BIM技术在城市道路建设中的优势与应用研究

李 军

深圳市交通公用设施建设中心 广东 深圳 518040

1 BIM技术概述

BIM的全称为Building Information Modeling（建筑信息模型），是科学技术与经济发展下衍生出的产物，也是新时代工程建设领域的重要技术之一[1]。在BIM技术的基础上，工作人员可以依据项目建设要求，创设立体性的数字模型，借助3D、4D甚至是5D的信息模型处理方案，通过数字化加工提高工程建设水平。在城市道路建设工作中，BIM技术可以贯穿于工程建设的整个生命周期，符合不同阶段建设标准。BIM技术所具备的主要特点就是可视性、仿真性，随着近几年BIM技术在工程领域的大范围应用，各种BIM技术软件不断涌现，这就为道路建设工作带来了便捷[2]。

2 城市道路建设工作面临的挑战

在城市化发展速率持续加快的背景下，道路建设工作的难度不断提升，建设工作所面临的挑战也越来越多。首先，城市道路的复杂性与多元性不断加剧，例如，在城市道路设计中，需要考量的不仅要包含交通需求、建设用地等资源保障和水文地质地形因素，还需要考量城市特点、历史传承和周边社区群众需求，而这些因素之间又处于相互碰撞、相互影响的状态，这就需要建设管理人员具有清晰的头脑与综合的能力，否则将会使得道路建设工作混乱无序，推进困难，建设进度和质量难以保障。

其次，因为城市中土地资源较为稀缺，道路施工作业需要在有限的场地内展开，这就需要建设管理人员做好总体建设规划，做好精准计划与控制，全方位发挥出每一寸土地的作用。同时，城市道路一般处于较为密集的城市环境中，道路建设还应该考量对周边环境与区域交通带来的影响，因此建设工作还需要合理调配[3]。

最后，因为城市道路的应用标准持续提升，建设管理工作也应该确保高水平、高效率。这就需要建设管理人员在满足规划交通功能的基础上合理谋划，做好建设规模和各项指标之间的综合论证，同时还需要建设管理人员进行科学的项目管理，以此确保道路工程的建设顺利高效，避免耗费过多资源。

上述挑战，都使得道路建设工作成了一个十分复杂与困难的任务。但是在BIM技术的帮助下，建设管理人员可以从“规、建、管、养”一体化着手，设立项目级BIM应用平台，推行BIM正向贯穿式设计，利用勘查、设计创设的立体直观模型，在项目前期做好道路选线、保障要素核查、管线碰撞检查、交通仿真等，在项目建设期做好工程构架分析，采用实时反馈机制，做好建设实施计划，合理调配建设资源，全面提升建设质量。并且，BIM技术还可以更好地促进团结协作，提升设计与施工之间的协同程度。总而言之，要想攻克建设工作中的难点与挑战，那么就应该发挥出BIM技术的作用，以此实现道路工程建设质量的提升。

3 BIM技术在城市道路建设中的优势

3.1 体现建设意图

BIM技术的应用有效实现了立体信息模型的创设，在立体模型的直观展示下，避免了传统二维平面建设方式在表现力度上的不足，可以直观地将城市道路施工完毕后的效果图进行展示，工作人员也可以更加直观地看到工程投放应用后的视觉效果，由此可见，将BIM技术应用在道路建设中，可以更好地表达建设意图。

3.2 模拟分析能力强

在道路建设进程中，BIM技术可以进行参数化建模，从而达成了建设对象的迅速模拟与调节，在BIM建模基础上的路桥、管网、绿化协调建设，有效降低了工程方案中矛盾点与冲突问题，提升建设质量。BIM技术在建设的初始时期，就将道路施工完毕后的效果进行展示，在表现完成整体效果的同时，还可以对其特点全面分析。这样一来就可以实现建设人员在建设初期看出工作中的不足之处，并立刻对建设方案与设计思路调节优化，这就是BIM技术在道路工程模拟能力的显现。

3.3 辅助性较强

在经济发展水平持续进步的背景下，城市框架也随之变大，道路工程也向着立体性、多元性趋势前进，这就显现出了传统二维建设方式的弊端。区域地质环境复杂、地形高差过大等原因，会导致二维平面建设产生较大误差；地下管廊的兴建关系着多种建设专业，无法协调统一；景观绿化属于横断面的主要构成部分，但是在二维层面无法显现出景观效果。这些因素都将会影响道路建设的实效性与道路工程顺利施工。但是，BIM技术的应用，可以借助三维立体模型对工程量精准确定，第一时间帮助工作人员协调各专业、各工种，完美地显现出工程后期景观效果，实现施工作业有序开展。因此，BIM技术具有良好地设计、施工、建设管理的辅助性作用，在道路建设中具有广阔发展前景。

