BIM技術在道路工程設計的實踐

蔣世旭

摘 要：市政道路工程結構形式復雜，在工程設計中，傳統(tǒng)的設計理念無法滿足市政道路建設要求。BIM 為新型智能化技術，通過將其應用于道路工程設計中，可發(fā)揮信息共享功能，以動態(tài)形式充分展現(xiàn)出道路全壽命周期，據(jù)此對道路工程設計方案進行優(yōu)化調整，提高道路設計水平。下面筆者就對此展開探討。

關鍵詞：BIM技術;道路工程;設計

1 BIM標準

對于BIM標準，國際上將其分為 IFC、IFD 和IDM3 類。IFC標準由資源層、核心層、共享層和領域層4個層次構成，提供了一個不依賴于任何具體信息管理系統(tǒng)、適合于計算機處理的建筑數(shù)據(jù)表示和交換標準;IDM（Information Delivery Manual）標準即信息交付手冊標準，其最終目的是保持數(shù)據(jù)的準確性;IFD（International Framework for Dictionaries）為國際字典框架標準，利用IFD可保證國內外數(shù)據(jù)的共享，保證工程的順利進行。

2 BIM在道路設計中的應用

2.1 建模

建模是BIM應用的前提，利用道路的幾何設計基礎的數(shù)據(jù)及地形，構建出信息化的標準地面、道路、道路橋梁隧道等構件，之后以衛(wèi)星、航空影像（GPS、GIS）支持，對影響模型進行貼圖處理，提高數(shù)字模型真實性，營造虛擬化空間。采用BIM信息軟件，可高效制作出道路模型。例如，構建更新的交互平面道路口，也可利用軟件的內部操作部件，構建虛擬的人行道、綠化帶、溝渠、車道組件、紅綠燈等。按照常用的設計規(guī)范設計好道路的各項交通標識、路面的標線等。也可以按照各個地區(qū)的交通規(guī)范，創(chuàng)建出獨特的部件。要確保施工圖及各項標注都處于最新狀態(tài)，與實際社會中的規(guī)范保持一致，以此便于道路工程設計人員進一步優(yōu)化設計。

2.2 BIM+GIS

道路工程的設計主要依賴施工區(qū)域的原始地形、地貌數(shù)據(jù)，而傳統(tǒng)CAD二維圖紙設計中，針對部分長線條帶寬道路，往往需要測繪支持，開展實地測繪，費時費力，測試完成后還需要以大量測繪點支持，制作地形圖，設計完成需要對應設計人員有較強的空間想象力和理解能力，稍有差池，設計效果就不理想。

a城市某段高速道路合樅段設計中，按照項目特性及建設要求，采取無人機傾斜攝影方式獲取實地數(shù)據(jù)，控制主線帶寬左右各300 m幅度，局部的工點位置也保證500 m的幅度。以五鏡頭傾斜相機，沿線路設置滿足1：2 000的控制點位。由于項目帶狀的特性影響，無人機采集到各項圖片數(shù)據(jù)后，若直接采取空三分析建模，成功率較大，故采取重建大師軟件計算數(shù)據(jù)，完成空三處理，構建出多角度的三維真實虛擬模型。該案例項目的施工復雜區(qū)域位于某互通立交，該立交和附近一高速相交匯，在樞紐區(qū)域以無人機攝影測量技術獲取了高清的圖像數(shù)據(jù)，簡單處理后以GIS平臺對當?shù)貭顩r以虛擬模型方式還原，再接國家84坐標系進一步控制模型誤差，將最終的高度誤差控制在“米”的級別，平面的誤差控制在分米級別以內，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的理想化精度處理，構建了實景模型。

2.3 道路工程的多專業(yè)設計校核

以a城市某段高速道路合縱段設計為例，其全線三維設計按照標段劃分，選擇Bentley平臺結合2007版CAD三維平臺建模，為簡化建模過程，基于Revit平臺工具再次開發(fā)，最后以項目集成平臺，對各項BIM數(shù)據(jù)融合，提高模型功能性。設計階段利用實地地形及無人機攝影技術得到初步的BIM模型，設計人員考慮現(xiàn)場情況及道路建設要求，綜合設計模型，以綜合對比分析、路線限界校核、碰撞檢測等方式提高設計校核質量。多階段的設計同步開展專業(yè)的設計校核，有效規(guī)避設計失誤、凈空不足等。優(yōu)化后的模型可為后續(xù)工程施工提供全面、準確的參數(shù)支持，避免施工中出現(xiàn)諸多設計變更。

