BIM 技術(shù)在城市道路設(shè)計施工中的應(yīng)用探索

劉澤泉 劉曉佳

摘要 隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，BIM作為一種新的技術(shù)在建筑、市政工程領(lǐng)域發(fā)揮著愈來愈大的作用。在國內(nèi)外大力發(fā)展BlM技術(shù)的前提下，文章采用Bentley（奔特力）系列軟件以城市快速路項目為依托，探索了BIM技術(shù)在市政道路設(shè)計中的應(yīng)用，實現(xiàn)凈空分析、視距分析、遷改分析、施工監(jiān)控等BIM應(yīng)用，對BIM技術(shù)在市政道路設(shè)計中的應(yīng)用具有一定意義，并推動BIM技術(shù)在市政道路設(shè)計中應(yīng)用及發(fā)展。

關(guān)鍵詞 BIM技術(shù);市政道路;BIM 應(yīng)用

中圖分類號 U412.37 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）12-0096-03

收稿日期：2022-04-27

作者簡介：劉澤泉（1988—），男，本科，研究方向：道路與交通。

0 引言

隨著我國基礎(chǔ)建設(shè)的發(fā)展，工程項目數(shù)量增多，工期要求縮短，質(zhì)量要求提高，對設(shè)計方式的要求日益增高。傳統(tǒng)的二維平面設(shè)計無法直觀展示三維效果，弊端日益凸顯。新形勢下，智能化三維設(shè)計、精細(xì)化設(shè)計和管理已成為趨勢。[1]BIM作為新興的三維設(shè)計和管理技術(shù)，彌補了二維設(shè)計的不足，在工程的設(shè)計、施工、維護(hù)中起到積極的作用，推動著設(shè)計方式的變革。

1 項目概況

該項目主線道路等級為城市快速路，道路紅線寬40 ～60 m，雙向6車道，道路設(shè)計全長為2 949 m，其中高架橋段全長 2 461.4 m。輔道道路等級為城市次干道，道路紅線寬60 m，雙向6車道，道路設(shè)計全長為1 288.818 m?，F(xiàn)狀道路路基寬度為35 m。拓寬改造工程內(nèi)容包括道路工程、排水工程、橋梁工程、景觀綠化工程、交通工程、照明工程、海綿城市等[2]。

2 BIM建模

2.1 技術(shù)路線

項目應(yīng)用Bentley（奔特力）系列軟件完成BIM 設(shè)計，以實現(xiàn)項目的三維展示、二維出圖、工程量統(tǒng)計核算以及施工指導(dǎo)等功能（圖1）。

具體技術(shù)路線為：道路建模使用PC（Power Civil），橋梁建模使用OBM（Open Bridge Modeler），橋梁附屬設(shè)施建模使用MS（MicroStation），部分結(jié)構(gòu)工程計量使用PS（Prostruc-ture），主要路橋模型工程計量使用PC和OBM[3]。

2.2 創(chuàng)建地形

傳統(tǒng)二維設(shè)計以數(shù)字展示高程，在三維空間上的表達(dá)存在較大的局限性，且二維地形圖無法直觀展示項目周邊建筑、現(xiàn)狀道路及景觀等環(huán)境元素。

2.3 道路創(chuàng)建

道路建模使用PC（Power Civil）軟件，在各專業(yè)共享的平臺上進(jìn)行道路中心線、縱斷面、橫斷面、路基路面設(shè)計。BIM模型實時更新，實時進(jìn)行工程量統(tǒng)計，其他專業(yè)（綠化、排水等）根據(jù)道路共享BIM模型完成該專業(yè)BIM設(shè)計，道路專業(yè)可同時看到其他專業(yè)的共享BIM模型，從而進(jìn)行該專業(yè)的更新，最終完成快速路BIM模型的設(shè)計任務(wù)。

2.4 橋梁創(chuàng)建

橋梁建模使用OBM（Open Bridge Modeler）軟件，采用參數(shù)化布跨的方法。首先，根據(jù)現(xiàn)有設(shè)計資料，結(jié)合道路、交通、地質(zhì)等專業(yè)的BIM模型，進(jìn)行方案設(shè)計，根據(jù)方案結(jié)果建立橋梁專業(yè)BIM模型;然后，在前期橋梁方案模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)初設(shè)階段的基礎(chǔ)資料，進(jìn)行模型的整合、深化及數(shù)字化分析，進(jìn)一步深化模型。

2.5 附屬設(shè)施創(chuàng)建

利用MicroStation完成橋梁附屬設(shè)施（聲屏障及路燈）及交通標(biāo)牌等設(shè)施設(shè)計，建立項目標(biāo)準(zhǔn)化族庫（圖2）。

3 BIM設(shè)計應(yīng)用

（1）正向設(shè)計出圖。對于復(fù)雜的三維構(gòu)筑物，二維圖紙往往難以直觀地展示設(shè)計意圖，給施工造成困擾，甚至使施工偏離設(shè)計意圖。而BIM的三維可視化模型能夠非常直觀地展現(xiàn)立體構(gòu)筑物，傳達(dá)設(shè)計意圖。為了打通設(shè)計與施工間的溝通障礙，該項目積極探索BIM正向設(shè)計和BIM出圖，力求用三維的方式表達(dá)設(shè)計意圖，傳遞設(shè)計思路[4]。

