BIM技术在城市道路建设中的应用研究★

沙 莎

(三江学院土木工程学院，江苏 南京 210012)

0 引言

随着城市建设进程的不断加快，道路工程建设也在不断发展。在实际工作当中，城市道路建设管理中存在着众多的制约因素，限制了城市道路建设的发展。主要表现在以下方面：

1)道路工程建设涉及项目多且复杂，其信息传递过程较为复杂，传播效率低下，对于决策的发布具有不利影响；2)信息化建设及管理体系程度低下，不利于后期道路运行维护管理的效率。多个因素综合影响，制约了“智慧交通”体系的建设和发展。目前，随着BIM技术的发展以及GIS技术的不断成熟，两种技术相结合使得城市道路建设实现信息化、可视化管理成为可能[1-3]。以某城市道路建设为研究对象，对BIM+GIS技术在城市道路建设中的应用进行研究。

1 工程概况

选取项目为某城市在建道路，该道路建设可沟通城市各区县之间的联系，对当地经济、社会发展具有十分重要的意义。但同时，道路路线长、涉及范围广，工程建设以及后期管理难度较高，前期建设信息化系统十分重要。因此，在工程设计阶段充分利用了BIM技术，构建项目所在区域三维地形、桥梁模型，同时结合GIS技术，搭建城市道路信息化管理系统。从而建立基于BIM模型的多源数据融合，实现对道路工程的信息化管理。

2 构建BIM模型

2.1 构建三维地形曲面模型

目前，Givil3D软件是三维地形构件过程中极为常用的软件，具有建模效率高等优势。构建三维地形曲面是实现道路建模的关键步骤，通过该模型，有利于计算道路建设过程中涉及到的土石方量。同时，模型的精细程度对后续道路运行、管理以及维护也具有重要的影响。因此，为了提高模型精度，在现场使用三维激光扫描获取激光点云文件，该文件地形精度高，作为建模的初始数据可提高模型精度，以满足后期使用的要求[4]。

2.2 构建道路模型

道路模型构建与地形模型构建一样，也采用Givil3D软件完成。道路模型构建流程如下：道路平面设计→道路纵断面设计→超高编辑→装配数据创建→道路模型生成。道路模型创建过程中需要注意如下要点：针对地形起伏较大、主干道与支干道衔接部位，需要进行细化处理，提高模型与现场实际情况的切合程度，从而提高模型在实际工程当中的实用性。道路模型建设时，需要充分融入工程的实际数据。

2.3 构建桥梁模型

桥梁模型建设过程中，主要采用Revit软件，该软件在桥梁模型建设中较为常用，利用Revit软件中的Dynamo模块以及Pvthon模块可以实现参数化构建桥梁模型，大大提高模型构建的效率，同时也有利于技术人员对相关参数进行修改，避免了后期的重复建模，对工作效率的提升有重要的促进作用。桥梁是道路工程建设的重要组成部分，本工程桥梁数量较多，特征明显，结合相关桥梁对桥梁建模进行分析。

2.3.1 常规桥梁结构拆分

进行常规桥梁模型建模的过程中，首先需要计算工作阶段的差异性，在获取差异性的基础上，计算常规桥梁模型的精细程度，从而可以精细化拆分桥梁的各个构建，常规桥梁结构拆分流程如图1所示。

2.3.2 桥梁族构建

在桥梁族构建的过程中，首先需要选取满足工程实际要求的样板，之后方可进行桥梁实体的搭建。在Revit软件中，空心形状和实心形状在模型创建中的算法不尽相同，因此，选取合适的命令是Revit软件桥梁建模的关键步骤。不论是实心模型还是空心模型，均具备多种建模方法，建模过程中只需要选取合适的命令，即可实现快速建模。

桥梁结构的变化主要体现在标注尺寸的变化，可通过标注尺寸改变桥梁结构，从而实现快速改变桥梁斜交角、纵坡等桥梁建模过程中较为繁杂的工作内容。

2.3.3 桥梁结构拼装

在完成桥梁拼接的工作时，需要充分考虑到道路建设场地的实际情况。由于，本项目场地主要为狭长场地，因此，在建模时采用大地坐标体系构建桥梁曲线线性，在施工过程中，实现动态调整坐标、高程等内容。同时，在桥梁拼装过程中需要结合GIS技术，桥梁模型节点主要由坐标信息控制。由于模型搭建时需要控制纵、横坡结构线型变化，为了提高工作效率使用Dynamo模块完成该项工作，通过利用参数变化满足空间曲线要求，从而完成桥梁模型的拼接工作。

