BIM技术在城市道路与管道协同规划设计工作中的应用

张静华， 蔡景毅

（中国市政工程中南设计研究总院有限公司）

1 市政规划设计工作中BIM技术的应用现状

随着我国建筑信息化建设不断推进，BIM技术也逐渐成为建筑行业热议的概念，被越来越多的建筑企业所应用。在具体的城市道路与管道协同规划设计工作中，该项技术的“碰撞检测”功能在设计阶段发挥了巨大的价值和优势，打破了以往二维设计的束缚，以道路及地下管网建筑信息为基准，在三维空间里构建相应的建筑模型，并做到一处修改、处处变更的效果，其设计出来的信息模型可获取包括几何尺寸、位置、设备形状、管线连接状况、型号等在内的数据，实现各个分项工程的完美协调，起到深化施工图纸设计的作用。

2 工程概况

某在建道路工程为城市组团互联互通的骨干路网项目，通车后可实现该区域内的城市老城区、新城区及国家级新区三个主城组团之间的相互往来。由于施工总路线长及范围广等特点，项目在实际操作过程当中具备一定的难度系数。故在前期的设计规划阶段，工作人员经过慎重地对比之后，特别运用了BIM技术对项目的整体规划做专业及详细的建模分析，便于后期施工作业的顺利开展。

3 BIM技术在城市道路及管网规划中的应用

3.1 应用方式

道路工程中的沿线地下管网布设和接口较为繁杂，为实际的施工带来阻力，加之管线的前期设计和现场接口协调工作会耗费大量时间，所以易对工期造成延误。为更好地优化城市道路与管道协同设计方案，达到预期的施工效果，在具体操作中选用BIM技术可为工程带来以下好处：

1）起到优化协同设计的高效结果

在整个项目运作当中，各技术人员可通过BIM技术将道路施工中的各工区实时连接在一起，提升了沟通的便捷性，还能通过对该项新技术的学习，对施工现场的三维信息化模型展开建立和分析工作，让不同专业的人员能直观地了解工程的整体情况、出现的问题以及如何解决，等于在项目各参与工区之间建立了一个信息交流平台，使沟通更为便捷、协作更为紧密、管理更为有效，减少了时间的浪费和交错施工的一些难题。

2）将工程数据进行有效地信息化处理

BIM技术可针对不同的项目类型搭建具备高性能的专属服务器，并以此为基础设置私有云平台，满足图形计算、网络、多平台模型浏览及查看的功能需求，同时实现文件级的模型共享及整合的效果。

3）展示不同类型的规划设计成果

基于BIM技术自身的可视化特点，对市政道路工程设计中的各分项内容可起到优化作用[1]。就本项目而言，在具体操作中，负责人通过BIM技术的建模方式，对在建道路所涉及的管线现状、道路情况、桥梁、支护桩、路面横、纵向断面及中心线等内容，以不同线条的组合结果展现给工作人员，为后期的施工作业提供可靠的数据支撑。

4）起到灵活调整规划的效果

在实际的市政道路与管网设计规划工作中，工程设计人员可以借用该项技术的优势对现有地形图、横纵断面等工程结构的规划方案，依据实际情况随时实现深层次的改进与优化，真正提升效率。

3.2 BIM模型应用

3.2.1 构建道路模型

道路模型的构建从以下3方面展开：首先，道路中心线的绘制工作，可参照市政道路设计规范中的各项基本要求，对道路中心设计方案中的曲线长度与直径、平缓曲线长度等各个曲线的关键要素进行改进与优化；其次，道路横向断面显示，作为纵向延伸工程，道路的横断面设计始终是工程设计的重点，车道布置、人行道布置、宽度设计、路面路基结构层设计等都需要根据道路等级和使用需要进行设计；最后，道路的纵向断面建模，要依照在建工程的实际地理条件，落实对现存路面的线路设计说明的编制工作，并借助设计软件构建出完整的原地面线，并借用已经构建的原地面线完成拉坡线的绘制工作。

3.2.2 构建桥梁模型

由于桥梁结构与基础属于复杂性工程，包含的子工程种类较多，故在桥梁的实体模型建立工作中，要借助BIM技术中的专业软件对其实况予以最终呈现。本项目中的技术人员在经过专业的比对和分析之后，最终决定将桥梁建模的步骤定为以下几项：首先，利用Civil3D提取桥梁平、纵横线型数据，并生成专业的CSV数据表格；然后，利用Revit软件建立桥梁、下部结构可拆分的构件族库，并编辑Dynamo的实际脚本，由此实现全桥建模的效果。

1）桥梁结构建模拆分

多数的桥梁涵盖上部构造、下部结构及支座和附属构造，组合繁杂且工程量大，在实际的桥梁建模工作中，设计人员要严格按照桥梁的结构形式由下至上拆分、构建，同时对构造之间的差异值进行计算，确保建模所用数值的精确度。

2）结构拼装

从结构分析角度着手，一般的桥梁通常由上部构造、下部结构、支座和附属构造物组成，其中上部结构又称桥跨结构，是跨越障碍的主要结构，下部结构包括桥台、桥墩和基础，支座为桥跨结构与桥墩或桥台的支承处所设置的传力装置，附属构造物则指桥头搭板、锥形护坡、护岸、导流工程等。

