试析BIM 技术在城市道路设计中的优势及应用

杨传杰

（临沂市市政工程建设管理服务中心，山东 临沂 276002)

0 引言

随着道路建设技术的进步，将BIM 技术用于路线图、建筑结构等环节的设计，具有极大的优势和不可替代的实际效果。在建设施工之后，BIM技术可以为项目提供足够的信息。施工人员可以充分了解工程的目的和工程中各个环节的内容，有助于施工过程的有效开展，也为项目的完成奠定了坚实的基础。本文就BIM 技术应用到城市道路设计的好处和用途展开讨论。

1 BIM 技术在城市道路设计中的具体优势

1.1 充分体现设计者的设计意图

BIM 技术可以创建更直观的3D 数据模型，有效地避免了相关的缺点。例如在现有的二维设计模式中无法更好地反映设计形状，应用BIM 技术可以对城市道路建设的相关效果进行三维模拟，设计师和操作员可以清晰地感受到城市道路的建设效果，反映城市道路设计师的设计目标。

1.2 项目工作量计算快速准确

城市道路设计过程使用传统的2D 设计技术（例如CAD）来估算当前的设计工作量，在路面技术和安全计算上往往会出现比较大的误差。通过运用BIM 技术中的三维立体设计模块，可以相当准确地了解长度、体积、面积等设计特征。基于准确的数据，可以实时相应地调整工作量，及时了解道路施工进度，因地制宜，高效及时派遣施工人员。

1.3 较强的模拟分析能力

在工程设计阶段，项目采用BIM 技术的参数化建模，可以进行项目设施的快速建模和施工，以及BIM 框架下道路、桥梁、管网、绿化景观照明的协调设计，提高项目效率。BIM 技术可呈现项目在初始设计阶段完成后的影响，展示最终效果，可以从各个角度进行分析。这使设计师能够在设计早期发现设计缺陷，并及时调整和改进项目计划和概念，展现出BIM 技术在工程中强大的建模模拟和分析能力[1]。

1.4 模块化

模块化设计包括2 个级别。一个是对象现代化。源于面向设计的对象，将技术特征分离为单独的对象，然后继续开发设计，称为对象现代化。二是设计模块。典型的城市工程项目、项目建议书、实地调查、前期项目、建设项目等与项目深度都有一定的阶段，按时间关系呈现。根据项目流程图，它可以分解为设计阶段的协作结果等等。

模块设计和功能：该想法是共享模块，并使用模块之间的组合来创建开发的产品。通过工程设计，BIM 模块化的概念在于它可以促进项目实施和创新，提高效率并促进协作，共享设计和变更加速，促进通用工程设计元素（挡土墙、桥梁等）的变更结果呈现。使用传统的控制模块可以降低项目风险，提高项目的可靠性和质量，能够很好地提高项目效率。积累大量可复用的项目模块，大大减少设计和修改的工作量，缩短项目周期，降低项目成本。现代化过程中，技术应用可以保持团队之间的不同分工，不同团队之间的信息接口，促进不同团队之间的专业设计和协作。

2 传统道路设计中存在的难题

2.1 道路设计成果的展现具有一定难度

道路工程包括管道、桥梁、交通和路灯等附属结构。道路图纸主要是横断面、纵剖面、大比例尺等的设计，但是道路设计成果的展现具有一定难度。道路建设项目可能会提供可视化，但不能完全反映整个道路建设项目的整体设计特征，可视化可能不准确[2-3]。

2.2 变更时调整工作量较大，易出现错漏

在传统的道路设计流程中，设计软件通常以蓝图为基础，所以工程中的每个点都必须单独保存在一个单独的文件中，使这些文件之间没有强联系。这种情况增加了设计负担，使设计变得更加困难。做变更时，需要调整所有相关的子文件夹，设计师只能人为地感知这种调整。调整工作量较大，很有可能会导致错误或遗漏。

2.3 不能直接应用在运行维护阶段

目前，道路施工完成后，建设部门通常会制做规定的图纸给相关部门使用，并对工程图和相关图纸进行维护和管理。虽然平面图的内容很重要，但图像的内容很难直接使用。城市道路的养护是一个系统工程，日常维护中包含很多材料，不同材料的单位也不同。相对分散的纸张设计在维护系统方面显然没有优势。由于上述问题，道路建设项目水平提升有限，影响了道路的运行和维护。

