BIM设计在市政道路工程全过程管理中的应用

王 燕

（苏邑设计集团有限公司,江苏 南京 210000）

0 前言

BIM——Building Information Modeling（建筑信息模型），其技术的核心是Information，即信息的全过程传递与动态更新，是在三维模型的基础之上集成各类设计信息、审查信息、管理信息、运维信息等。形成以三维模型为载体，各类信息可交互更新的动态管理数据库，方便各类业务平台调用，提升管理效率。从工程建设全生命周期角度来看，推行全过程BIM 应用有以下优点：

（1）设计阶段多系统全方位校核优化。市政工程规划设计是针对城市运行所需的各专业网状系统进行耦合、修正的过程，传统模式下，依靠二维管综图纸将多个系统网在平面上融合，竖向关系难以表达，可能会出现管道规模、管线布局不合理等情况。而通过BIM 技术进行正向设计，建立地下管线的三维关系，可以精准表达空间关系，分析冲突，优化布局；模拟整个系统运行情况，分析不利点，优化迭代管网系统。

（2）多专业、多时期数据迭代，快速分析项目建设的边界条件。城市建设的责任主体多样且项目分散，多专业、多时期数据难以统筹，协调难度大、效率低，边界条件变化快。通过BIM 技术分阶段建立开发数据库，一图统筹多个项目，可在线复核成果，提前规避各专业冲突。

1 项目概况

东部新片区总规划面积24 km2，计划通过BIM 全过程伴随式应用，随着工程实体的建设逐步形成片区数字城市底座。目前在建市政道路项目共计17 km，以东流路一标、麟岗大道一标、龙王山大道一标、龙其线及捷运大道建设工程、孟北路隧道等项目为代表，稳步推进BIM 规划报建、施工图BIM 设计以及施工全过程BIM应用工作。目前的BIM 工作研究成果总结为“四个一”，即一套数据标准——《东部新片区市政工程BIM 实施指南》；一个协同平台——鸿城BIM 协同平台；一套工作机制——以管委会牵头，多家参建方参与的BIM 工作专题小组；一模到底的全过程应用与交付。

2 全过程BIM 应用难点及应对工作思路

2.1 全过程BIM 应用的难点

道路工程属于空间带状结构，需解决考虑道路平纵线形组合与板块横坡耦合的建模问题；管线、桥隧等专业的空间形态都依附于道路的设计线形，要解决不同专业之间设计协同的BIM 数据流转问题。

参与单位众多，总体协调难度大。市政工程除了设计、施工总包、监理等单位外，还涉及给水、燃气、通信、电力等产权单位，如何统筹各单位的BIM 工作步调是成功应用BIM 进行项目管控的前提。

行业现行建模标准较为笼统，缺乏片区级BIM 实施导则与行动指南。不同单位的BIM 应用需求各不相同，导致在项目实施过程中，选用的软件体系、建模标准、协同工作方式等各有差异，如何将各单位的BIM 技术实力转换成片区BIM 实施推进的合力是需要重点解决的技术问题。

片区级海量BIM 数据汇总整合、格式转换与交付，还要满足方便各参与方随时查阅、维护更新，也是该项目实施的难点。

2.2 BIM 全过程工作思路

综合选用鸿业路易、鸿业管廊、杰图管线、Revit、Dynamo 等多款BIM 设计软件进行BIM 设计。道路设计阶段运用平面曲线、纵断面曲线复合出道路空间三维中心线，基于三维路线设置道路参数化横断面，最终与路线数据耦合，放样装配出道路三维实体模型。道路边坡根据边坡装配方案自动匹配路面高程与自然地形，生成放坡或挡墙模型，解决了道路复杂多变的建模问题。管线、管廊等专业通过读取道路三维交换数据，提取道路设计纵断、路面横坡、交叉口竖向等数据并进行标高推算，在此基础上进行三维设计。

组建以建设方牵头、设计BIM 第三方咨询为技术总控的BIM 协同工作机制，形成阶段成果多方会签认定制度。建设方领导下的咨询方BIM 驱动模式既发挥了咨询机构的BIM 专业优势，又利用建设方在工程管理体系中的主导地位推动了BIM 在项目管理上的应用。同时，BIM 咨询方也可以对设计方、施工方以及监理方的BIM活动进行指导[1]。

以BIM 设计示范项目为蓝本，制定片区级BIM 实施指南并提供项目BIM 实施样板。为保证该片区全过程BIM 应用标准统一，该项目BIM 实施指南由设计BIM牵头单位主编，在各方参与下共同制定。包括各方工作责任与义务、BIM 建模软件的选择、各阶段BIM 应用点、BIM 建模细则与交付标准。交付标准明确了各阶段BIM 交付物的交付内容、交付格式、模型颗粒度等要求。BIM 样板项目重点明确了BIM 辅助设计的技术路径，以及BIM规划报建、设计BIM优化、施工过程管控的应用点。

搭建片区BIM 设计协同工作平台。项目选用鸿城CIM 数据集成平台并进行云端部署，为项目各参与方创建项目空间并分配权限，整合片区多项目、多专业的BIM 数据与不同时期的倾斜摄影实景模型，实现了基于WEB 端的BIM 数据查询、分析，在设计阶段就可实现基于三维协同平台进行云上联合校审，有效保障了BIM数据在过程建设全过程的顺利流转。