經(jīng)過嘗試與研究，該項目解決了大部分構(gòu)造的正式設(shè)計出圖問題。

（2）碰撞檢查。在項目應(yīng)用階段，通過將道路、管線、橋梁等專業(yè)BIM模型疊加整合，可實現(xiàn)直觀檢查管線、樁基等元素與構(gòu)筑物的空間位置關(guān)系，對存在碰撞的位置及時作出調(diào)整。比如通過建立橋梁上部結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力管道模型和鋼筋模型，核查鋼筋與管道碰撞，做出適當(dāng)調(diào)整，為施工提供方便（圖3）。

（3）凈空視距檢查。利用三維模型具有可視化的特點模擬行車視角中的視距區(qū)域，從而復(fù)核視距范圍內(nèi)是否存在障礙物。該項目運用OpenRoads的視距分析功能進(jìn)行道路的視距分析，進(jìn)而可以優(yōu)化調(diào)整道路線型及橋梁布跨方案[5]。

（4）工程量復(fù)核。通過BIM三維模型提取的工程量與二維施工圖統(tǒng)計工程量對比可知：橋梁專業(yè)BIM設(shè)計工程量與傳統(tǒng)二維設(shè)計工程量相比，誤差在1%左右，道路專業(yè)BIM設(shè)計工程量與傳統(tǒng)二維設(shè)計工程量相比，誤差在2%左右（表1、表2）。

（5）征地拆遷復(fù)核。將三維BIM模型疊加到傾斜攝影獲取的地形圖上，可直觀地復(fù)核道路紅線范圍、用地情況、征地拆遷，從而可以優(yōu)化項目設(shè)計方案，節(jié)約工程投資。

（6）現(xiàn)場施工放樣賦予BIM模型GIS坐標(biāo)，可以快速計算出構(gòu)筑物坐標(biāo)，復(fù)核后可指導(dǎo)施工（圖4）。將BIM模型與三維實景疊加，可以進(jìn)一步復(fù)核設(shè)計與現(xiàn)狀相結(jié)合的情況，提高放樣精度，避免發(fā)生重大失誤。

4 創(chuàng)新點與難點分析

（1）使用Bently軟件對BIM在市政道路橋梁設(shè)計與施工中的應(yīng)用做出了探索。通過探索可知，Bently軟件能夠進(jìn)行三維地形模擬、異型混凝土結(jié)構(gòu)建模、鋼箱梁結(jié)構(gòu)建模等三維設(shè)計和展示，且設(shè)計效率較其他BIM軟件要高，可基于BIM模型進(jìn)行性能分析及設(shè)計展示，進(jìn)而優(yōu)化設(shè)計成果。并為現(xiàn)場施工提供可視化指導(dǎo)。

（2）橋梁參數(shù)化建模及參數(shù)化布跨的方法可避免因工程的調(diào)整而反復(fù)建模，能夠較好地適應(yīng)方案的調(diào)整，節(jié)省工作時間，提高工作效率。

（3）探索了市政路橋BIM正向設(shè)計方法，積極推動BIM技術(shù)在路橋設(shè)計、施工中的應(yīng)用。

（4）將三維傾斜攝影技術(shù)應(yīng)用于路橋的BIM設(shè)計中，為項目征地拆遷、施工監(jiān)控及測量提供保障，但傾斜攝影技術(shù)采集的數(shù)據(jù)信息量過大，對于硬件配置及軟件功能均有很高的要求，需要進(jìn)一步尋求更有效快捷的方法，以便于大面積推廣使用。

（5）道路工程涉及專業(yè)多，面積廣，BIM族庫復(fù)雜，建立和完善路橋BIM族庫需要較長時間。

5 結(jié)語

BIM技術(shù)作為一種新興技術(shù)正在改變著市政路橋設(shè)計的傳統(tǒng)思想與方法，將傳統(tǒng)的平面二維設(shè)計技術(shù)提升為立體的三維設(shè)計，克服傳統(tǒng)二維設(shè)計的弊端，有利于直觀地感受設(shè)計成果、發(fā)現(xiàn)設(shè)計缺陷、及時改正設(shè)計錯誤，可提升設(shè)計效率與質(zhì)量，為施工提供指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)

[1]王雨蒙. BIM技術(shù)在快速路工程中的應(yīng)用[J]. 城市道橋與防洪， 2017（4）： 226-229.

[2]鄭華海， 劉勻， 李元齊. BIM技術(shù)研究與應(yīng)用現(xiàn)狀[J]. 結(jié)構(gòu)工程師， 2015（4）： 233-241.

[3]張楚俊， 龔小雙. BIM技術(shù)在橋梁建設(shè)中的應(yīng)用[J]. 交通科技， 2017（1）： 97-99.

[4]陳前， 張原. 淺談BIM技術(shù)及其應(yīng)用[J]. 價值工程， 2012（23）： 61-62.

[5]龍騰， 唐紅， 吳念， 等.BIM技術(shù)在武漢某高架橋工程施工中的應(yīng)用研究[J]. 施工技術(shù)， 2014（3）： 80-83.