3）梁族构建

该项构建工作需要借助BIM技术中的专业软件辅助完成，具体步骤为：首先，所构建的样板需按照实际工程大小的缩放比例，由此开展实体搭建工作；然后，借助Revit软件，将空心和实心不同状态下的具体数值作为参考依据，通过对比和分析，选择最经济实用的构建方式，展开快速建模工作；最后，注明各结构部位的具体尺寸，并以此作为后续方案优化和调整的基础，以解决斜交角和纵坡等建模中的复杂事项。

3.2.3 构建三维地形曲面模型

不同的地质环境对工程的在建影响度也不同，对于基础的地形分析和曲面模型的构建，可遵照以下类型依次建立：①中心线穿插环节，预先对在建道路中心线的结构与功能进行系统总结与深度探究，把市政道路中心线穿插进3D地形图内；②中心线转化环节，具体是指在3D地形图内使在建道路中心线达到转换目标，借此环节将在建道路中心线转换为多节线路；③线路构建环节，基于多节段线路在路线菜单下穿行的实况，落实构建整体线路的工作任务，以实现对在建道路中心线规划的目标。

3.3 基于BIM技术的道路建设管理平台搭建

BIM技术除分析、建模功效之外，还可在工程的管理方面使用，其自身可搭建信息化管理平台，提升施工人员之间的联络与沟通效率，有助于工程的顺利开展。

3.3.1 模型管理

道路工程与管网设计工作具有数量庞大的特点，在各结构的模型组建之后，BIM后台需要运用专业的管理系统将其划分归类，便于施工人员后期对相关数据的核对和使用，即：①以施工进度为一个模块划分，将最小的时间段作为构建基础，达到精细化的管理目的；②使各模型与专业列表进行连接，便于工作人员在系统内找到各自所需的信息；③组建桩号关联功能，实现模型快速分类和选择的目的。

3.3.2 施工过程管理

施工过程作为整个工程的掌控重点，会直接影响工期的延续性及合理性。常规的施工过程管理内容涵盖现场监督、道路摊铺等作业，借助BIM后台的管理系统能实现监督和管理双管齐下的高效结果。

①碾压作业中，BIM技术中的通信模块可对机械设备之间的沟通和对接实现全方面操控，由此掌握路基压实的详细数据，并将其记录、上传和储存，利用自动计算功能判定施工结果是否在规定的标准范围值内，效果优于人工操作。

②摊铺作业中，BIM技术中的信息化管理系统可与设备连接，并将设备的实际工作情况反射给技术人员，随后利用相关软件对所得数据展开分析，确保机械设备的精准定位和所得数据的精确度，达到路面平整的最终效果。

③桩基施工中，管理系统还可对钻孔桩设备相互连接，由此对桩基成孔的精度予以专业计算，同时取得桩基成孔数据的实况信息，提升道路的质量。

④混凝土搅拌中，该系统还可自动收集混凝土搅拌的配合比参数、温度指数等有效数据，确保混凝土的拌和质量。

3.3.3 资料管理

资料作为工程的基础内容，管理和运行工作难度系数极高。一个项目能否合格，做好资料管理非常重要。在BIM技术的后台数据库中，资料模块的建立也是一项重要工作，该模块肩负整个工程项目资料的记录、储存和多媒体发放作用，并结合相关的搜索功能，可在后台快速实现资料记录和传输操作，保障工程大数据的安全存储。

3.3.4 协调性评价管理

BIM技术是一个信息模型构建的产物，构建的环节中涵盖多样化子模型，体现出明确的耦合关系，种种优势的叠加为取得良性协同效果上发挥了巨大的作用，在BIM系统的协助下，协同配合进程中存在的缺陷及时被揭示与修正，可见协同的效果被更深层次地优化。在实际市政道路以管网协同规划设计工作中，设计人员可借助以下公式对整个项目的协调性展开指标数值计算：

式（1）中：若Ci为道路建设用地的协调性，则其中包含多个指标Cij，Cij为协调性中的各指标；n为在建道路工程中的协调性内容；i为内容之一；mi为i中的一项，j为第j项指标。

除式（1）外，评价道路工程施工的协调性还要收集方案和地理信息，方可具备建立BIM和GIS模型的基础条件，通过计算机软件分析获取指标Cij，并把Cij与要求指标Rij进行对比分析，即：

式（2）中：j为第j项指标；Rij为第i内容的第j项要求指标，由此判断整个工程的施工协调性是否处于一个合格状态。

4 结语

由上述内容可知，在大型的市政道路与管网协同规划设计工作中，施工企业应用BIM技术时，可充分利用信息化数据库与可视化软件，高效、合理地规划市政道路、管道等，为市政规划人员提供方便，这也说明BIM技术应用于技术管理、成本管理和深化审计中的前景极为广阔，还能降低施工单位的投资成本，对风险的掌控程度明显增强，在减少返工和优化方案内容上，为施工企业带来更多的直接效益，值得借鉴和有效推广。