3 工作成效

根据片区特色以及BIM 全过程应用计划，重点解决了以下几点问题：

3.1 BIM 报建示范引领，填补国内该领域空白

市政行业BIM 相比工民建领域发展较晚，软件数据格式与建模标准也没有形成行业共识。经过前期调研比选并结合南京市规划局BIM 数字报建工作的要求，最终确定以鸿业路易软件作为道路BIM 正向设计推荐的工作流。

最终综合应用鸿业路易、鸿业管廊、杰图管线、Revit、Dynamo 等多款BIM 辅助设计软件完成了龙王山大道的BIM 设计以及BIM 数字报建数据制作，实现窗口一次进件批复，为全市的市政工程建设项目BIM 技术应用推广开了好头，对同类市政工程的实施具有一定的示范参考意义。

3.2 基于全专业BIM 设计进行方案比选、界限复核验证

道路设计阶段通过GIS 平台集成项目设计BIM 模型与无人机倾斜摄影实景模型（图1），直观反映工程与周边环境的关系，用于项目方案阶段周边界限复核，大幅减少现场踏勘工作量。

图1 BIM+倾斜摄影实景三维数字沙盘示意图

BIM 设计在不同设计方案的比选上直观明了，比如东流路管廊设计时，通过BIM 比选两种风亭布置方案，综合对道路景观的影响，最终确定采用外侧退让的方式（图2）。

图2 基于BIM 进行设计方案比选示意图

在管综设计阶段，运用BIM 进行正向设计，基于三维模型可直观进行管线综合碰撞检查，优化设计。例如，管综阶段，发现雨水篦子连接支管与沿线燃气管线碰撞，管综阶段将燃气支管的覆土深度由常规做法1.1 m 调整为1.4 m，避免了碰撞问题。

常规设计中，综合管廊的分线井设计往往作为标准化节点处理，忽略了每个井周边市政管线的空间占位，极易造成出线碰撞。在全专业BIM 设计背景下，链接其他专业的设计成果作为三维设计提资，可清晰地看到管廊分线井出线后与周边管线之间的标高矛盾，及时做出优化调整（图3），避免了施工变更。

图3 三维管线校核示意图

3.3 基于BIM 设计咨询，协助业主进行多家产权单位的全方位设计协调管控（传统管理中的缺失）

市政管线的设计、施工牵扯多家垄断部门（燃气、给水、电力、通信），传统工作模式下，管综方案获批后，由产权单位自行深化设计、自行施工，缺失了整合校核的环节，需要建设方反复组织多家单位开会对图，效果却不尽如人意。施工期间，施工工作面及工序交接缺乏统一规划，易出现二次开挖破坏、扯皮的现象，耽误项目总进度。在东部新片区项目建设过程中，引入设计BIM 咨询第三方校核的工作模式，在做完BIM 管综设计后，首先对产权单位的深化设计进行三维交底，在各家产权单位专项设计过程中增加BIM 设计全程跟踪校核的过程，提前避免各类碰撞问题，将优化意见反馈给产权单位管线设计人员进行修改，基于全专业BIM 数据规划好施工顺序，有效保障了施工落地性。

3.4 设计BIM 三维交底，提供施工时序搭接安排与工序指导

BIM模型中更能直观地统计出各类专项的交织情况，提前联合管线产权单位进行讨论，固化交叉节点做法，以此为基础，进行各专业队伍进场时序安排，减少窝工以及返工。例如在道路交叉口等管线聚集交叉的部位，运用BIM 提前排布施工时序，根据道路结构层施工时序相应排出各家管线的进场时间（图4）。

图4 各专业施工进场时序分层排布图

3.5 工艺模拟、三维交底

孟北路隧道项目采用双侧壁导坑暗挖施工，该项目地质条件复杂，存在多处溶洞，前期运用BIM 技术进行隧道导坑工序开挖模拟演示，提前对施工单位进行三维交底，告知施工风险及关键点。

3.6 施工过程BIM 设计旁站巡视，保障方案落地

BIM 设计落地的“最后一公里”问题往往出现在施工阶段，在片区项目推进过程中，引入“设计BIM 巡视”制度，设计院派驻专职BIM 工程师现场旁站，检验管综节点成果的落地，发现偏差及时上报建设单位协调产权方整改。另一方面，BIM 人员驻场也保证了工程变更在BIM 数据上的及时反映。

4 总结与展望

该片区通过实施BIM 全过程应用，减少了90%以上的设计变更，实现施工现场管线施工零返工。结合倾斜摄影、土地资料、GIS 底图融合、现状管线叠图等应用，助力项目的开工前障碍排查、设计内容校核、施工指导。随着工程建设的推进，同步建立了较为翔实的CIM 数据库，对管线种类、管径、长度、材质、生产商、生产年份、建设年份、责任单位等内容进行统计，统一了单位、坐标、格式、命名、编码的标准。为城市地下管线智慧运维提供准确指导数据，助力实现城市精细化治理。未来，依托数字化，提升完善产业结构，推进可视化、智能化运营维护管理，将会成为城市建设的新目标。