3.4 多领域协调

城市道路建设涉及勘察、设计、施工、建设、审批等多个主体，具有制约因素多、有一定不可预见性等特点，工程各参与主体的沟通成本高，协调时间长。而BIM技术的引进与应用，可以依托三维地理信息模型分析技术，有效打通项目BIM基础上的资源保障因素核查、工程方案、建设计划、建设成本、成果模拟、信息管控等环节，实现了工程方案的互动性调节，预先解决了可能产生的矛盾问题，进行对工程建设实施全过程的实时监督，有序协调了工程各个参与主体之间的关系，确保工程的建设更加顺利。

4 BIM技术在城市道路建设中的应用

4.1 工程勘察

工程勘察成果是道路设计的重要依据，勘查BIM的应用主要建立在BIM+GIS的数据融合基础上。利用倾斜（正射）摄影、激光点云、数字地图测绘成果等建立实景模型，在融合地质信息模型、既有管线模型和规划控制边界条件后，拟建道路沿线的空间信息、地质信息和设计边界条件可做可视化展示，为后续道路设计和方案论证提供数据支撑。

场地仿真模型是在数字测绘地形图基础上融合倾斜（正射）摄影、激光点云等建立，能直观反应工程区域内地形地貌、周边道路、建（构）筑物和重点区段植被信息等内容。场地仿真模型可以直观反馈设计方案需要拆迁的建（构）筑物的数量、面积、产权单位和拆迁成本等内容，可以为后续道路设计工作提供直观选线依据。

水文地质模型是在勘查钻孔数据基础上建立，能直观反应地形地貌、勘察基础对象（钻孔、取样试验、原位测试、地质调查点等）和地质对象（岩土层、地下水、风化面、不良地质等）的内容，能为道路、桥梁、隧道等结构布置提供重要设计依据。同时，通过地质BIM数据库积累，也可为后续工程勘察数据的查找、验证和利用提供方便。

地下管线模型是在管线调查基础上建立，能直观反映沿线管线位置、大小、材质、种类等空间及属性信息，直观显示管井位置、深度、附属物、属性等信息。在叠加管线专项规划数据后，可将道路管线设计和管线碰撞检查工作由传统平面转变为立体三维，提供所见既所得的可视化展示。

4.2 道路设计

道路设计较为复杂，需要考量多方面因素，如地形、交通量、环保等，以往所用的设计方式一般为设计人员手动计算、绘图，不但耗费大量时间，也容易产生设计失误。通过BIM技术的使用，设计人员可以快速创设出一个立体精准模型，涵盖道路设计所有信息，如勘查BIM+GIS模型的三维地形、水文地质信息，匹配地形的平纵横及竖向设计，沿线道路、桥梁、隧道和立交设置、配套管线等。借助BIM技术中的EICAD软件可分别设定道路中心线和各项线性参数，在确定道路设计中桥梁、隧道和立交的参数信息后，设计人员可以利用BIM技术中的3D软件，创设全参数化的道路BIM模型。

道路BIM模型为设计人员提供的立体三维视图，使设计者可以清晰掌握道路设计的实际形状、特点和设计参数，精准描述设计内容。模型中信息的互通互联，在做某一位置的设计改变时，能实现实时动态调整和进行交互检查。道路BIM模型中的参数也能根据情况反复修改与调整，可有效提高设计速度和设计质量。

更关键的是，BIM技术可以展开多元化模拟与分析，如交通量分析、安全性评价等，这些分析成果可以为道路设计提供有力依据。同时，设计BIM的应用还可以积累BIM构件库，为推行全行业的标准化设计打下坚实基础。

设计模型的轻量化展示也是BIM应用的重要组成部分，BIM的轻量化展示可以将设计成果直观的呈现给受众，跨越专业鸿沟表达设计思想和设计理念。通过整合BIM+GIS设计模型、视频和文字，BIM的轻量化展示不仅可以应用于各种沟通汇报场景，还可以使得受众在电脑端、网络端流畅加载浏览，为道路建设的信息沟通和建设决策提供有力支撑。

4.3 计量统计

BIM技术有着良好的信息收集与分析能力，可以持续性收集道路工程中的相应资料与施工建设阶段形成的信息，并在海量资料中精准提取重点数据，分类输入至信息库，根据运行规则完成施工量统计以及信息核算工作。以道路项目中的土方量计算为实例进行说明，如若使用传统的统计方式，那么工作人员应该预先计算出土方量近似数据，在微积分原理的基础上模拟断面面积，最终得到断面体积与土方量，计算的精准性较差，容易出现严重的失误问题。但是如若应用BIM技术，则可以在软件中创设DEM数字模型，计算原始地面与建设地面之间的体积差，形成横断面采样线，在实测信息坐标数据与建设高程的基础上形成三角网，计算网中各个三棱柱的填方量、挖方量。这样一来大幅降低了失误问题的出现几率，提升了建设精准度。