Dynamo模块在模型构建过程中的方法较为繁琐，同时也有可能产生人为原因造成的错误。因此，在建模过程中结合Pvthon模块，两个模块相结合从而实现桥梁模型的快速拼接。桥梁模型构建成果如图2所示。

3 基于BIM技术的公路建设管理平台构建

为了提高道路的信息化管理程度，以GIS技术为基础，以BIM技术为核心构建城市道路建设、管理的信息化平台。

3.1 构建模型管理模块

模型管理模块开发设计过程中可利用管理系统的WBS目录结构列表、搜索引擎等方法快速打开模型管理模块，积极搜集模型建立所需要的数据。目前，模型管理模块可以完成以下几种功能：

1)根据施工进度完成模块划分工作，以构建模型所需要的最小构件作为基础，通过精确分类从而实现工程精细化管理工作；

2)将模型与WBS列表相互关联，使用者可通过搜索命令快速查找所需要的信息；

3)建立可通过桩号搜索的功能，从而快速查找模型。

3.2 构建施工过程管理模块

施工过程管理模块是道路工程建设管理信息化建设的重要工作内容。施工过程管理的主要工作内容包括：施工现场监控、道路摊铺管理等相关信息。通过建设信息化管理系统，可提高管理者监督、管理的工作效率。

1)在道路工程压路作业中，利用该系统的通讯模块可实现与压路机之间的沟通、对接，收集路基压实过程中的各项数据，利用通讯设备，实现数据的上传与传输。通过系统自带的数据处理功能，对收集的数据进行分析，从而计算路基压实程度是否满足相关规范、设计要求，有利于控制人工施工作业导致路基填筑厚度过大，从而造成费用增加等现象。

2)道路工程路面摊铺作业工程中，利用信息化管理系统与摊铺机之间的联系，通过互联网实时获取设备运转情况，在接收设备中的GNSS基站的差分信号结合激光设备信息反馈的高程信息，使用计算机软件分析相关数据，实现GNSS系统的精准定位，大可满足平面厘米级精度，高程毫米级精度，从而控制路面摊铺的平整程度，提高工程项目施工质量。

3)道路工程桩基工程施工过程中，管理系统模块可实现与钻孔桩设备的联系，通过计算机技术实现桩基成孔的“厘米级”精度。同时，采用智能施工设备，可在施工过程中获取桩基成孔的实时数据，通过分析收集到的坐标、垂直偏差、孔深等数据，通过系统分析，实现钻孔作业的自动监测、预警，若钻孔超深则可自动报警。该工作内容可解决传统工程施工过程中的偏差，有利于提升道路最终的施工质量。

4)混凝土搅拌过程中，可利用该系统收集混凝土搅拌时的配合比、温度、时间等数据，保证混凝土拌和质量以满足工程建设需求。

通过工程实例分析，采用该系统实现了道路建设过程中的施工进度、监测数据的实时采集与反馈，可直观获知道路施工进度，同时可及时反馈异常情况，可对工程施工全程进行控制，工作效率较高。

3.3 构建资料管理模块

资料管理是工程建设施工中较为复杂但又极其重要的工作内容。BIM技术中的多维数据库是资料管理模块建设的核心技术。Mysql关系型数据库是资料管理模块的基本组成部分，利用该数据库可将数据转换为表格型式输入数据库。同时，该数据库还具备储存文件、多媒体的功能。数据建立完成后，可利用搜索功能，快速查找内容。为了保证工程数据的安全性，设置冗余备份模式。

3.4 协调性评价

协调性评价涉及内容多、范围广，根据前人研究成果，可将协调性用Ci表示，若Ci为道路建设用地的协调性，则其中包含多个指标Cij。假设道路工程协调性包括n个方面内容，则其中的i个方面共计有mi个指标。因此，道路工程所涉及的协调性指标数量按下式计算:

(1)

在评价道路工程施工协调性的过程中，需要收集建设方案信息和地理信息，之后建立 BIM和GIS模型，将提取的数据收集后，输入至BIM-GIS系统内，之后在所建立的平台中获取道路的基本信息和地理信息。采用计算机软件分析获取指标Cij，最后将Cij与要求指标Rij对比，公式如下：

Cij∈Rij(i=1,2,3,…，n;j=1,2,3,…,n)

(2)

通过对比发现工程建设具有协调性。

4 结语

结合某城市道路工程建设，建立基于BIM+GIS的道路工程建设、管理信息化系统，利用不同的模块可实现人员的后续修改与设计。同时，利用该管理系统可实现道路建设的可视化管理，实时收集和储存数据。同时，利用计算机技术分析、处理收集到的数据信息，及时反馈，有利于提高道路工程施工质量，提高工程管理效率。利用BIM+GIS相结合的技术，对道路工程设计、施工、管理具有重要的意义。