BIM技术在市政道路设计与养护中的应用★

魏天云

(福建船政交通职业学院土木工程学院，福建 福州 350007)

在市政道路施工过程中，要保证施工安全和工程质量，提高工程效益，需要采取有效措施，强化施工过程管理，有必要引入信息化管理技术[1]。BIM技术的出现，为工程项目建设管理提供了支持，它在工程质量管理、安全和成本控制、事故的提早发现和预防等方面显示了强大的功能，在市政道路施工项目中的应用越来越广泛。

1 BIM技术特点及优势

1)项目可视化。BIM具有将2D转换成3D的功能，克服了2D平面图无法呈现空间几何关系与实际情况的问题，3D具有形象直观“所见即所得”的特点。应用BIM技术可视化的功能，可以开展碰撞检查，即空间结构关系是否存在干涉；开展动态模拟仿真和视觉分析，及时发现问题。采用BIM技术之后，各方之间的沟通无需进行空间想象，减少了偏差，使沟通更加全面准确，显著提高沟通效率[2]。

2)检查设计图。利用BIM技术，可以进行施工图的重新建模和分析，有助于发现路基、钢筋、隧道、桥梁、涵洞等在设计中的缺漏。凭借该平台，可以有效控制施工风险并降低管理成本。

3)掌握进度条。BIM模型具有显示进度的功能，通过在模型中设定完工和未完工的色差，可以简单明了地显示项目的进展情况。

4)施工可模拟。应用BIM技术，可以对施工组织设计的工序以及工艺进行模拟，并具有模拟施工现场安全的功能，可以提前发现问题，采取有效的预防措施，保证施工质量和安全。

5)复核工程量。通过建立BIM模型，能够快速有效地校核工程量，为工程项目的设计和竣工验收预决算提供决策依据。

6)数据可集成。工程项目的有关数据可以全部集成到BIM模型中，充分利用各方面的信息，保证各个环节的信息畅通，有助于进行协同管理。

2 三维数字捕捉技术的应用

以三维数字技术为特点的BIM技术，能够根据实际情况将设计与施工各阶段的信息数据进行全面集成。它具有模拟性、可视化、协调性等方面的特点，在市政道路设计与施工中发挥了重要的作用。同时，应用它的这些特点，通过建立市政道路的全景三维模型，可以为市政道路的病害提供基础信息数据，为决策者提供有价值的参考依据。

近年来，随着三维数据技术和测绘技术的快速发展，三维扫描技术和摄影测量技术在市政道路设计与施工中应用越来越广泛。三维扫描技术能够实现对空间数据的采集，针对目标物体采用三维扫描，能够快速提取物体的表面坐标和相关信息，这些可以为道路的养护人员提供准确的判断，及时发现路面出现的微观变化并采取相应的预防措施。摄影测量技术主要是应用光学摄影获取物体的相关信息，对物体的位置、形状以及大小等方面做出精确判断，为道路养护人员提供精准的信息，比传统的人工测量方式，更加高效和准确，因此得到了广泛应用[3]。据此，可以考虑将BIM技术与三维激光扫描和摄影测量技术联合使用，发挥各自优势，比如信息采集效率高、数据处理准确、具有可视化以及易于数字化建档，从而为市政道路养护以及道路病害检测提供一套完整标准的技术流程。

3 沥青公路水损害的影响与预防

在高等级沥青公路的使用过程中，水损害是一个不可避免的现象。它是指水进入沥青路面的孔隙中，在热胀冷缩以及交通动载荷的作用下，路面孔隙水的动压力会将水分带入沥青和集料的交界处，或者真空导致的负压抽吸作用，导致沥青膜与集料分离开来，降低混合料之间的黏结力，危害沥青路面的结构性能，同时产生不可忽视的松散、麻面等病害[4-5]。

对于多雨地区的高等级公路沥青路面，在开通不长时间，雨水渗入沥青面层，并在重卡和高速行驶车辆的双重作用下，会出现各种水损坏现象，破坏性大，是导致高等级沥青路面发生损坏的重要原因。多雨地区的高等级公路沥青路面发生水损坏大致有如下特点：超车道上破坏较少，主要发生在行车道，这可能与重载以及超速有关；发生破坏时，一般先发生冒白浆，然后产生一些坑槽等，这种破坏在雨季较为多见；水损坏严重的地方主要在渗水严重且不易排水的位置；水损坏一般发生在局部路段，表明沥青混合料的均匀度是一个重要影响因素。

