市政道路设计中应用BIM技术的方法

2022-07-27付秀光

智能建筑与智慧城市 2022年7期

关键词：纵断面模拟系统市政道路

付秀光

（中国市政工程西南设计研究总院有限公司）

1 引言

将BIM 技术运用在市政道路工程建设中，使道路设计与道路施工相结合，不仅能够确保工程设计效果，而且能够解决以往施工过程中出现的问题和困难，缩短施工周期，提高工程质量。

2 BIM技术简介

2.1 BIM技术的特点

1）可视化

将BIM 技术运用在市政道路设计中，能够将二维设计图转变为3D 立体图形，便于观察，及时发现问题，修改问题。传统设计图中，需要设计团队制作设计图，而采用BIM技术，将工程各个单一环节系统联系在一起，具有互动性。同时，将存在的问题及时反馈，以便及时进行调整[1]。

2）协调性

市政道路工程建设过程中，需要做好施工单位、设计单位、业主三方的协调工作，从而需要对既定的设计参数进行调整。将BIM技术应用在市政道路设计中，能够解决其中存在的问题。BIM 技术以三维立体模型为基础，加强设计单位、施工单位和业主三者的沟通、协调，形成共识，提高工作效率[2]。

3）模拟性

将BIM 技术应用在市政道路设计过程中，能够将设计图以立体的方式进行展示，更加直观和具象。同时，数字化信息仿真模拟系统，将设计图中设计的其他事物模拟展示，增强可信度和可操作性。比如，BIM 技术的数字化信息仿真模拟系统，对道路中的红绿灯、信号灯进行模拟演示。

2.2 BIM的技术优势

1）准确表达设计理念

在市政道路设计中融入BIM 技术，能够借助其具备的仿真模拟系统，将设计效果以三维立体的形式展示出来，各个单一构件之间的关系也一目了然。另外，采用BIM技术对设计模型进行参数设定，解决了传统设计方式需要借助其他仪器和设备来进行操作的问题。

2）很强的分析能力以及模拟能力

BIM 技术所具有的数字化信息仿真模拟系统，能将设计图的数据信息以模型的方式展现，完全还原了实际道路。因此，在市政道路设计过程中，借助BIM所具有的数字化信息仿真模拟系统对设计完成的方案进行分析，发现隐患及时修改，提高效率和建设质量。另一方面，数字化信息仿真模拟系统能够提前对设计方案进行分析，避免重新设计，确保了工程进度。

3）能够正确计算工作量

用传统方式设计市政道路时，需要专业人员对已完工的道路区域按照断面法计算实际工作量，在数据信息搜集过程中，存在误差，导致整体数据误差偏大。而将BIM 技术融入市政道路设计工作中，借助数字化信息仿真模拟系统，对各项数据进行精确统计和计算，减少了统计和计算量，节省施工材料，减轻施工人员的工作量，提高工程效率。

3 BIM 技术在市政道路设计中的应用分析

3.1 传统城市道路设计

1）传统二维图纸交底困难

采用Auto CAD软件制作二维平面图，无法凸现各个构件之间的位置关系。这样的模板施工图缺乏全面性和立体性，而且施工人员在进行技术交底时，人为因素影响较大，无法确保施工的安全性。

2）设计成本、运营成本高

在进行图纸设计过程中，由于工程中存在类似的构件，按照传统方式设计出来的图纸指导意义差，并且存在相互矛盾的情况。设计人员在对图纸进行改进时需要反复修改模型。此外，在设计后期，设计人员需要对设计图进行协调沟通，对图纸中存在的问题进行反复修改和验证，增加了成本投入。若图纸中存在的问题未能及时发现，则会影响后续的施工，从而提高工程运营成本。

3.2 BIM技术在城市道路设计中的应用优势

3.2.1 用于项目区域的地形图处理

将BIM 技术应用在市政道路设计过程中，可以采集到施工现场各类数据信息，系统对所采集的信息进行分析，制定出符合实际施工环境的设计方案。借助BIM 技术可以实现模拟现实施工环境，合理规划线路，为后续的道路施工提供强大的数据支撑。

3.2.2 用于道路的纵断面设计

采用BIM技术所具备的模拟系统能够模拟生成市政道路的纵断面，为设计人员提供更加可靠的数据，确保纵断面设计的智能化。此外，还能对不同岗位的设计人员进行统筹调配和管理，加强相互协作，共同完成纵断面设计，确保纵断面设计的科学性。使用BIM 技术进行纵断面设计时，设计人员打开软件后，需要输入地面控制点的相关数据，系统自动计算出一个地面线，以此为基准进行纵断面设计。在进行坡度设计时，为了确保设计效果，需要对设计方式不断进行试验。借助BIM技术将所有的数据信息储存起来，放置在固定文件夹内，需要使用时随即调阅即可查看。通过对各项数据的分析，最终得出最佳的线型，与实际工程需求相符。

