BIM技术在市政道路设计中的应用

曾征

随着近年来城市化的快速推进，市政道路的建设越来越具有复杂性，不仅要考虑建设方案的可行性，还要兼具经济效益。在市政道路设计中引入BIM技术，实现市政道路优化设计，在设计过程中可以减少错误，提高建设方案的合理性。BIM技术以其在可视化、模拟性以及协同设计方面的优势，通过建立模型实现信息集成与模型共享，能够有效提高市政道路设计的科学性。

BIM技术以其良好的智能化、专业化以及信息集成化的特点，在引入国内之后得到了非常广泛的应用，尤其是在工程建设领域，是信息技术在市政道路设计行业发展过程中所产生的非常重要成果。该技术在不断的发展过程中逐渐趋于完善和成熟，其原理主要是通过搭建数字模型，用其自身的信息仿真模拟系统，以此达到帮助设计人员及时发现设计中的错误与不足之处，进而改正结果，最终实现大幅度的提高工作效率的目的。在实际工作中，可对市政道路设计工作的各项流程进行优化，能够有效地降低施工过程以及后期养护过程中的成本投入，避免资源浪费。

一、BIM技术的发展及其应用

1.BIM技术的发展与应用

由查理·伊斯特曼于1975年提出的建筑描述系统被认为是BIM的前身，该理论是建立在数据转换的基础之上，利用三维建筑信息模型与二维平面图纸进行关联的方法，在对三维模型修改的同时达到二维平面图纸实现自动同步更新的目的。以BIM技术对项目设计进行全过程模拟，各专业设计人员即使是在不同阶段中，只要使用同一模型，对各自负责的工作进行设计操作，即可以达到协同设计的目的，能够有效地对整个工程进行计算、分析以及模拟。最近几十年来，随着科学技术的迅猛发展，计算机的硬件与软件水平也得到了快速提升，使得BIM技术在工程建设领域内逐渐备受关注，并且应用范围迅速扩大。我国的BIM理念于2004年第一次被引入，并于2010年首先在建筑工程领域范围内得到快速发展，后来逐步在市政道路中得到了应用，如深圳国际生物谷海心路等市政道路工程就应用了BIM技术。

2.常用BIM软件介绍

BIM技术的应用主要是以强大的硬件与软件系统为支撑所建立起来的，但是由于我国科学技术起步较晚，导致BIM技术在我国还没有成熟的核心软件系统，所以我们在当前所使用的BIM软件都是从国外引进的，主要有四种经常使用的软件，如下文的表1所示。其中市政道路设计主要采用Autodesk以及Bentley两家公司的软件进行。其中Autodesk系列的BIM软件主要有Civil3d、Revit以及Infraworks，其中Civil3d是以AutoCAD为基础的道路工程三维软件，Revit是专业的桥梁三维设计软件，而Infraworks则可对设计方案与结构布置进行优化，并实现工程量的初步统计分析。Bentley系列等BIM软件则有PowerCivil与 BridgeMasterModerler两 种， 其 中PowerCivil可进行三维化建模与工程信息参数集成，BridgeMasterModerler则可进行渲染、可视化以及动态视图和施工模拟操作。

表1 BIM常用软件

3.BIM技术的优势

（1）可视化

采用BIM技术，不仅能够详细地呈现工程现场的地形地貌、设计细节，同时还可以清楚地了解到道路结构以下的给排水与其他综合管线信息。设计人员将所获得的这些信息作为依据进行参考，从而实现能够直观的检查设计成果，合理的布设管线。

（2）协同性

市政道路涉及到的专业众多，它们之间既相互交叉又相互融合。例如，传统的设计工作流程要求道路专业将设计条件提供给其他专业，而其他专业进行图纸设计，设计完成之后再将其返回。而在引进BIM技术之后，该技术可以建立起便捷的沟通机制，快速实现信息共享，更为快速、准确地实现了各专业间沟通的畅通无阻，能有效提高工作效率。

（3）仿真性

市政道路在满足使用功能的基础上，还要求要与周边的景观与建筑物相互协调统一。在传统的设计工作中，只有进行专门的翻模操作才能实现，这种操作方法不仅费时费力，而且得到的结论往往与实际相差较大。而BIM技术则可以弥补这一缺陷，它根据需要随时查看设计效果，还能够完整、清晰地呈现出工程细节。

（4）优化性

市政道路设计涉及到道路、桥梁、给排水以及绿化和各种专业管线，在传统的设计工作中，对道路结构以下的各种管线之间的冲突是很难发现的，通常是到了施工阶段才会发现，不仅会造成工期的延误，还导致了工程成本的增加。而BIM技术则可以避免这些问题，它在设计阶段的初期就可以识别这些问题，并及时调整设计方案。