对各类估算、概算、预算变更、结算等环节进行管理，提前预警，同时做好经济指标的控制与分析体现BIM对关键路线的管理与展示、关键工序变化对工期的影响；完善安全管理模块，拓展安全生产上的应用点，不断完善风险一张图，对施工专项安全方案要应用BIM技术模拟施工及技术交底；打造应急指挥模块，加强数据模型分析，实现全域感知、风险预警、智能决策和应急指挥；完善验收管理模块，掌控各类验收完成情况；完善预警管理模块，自动对各类质量、安全、投资、进度、信用等监测指标预警；完善信用管理模块，对从业单位及人员的不良行为、工程造价、招投标、用工实名等信息数据进行监管，建立与履约模块之间的自动关联与预警研究BIM辅助计量模块，实现BIM技术在工程计量上的应用。

4.4 施工应用

施工BIM应用主要在场地仿真模型、工程计量、图纸复核、施工方案模拟、可视化进度和质量管理、无纸化施工和成果宣传等方面。

场地仿真BIM模型是集成了设计BIM、施工场地布置和场地仿真视频的综合性模型，内容还包含了可更新的倾斜摄影实景、征地拆迁情况和周边环境控制因素。场地仿真BIM模型是施工BIM应用的核心，其仿真视频可完整体现周边环境与新建工程的关系。

工程计量、图纸复核和施工方案模拟是施工BIM应用的重要场景，工程计量方面不在赘述。图纸复核是利用BIM模型对道路、桥梁和隧道结构进行复核，对管线设计进行碰撞检查。方案模拟则是在BIM模型基础上设定进度参数进行模拟施工，检查排除施工节点碰撞，合理的制定施工方案和施工计划。

可视化进度和质量管理也是施工BIM应用的重要组成部分，通过施工BIM对施工进程的实时跟踪，可实现施工进度的可视化管理。在施工BIM上集成工程材料、机械、人工和检验检测数据后，通过数据分析可对工程各构件的施工质量进行精准管控。除此以外，BIM模型还可以形成详尽的图纸与材料清单，为无纸化施工作业奠定了基础。特别是在设计变更后，BIM模型和相关信息可以与设计图实时同步更新，能有效提高施工效率和工程建设质量。

成果宣传也是施工BIM应用的场景之一，施工BIM成果的宣传除了建筑模型、场地模型、视频、VR模型等内容的BIM成果展示外，还可以包括360°全景效果图、鸟瞰图、局部景观图、PPT、漫游视频动画等内容，施工BIM成果的宣传展示能有效将建设期间的实时信息传达给建设管理者和关注群体，有利于道路建设的协调推进。

4.5 建设管理

建设管理的BIM应用主要围绕着工程建设过程的可视化管理展开。首先通过项目级轻量化BIM平台对多源异构三维数据（BIM、实景和影像）进行叠加融合，利用模型轻量化和数据分层加载技术实现在线展示及交互操作，如在BIM模型上进行剖切、压平、测量、旋转和漫游，调阅查看模型构件的尺寸、工程量、材质等属性信息等功能。

其次通过单元划分和模型构件的关联，融合工程建设进度、质量、安全、变更等数据，着色BIM模型展示当前施工进展、产值进度、质检验收、工程变更、危险源分布、征地拆迁、林地绿地占用等业务信息。

最后利用BIM+GIS平台，融合接入的物联传感数据，分类展示工地实景、人员、设备、施工（结构）、环境等实时监控信息，管控施工现场及施工生产动态。同时，接入路基、路面、桥梁、隧道等施工作业前场设备信息，整合拌合站、装配式部品部件及预制构件厂、钢筋加工场、数字质量试验检测等生产管理和溯源数据，对接入的数据信息进行建模分析，实时评估施工状态，实现对工程建设过程的可感知、可计算、可分析、可溯源和可评价，全面提高建设质量。

5 结束语

综上所述，BIM技术的应用可以更好地提升城市道路设计、施工水平，提高道路建设工作的整体质量。同时，BIM技术的应用也可以为后续的工程验收、移交管养和运维工作创设全面高效的平台。虽然我国对于BIM技术的应用与研究起步较晚，但是在科学技术与社会经济发展进步下，BIM技术在城市道路建设中的全面推行是必然趋势，相关工作人员也应该积极学习先进技术，充分认识到现阶段的不足，加大对BIM技术的研究力度，不断探索BIM技术与道路建设之间的契合点，充分发挥出BIM技术的价值效用，全面提高道路建设成效。