3 BIM 技术在城市道路设计中的应用

3.1 项目区域地形图处理

通过将BIM 技术集成到城市道路设计环节中，可以监控现场条件，并分析和整合测量数据，为创建项目计划和施工图提供真实而全面的基础。另外，由于BIM 技术结构是立体显示的，可以从上方看到，这样在确定道路建设方向时，可以根据场地地形，规划准确的路线，准确计算各种规划项目的体积，为路线选择创造有利条件。

3.2 管线设计

随着城市物质消耗和垃圾管理问题日益增多，城市道路设计的地下排水工程也应考虑。主要的问题是下雨天不能按时排走雨水、生活污水处理不当及地下管线老化更换。在现有项目的建设过程中，目前使用的技术故障，导致管道任务重复，不仅挫伤了施工人员的积极性，还增加了费用开支。BIM 技术完整的管道设计可以通过主动测试管道系统，并返回发现的信息以供审核，从而减少不必要的小路段浪费设计时间和精力，降低成本，节省开支。

3.3 道路中心线绘制

道路中心线绘制是城市道路设计非常重要的一部分，设计过程涉及很多方面。需要根据城市道路工程设计标准的各项指标，采用有效的方法对每条曲线的基本要素，如导轨的长度和半径、曲线的长度等进行修正和优化，要研究讨论道路中心线的特点和条件。对齐后，中心线必须包含在3D 地形图中，道路的中心线在3D 地形图上转换为多条线。

3.4 多专业协同设计

数字技术是BIM 模型的技术核心，对于标准的数据值，可以在此基础上开启协同设计的平台，让各行各业一起使用计算机终端设备的平台来进行项目的合作开发，从而提高道路施工设备的设计精度和效率。此外，虚拟现实（VR）技术和现实（AR）技术可用于获得额外的效果。

3.5 碰撞检查

在项目申请阶段，通过集成道路、管道、桥梁等专业的BIM 模型，观察管道基础、其他元素和结构之间的空间定位情况，并进行适当的碰撞检查。通过创建凹管模型和局部桥梁上部结构钢筋模型，可以控制钢筋之间的碰撞，并加速施工。

3.6 道路横断面设计工作中BIM 技术的应用

当前城市建设加速，车辆数量增加，道路越来越拥堵，道路工程的集约化发展直接影响到城市道路建设的科学性。通常，项目的主要设计工作与特定的设计条件相关，例如车辆通行道路的建设和宽度、与高速公路相连的人行道以及常见的相关设施。BIM 技术的应用，可以更好地预测交通流量，并执行交通模拟任务，以方便正确选择路段，通过适当的软件分析，科学地选择道路建设和施工。

3.7 道路纵断面的设计与绘图

通过软件输入当前地平面坐标以及街道上的地面高程，使用项目软件创建完整地面参考线，严格遵守关于建筑和技术标准要求。由于道路纵断面的坡度始终根据项目的整体设计进行调整，因此设计人员必须了解BIM 技术在设计流程中的数据变化，并相应地调整坡度线，对拟建工程纵断面的结构要求和标准进行灵活动态调整，确保结构纵断面的合理性。在道路纵断面设计结束时，将坡度线保存为纵断面曲线文件，并创建施工纵断面图。

3.8 正向设计出图

在复杂的城市道路设计的过程中，实际项目建设通常很难在2D 图纸中表示出来，从而导致设计偏离项目目标。BIM 立体图像处理模型，可以直观地用3D 结构和设计意图来表达项目目标。项目可以通过积极探索BIM 技术与城市道路设计相结合，直观地用3D 结构来传达项目的意图和想法，克服了设计与施工之间的沟通障碍（图1），更好地提升施工的效率，提高城市道路设计的质量[4-5]。

图1 人行天桥BIM 模型

4 结束语

随着我国经济的快速发展，城市发展的规模不断加大，基础设施建设的投入也不断增加。在城市道路设计中，充分利用BIM 技术，从总体上提高城市发展的质量和水平，不断改善市民的出行条件，在城市道路-传输科技发展中发挥重要作用。此外，随着我国城市道路型建设工作的不断加强，其他地下相关工程的发展也应得到重视，充分利用BIM 技术来优化和完善城市道路设计。