2.4 構件編碼的應用及拓展

BIM技術貫穿在道路工程設計、施工全過程中，BIM模型在設計施工再到道路運維，其模型數(shù)據(jù)參數(shù)傳遞、構建信息使用都是銜接各個時期BIM技術有效應用的方式，故設計階段需做全面構件信息的編碼。通過應用構件編碼，可確保道路工程的不同階段都可以獲取統(tǒng)一化的模型參數(shù)，其功能要求、性能等都保持一致，構建一個高度集中的管理、應用數(shù)據(jù)過程。BIM模型由諸多構件構成，儲存及調用模型信息，需索引并區(qū)別構件編碼。通過對三維模型中各個構件賦予構件編碼，相關設計人員搜索編碼，獲取構件信息，道路工程量估計階段，可針對不同構件對模型功能凈量自動比對，提高估算結果的準確性，便于后期迅速了解需修改的構件。

3 BIM技術在市政道路設計優(yōu)化中的應用實例

3.1 市政道路設計難點

某市政道路工程是由3條路線組成的，全程1 km，在該市政道路工程設計中，設計難點主要體現(xiàn)在以下幾點。（1）道路結構設計問題。新建道路工程高度與已建道路的高度有一定偏差，擋土墻基礎結構與道路工程之間的距離為0.5 m，因此，在道路工程施工中，需采取有效的設計優(yōu)化措施，保證通行安全。（2）管網(wǎng)設計問題。該市政道路工程的管網(wǎng)布局形式比較復雜，在實際施工中，要求將原管道與新管網(wǎng)進行有效連接，保證管網(wǎng)運行通暢性。（3）施工設計問題。在市政道路工程施工過程中，基坑結構、擋土墻結構以及路基軟基之間可相互影響，因此，在市政道路工程設計過程中應采取有效措施解決上述問題，同時開展市政道路工程與建筑主體結構施工。

3.2 市政道路優(yōu)化設計

（1）市政道路路基優(yōu)化設計。在該市政道路施工前，通過對工程項目三維模型進行分析發(fā)現(xiàn)，施工過程中擋土墻結構與道路工程電纜結構發(fā)生碰撞，如果協(xié)調控制不當，則在實際施工中即可引發(fā)很多施工問題，進而對施工的順利進行造成不良影響。對此，在BIM技術的實際應用中，可在市政道路三維模型的基礎上對擋土墻結構邊緣進行優(yōu)化設計，避免擋土墻施工對周圍環(huán)境造成不良影響，同時保證擋土墻施工質量。（2）市政管網(wǎng)優(yōu)化設計。在傳統(tǒng)的二維設計中，很難處理管網(wǎng)結構的碰撞問題，對此，可采用BIM技術進行碰撞檢測，在滿足管網(wǎng)設計實用性的基礎上，對管網(wǎng)布局形式進行優(yōu)化調整。

3.3 優(yōu)化結果分析

在該市政道路工程優(yōu)化設計中，通過應用BIM技術進行優(yōu)化設計，可充分發(fā)揮BIM技術的可視化功能以及優(yōu)化功能。對施工現(xiàn)場綠化帶進行全面勘察，同時對道路工程原有的機動車道閥門井進行優(yōu)化設計，對閥門和各類管道的安裝位置進行調整，并裝飾管道，提高管道的美觀性。另外，在市政道路工程施工過程中，可利用BIM技術的虛擬建造功能搭建新建管網(wǎng)三維模型，并進行模擬分析，在找出不合理設計問題后進行針對性調整，并改造道路工程雨水口深度，將原設計深度1 m調整為1.4 m，同時對橫向水管以及縱向管道進行調整。

4 結束語

綜上所述，現(xiàn)今，市政道路工程建設數(shù)量不斷增多，在具體的規(guī)劃建設中需綜合考慮城市環(huán)境特征、交通因素、復雜管網(wǎng)結構等，而傳統(tǒng)的二維設計方式逐漸暴露出很多弊端。對此，可推廣應用BIM技術，創(chuàng)建市政道路工程三維模型，綜合考慮項目建設要求以及施工環(huán)境特征對設計方案進行優(yōu)化調整，保證市政道路工程施工的順利進行，提高項目建設效益。

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