3.2.3 用于道路场地规划设计

采用传统方式对市政道路场地进行规划，主要借助人工勘测数据，而由于现场施工环境复杂，人工在对数据进行勘测时，存在误差，直接影响了勘测结果的精度和勘测速度。为了解决人工勘测数据精度低的问题，将BIM 技术运用在市政道路场地规划设计过程中，可使场地规划数据更精确，方案更直观。在施工之前，设计人员需要对实际施工现场环境、水文等因素进行分析，再布置工程，这样不仅提高了工作效率，而且还能根据实际的施工情况灵活改变。此外，将BIM 技术与其他技术相结合，提高设计效果。比如，将GIS与BIM技术相结合，能够对实际道路情况进行充分掌握，并且对市政道路布局进行优化，使得市政道路线路合理性增强；将大数据管理系统与BIM 技术相结合，根据实际情况设定参数进行数据的提取、分析和计算，可以减少人脑进行数据信息计算产生的误差。BIM技术所具有的数字化信息仿真模拟系统能够对道路各个路段的人流量、车流量等进行估算，确保市政道路规划设计的智能化。

3.2.4 用于道路地下管线综合设计

在施工前，施工人员需要协调既有管线和新管线的位置。进行地下管线设计之前，设计人员需掌握既有管线的数据参数，借助设备了解既有管线走向和种类，延长了施工周期。采用BIM技术建模，对既有管线分布情况进行全面分析和掌握。以施工图纸为基础，采用MAGI CAD 软件建模，再进行碰撞检测，确定各个管线的实际位置。另外，采用BIM技术还能够实时检测管道施工作业，对管道内孔洞位置进行精准定位，减轻后续维修工作的压力和难度。

4 市政道路设计优化中BIM 技术的应用

4.1 交叉口的优化设计应用

以某工程为例，交叉口为人流量、交通量大区域，临近商业街、居民区、银行等。道路属于主干路，存在行人、机动车和非机动车混合使用的现象。交叉口的拥堵影响了车辆通行。借助BIM软件仿真模拟分析，优化交通，解决拥堵问题。

1）三维建模分析

识别地形；设计路线；设计横断面和纵断面；设置交通信号灯；三维观察，模拟实际交通通行，实现方案优化。

2）借助BIM模拟技术改进方案

提高通行能力，缓解交通拥堵。利用空间、时间分离的方式解决交叉口的问题。在交互信号灯未设置之前，借助BIM模拟技术来优化信号灯设置，降低车辆排队通过时间。

4.2 路基和管网优化设计应用

以某道路工程为例，道路两侧设置排水管道，某市政工程承建，道路设路肩挡土墙，路基地基采用碎石进行铺设。

4.2.1 路基优化设计应用

1）针对挡土墙的碰撞问题进行优化设计

借助BIM 技术进行建模，了解工程具体情况。在工程开始之前发现一号挡土墙会与道路电缆产生碰撞，影响工程进度。借助BIM 技术构建挡土墙模型，利用软件对挡土墙的稳定性进行验算和模拟，得出最佳优化方案。

2）针对工程中碎石桩排布问题进行优化

借助BIM 技术中的统计功能，对碎石桩的排布效果进行统计，获得碎石桩排布平面定位图，指导工程施工。

4.2.2 管网优化设计

优化设计思路。BIM 技术具有可视化特点，从专业角度进行碰撞问题分析，满足工程设计要求。借助BIM 技术模拟市政管网和原有管网，分析不合理部位，结合工程实际情况改进道路雨水口深度，避免管道之间产生冲突。

4.3 借助BIM技术对场地规划分析

采用BIM技术进行模拟时，根据标高方格网，将工程地形图导入BIM 软件中，进行市政道路现场标高系统和道路排水系统规划，明确标高，结合工程情况减少填方。借助BIM技术软件和GIS系统模拟城市道路空间，对车辆情况进行分析、评估，实现市政道路设计的智能化。

5 BIM技术的实际应用效果

将BIM 技术运用在道路工程改造过程中，不但加强各方之间的信息交流和沟通，优化设计方案，而且还能够保证工程质量，如期完工。BIM 技术主要体现在两方面。①定性成效。由于BIM技术具有智能化和仿真系统，能够将各类数据存储在内部，便于设计人员随时进行数据信息的调取，不仅提高了工程效率，而且还提高了设计质量。借助BIM技术，对各类数据进行分析处理，得出可视化质量目标管理报告，再加上各个设计团队之间的协作，缩短了设计周期，保障了项目质量。②定量成效。比如，某市政道路在进行改造时，发现问题5处，借助BIM技术可以在道路设计阶段对设计方案进行调整，避免再次出现问题，这样不仅节省时间，还避免了人力、物力、财力的损失。采用BIM技术能够为各个领域的设计人员提供精确的数据信息，为后续施工提供数据支撑，确保工程质量。