二、BIM技术的实际应用

1.场地建模和分析

作为BIM应用的一个重要方面，场地建模和分析有以下三项内容：（1）现状场地建模。对工程现场的地表与地物进行建模，并与道路设计模型相结合，能够计算土石方工程量，还可对拆迁工程量进行评估。（2）规划路网建模。通过规划路网建模，可直观的展现出拟建工程与已有路网的联系是否紧密。（3）三维地质建模。三维地质建模能够直观的反映出工程所在地的地质情况，并可与地质勘察报告进行结合来对现场建设环境进行分析评价。

2.设计建模

在设计过程中要以实施阶段工作为参考，建立符合要求的BIM模型，包括土建、路网、综合管线以及景观绿化等模型。实现协同设计是进行设计建模的目标，使用协同设计功能开展设计工作，从而加强各专业之间的沟通协调。

3.仿真分析

在设计阶段对市政道路进行仿真分析和优化可通过BIM技术的可视化来实现，包括交通组织仿真分析以及交叉口视距分析等，其最终目的都是为了实现优化设计。其中交通组织仿真分析是以交通标志标线为对象来进行模拟分析，按照设计好的交通组织引导车辆以及行人。交叉口视距分析是为了判断视距是否会受到道理附属设施的影响，并根据分析结果设置警示标志。

4.地下管线综合分析

市政道路的管线涉及专业较多，而且相互之间交叉情况复杂，通常市政道路的管线有给排水管道、燃气管道、通信管道、电力管道等，相互之间难免在管位和高程上产生冲突。通过BIM技术将所有的专业管线集成到道路模型中，利用碰撞检查功能可以非常便捷的判断管线的布置是否合理，与其他管线之间是否存在冲突，能够使设计人员在设计阶段就可将管线冲突的问题消除，相比于二维设计具有非常大的优势。而且，对于建设过程中需要迁改的管线，也可采用这种方法确定其管位与高程。

5.可视化交底

在设计交底中，可利用BIM技术进行可视化交底，能够直观的从不同视角对重点难点工程以及特殊部位进行展示，直观的表达设计意图。同时，还可以与VR技术相结合，进行场景虚拟仿真漫游，完整的表现工程的数字化成果，能够使施工人员快速的深入理解设计意图，减少后期技术服务工作，也可有效的避免施工过程中的返工与浪费。

6.工程量统计

工程总投资直接取决于工程量的大小，在设计工作中精准的计算工程量是一项十分重要的任务。在传统的设计工作中，工程量的计算主要是基于二维图纸，利用手算或者使用Excel表格方式实现。对于比较简单的结构，该计算模式在一定程度上可以得到较为准确的数据。

但是在实际工作中，我们计算的工程量非常复杂，这种方法所计算出来的结果可靠性就大大降低，而且图纸一旦发生更改，之前所计算好的工程量就会全盘推翻，需要重新进行计算，这在很大程度上降低了工作效率，耗费了人力物力。而BIM软件能够弥补这一缺陷，不仅在速度上远超设计人员人工计算，而且计算的准确度大幅提高。此外，该技术还有一些明显的优点，例如，不管图纸发生多大变化，它都可以快速的重新计算，省时省力。

7.图纸输出

市政道路设计工作在以前，主要采用传统的交付设计成果模式，即二维平面图。随着科技的快速发展，BIM软件相比以前，有着很大的优势，尤其是在二维图纸的出图工作方面。由于该软件能够自动出图，所以很大程度上缩短了设计人员的工作时间，达到了提高效率的目的。此外，该技术还具有很多方面的优点，例如，在进行设计修改阶段，只需要设计人员在三维模型中对需要修改的地方进行操作，最终输出的图纸在打印前会自动进行更新，相应地减少了设计人员的工作量。而现阶段，随着BIM软件技术的成熟，可以提前发现以前只有在施工过程中才会被发现的图纸问题，很大程度上减少了设计人员在后期的技术服务期间所花费的时间。

三、结语

随着市政道路工程复杂化与多元化，传统设计方法在工作效率上已经出现落后的趋势，而BIM技术的出现，能够有效地进行弥补。通过其可视化与协同设计，能够确保设计工作的效率与准确程度大幅度的得到提升。而目前，BIM技术在市政道路设计中的应用存在着阻力，本文通过对BIM技术进行介绍，并分析其优点、对其在设计工作中的应用进行研究，以此来达到使其在市政道路设计中进行推广应用的目的。