市政道路的智能养护可以基于BIM模型和现代网络技术，建立道路的全生命周期信息管理数据平台，对项目的规划、设计与施工过程进行监控，采集相关数据，掌控道路运营过程的状况，对道路的损坏进行提前预测并采取相应措施。对于道路的损坏部位，结合BIM模型和相关数据，从材料、工艺以及施工技术方面开展养护修复，减少病害的发展和发生，保障道路设施的质量与运营。

目前道路智能化检测应用于道路的病害的识别和检测，一方面是利用路面综合检测车以及激光平整度仪等获取路面的相关数据信息，判断路面的状况；另一方面，应用计算机与互联网技术，引入大数据和云平台，可以有效提高道路的检测水平，为公路的病害检测与识别提供技术保障[6]。

传统的养护方案主要基于理论分析，需要查阅大量的记录资料，工序繁杂，科学性和效率不高。而将BIM技术嵌入到道路养护中，从道路的设计、材料和施工等方面建立全生命周期数据，可以为后续病害的预测和数据查找提供快速准确的信息，可实现公路状况的提前预测与分析，可视性强，能够准确地确定病害位置。同时BIM模型可以导入调查数据，不断更新和修正系统的数据，保证系统逐步完善。

4 市政道路施工中 BIM 技术的具体应用

根据BIM技术的特点和优势，在市政道路施工过程已经开展广泛的研究和应用，并且收到了很好的效果，越来越受到企业的青睐。

4.1 典型的施工管理

某市政道路工程项目，主要由道路工程、地下通道、景观绿化工程以及配套工程等构成，包括城市主次干道和U型通道等。针对该工程项目的实际情况，构建了BIM施工工艺模型、通道工艺模型以及路基填筑工艺模型等，以施工工期和施工质量以及安全作为主要衡量指标，对所建的BIM模型进行模拟仿真并实时调整，保证工艺、机械、环境以及人员等各方面得到最佳匹配。利用BIM技术，优化管道施工流程、通道工艺流程、路基填筑工艺流程，将人、机、料、法、环有机联合起来作为一个整体考虑，做出合理的规划，为技术人员和管理人员提供可视化管理，为现场管理提供有效的技术支持。通过BIM技术有效地解决了地上和地下交叉施工的排序问题，缓解了施工过程对交通造成的拥堵问题，降低了施工过程对城市居民的影响，因此，BIM技术得到广泛的重视和应用。

4.2 沥青面层施工信息管理

以往市政道路沥青面层施工过程的信息采集主要通过人工检测与记录，信息化程度低，导致施工技术人员无法全面了解各类数据，同时各类数据之间难以形成整体，数据的查找与分析较为繁琐，增加了施工过程的管理成本。由于数据之间的孤立性，很难建立路面施工位置与控制指标之间的关系，且数据的溯源功能难以全面发挥，对施工过程的管理造成一定的影响。针对以上问题，可以考虑采用BIM技术来解决，首先建立施工信息模型，该模型主要包括沥青混合料拌和过程的油石比和级配、碾压层厚度以及初始压实温度等工艺参数[7]，并且参考相关的工艺规范标准，据此预估沥青混合料层疲劳寿命、空隙率以及车辙试验永久变形等。该模型以路面使用性能作为主要衡量指标，可以为市政道路的施工过程管理提供技术支持，同时也可以为市政道路的后续养护提供基础数据支持，保证数据的整体性和一致性，充分发挥数据的溯源功能。

5 结语

BIM技术自身具有的特点和优势，在市政道路施工过程管理中发挥了重要作用，为工程技术人员提供了可视化管理，控制施工成本，确保施工安全，有效地提高了工程项目建设质量，显示出BIM技术极大的应用价值。同时，建立基于BIM模型的全寿命周期管理，可以为市政道路后续养护工作提供数据溯源和维护决策依据。