方面优点，可以优化设计细节。所以利用设计图纸来模拟工程中碎石桩的具体排布位置，进而优化不合理的位置，这样可以优化整体的碎石桩排布。同时，利用BIM 中的统计功能，统计碎石桩的排布效果，同时可以获得碎石桩的排布平面定位图纸，指导后续的工程设计和开展。

第二，管网中BIM 技术的应用。首先，利用BIM 技术优化设计思路。BIM 技术具有可视化的优势，可以从专业角度来分析碰撞问题，同时可以满足美观和实用的要求。在项目进行验收之后，可以进行方便地维护。其次，利用BIM 技术消除碰撞并且预留套管。在工程中，可以增加管道填埋的深度，这样可以避免雨水管和相关水管产生冲突。

通过应用以上的BIM 技术，可以发挥技术的优化和可视化功能，进而在明确现场情况的前提下，进行优化设计，移动相应的管道，同时对于管道进行了针对性装饰处理，确保美观性。同时，在后续工程中，利用BIM 技术的虚拟建造功能，模拟了市政管网和原有管网，同时分析不合理的部位，结合实际情况解决问题，同时改进道路雨水口的深度，从原来的1 米提升到1.4米，针对纵向和横向的水管进行位置调整。

在地下管网优化设计中，还需要重视物探资料和设计资料的整合，明确各种管线的走向、半径、类别等等，科学规划具体的参数。通过使用BIM 技术，可以利用3D 模型来模拟管线施工结束之后的实际排列情况，如果使用Magi CAD 软件操作设计流程，能够结合专业施工图有效分析设备管线情况。这个过程中，需要结合系统差异性进行个别分析，本着自上而下以及从大管到小管的顺序，这样可以有效避免后期的管道避让问题，降低了后续调整的难度。在完成建模之后，需要实施碰撞检测，进而利用碰撞报告的具体内容来合理调整实际的管线情况和排列。管道在预埋和预留中存在遗漏和预留埋孔错位问题，利用BIM 技术结合“设计、分析、模拟”的一体化优化设计思路，能够有效避免问题。

2.3 利用BIM 技术进行场地规划分析

在市政道路优化设计中，场地规划分析比较关键。传统的场地规划设计中，一般是利用勘察人员的勘察数据进行具体分析，分析的结果和流程科学性不强。但是利用BIM 技术，获得的成果比较好。利用BIM 技术，能够实现厂内平面元素的立体化和直观化，进而有效布置各个工程阶段的场地，同时可以综合考虑各个阶段场地转换的方式，避免出现重复布置场地的问题。在使用BIM 技术模拟时，需要根据标高方格网，把地形导入到BIM 软件中，提前规划市政道路现场的标高系统和道路排水系统，明确合理标高，结合土方平衡的原则，尽可能避免或者减少填方和地挖。同时，利用BIM 技术软件，使用GIS 系统，可以优化道路整体布局，解决数据量较大以及分许不准确问题。通过BIM 软件可以模拟城市道路空间，进而分析和评估车辆情况，有效搭配车道组件，进而促进市政道路设计的精确性和智能化。

结论

利用BIM 技术可以解决这方面的问题，这是一种基于智能模型的流程，在具体的设计、运维中能够实现工程信息的共享，同时可以优化项目的设计方案、动态展示项目全过程，进而合理协调各阶段程序，在投资、工期和实践操作方面都有较强优势，显著提升工程经济价值和社会价值。

图3 BIM 市政道路管网模拟图