范婧婧

(東南大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司,江蘇 南京 210096)

1 前 言

BIM技術(shù)在20世紀(jì)末傳入中國(guó)，以其良好的智能化、專(zhuān)業(yè)化和信息集成化等優(yōu)勢(shì)在建筑領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛，是當(dāng)前信息技術(shù)在市政道路設(shè)計(jì)行業(yè)發(fā)展過(guò)程的重要成果。隨著B(niǎo)IM技術(shù)的逐漸完善與成熟，它能利用自身信息仿真模擬系統(tǒng)創(chuàng)設(shè)出一個(gè)虛擬的數(shù)字模型，從而幫助設(shè)計(jì)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的不足之處并加以改進(jìn)，同時(shí)提升工作效率。一批規(guī)模相當(dāng)、現(xiàn)代化的市政工程設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)正在加速形成。市政道路設(shè)計(jì)直接關(guān)系到城市整體建筑規(guī)劃，是群眾生活和出行的重要保障。利用BIM技術(shù)對(duì)市政道路設(shè)計(jì)各個(gè)流程進(jìn)行優(yōu)化完善，是減少市政道路施工和維護(hù)過(guò)程中成本投入、資源浪費(fèi)的有效手段。

2 BIM技術(shù)在道路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用特點(diǎn)分析

2.1 完善性

通過(guò)BIM，市政道路設(shè)計(jì)的立體模型可以進(jìn)行施工模擬，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的不足，進(jìn)而進(jìn)行修改設(shè)計(jì)方案，有一些問(wèn)題只有在施工階段才會(huì)發(fā)生，所以必須通過(guò)BIM模擬，及時(shí)的調(diào)整設(shè)計(jì)圖紙，避免施工中出現(xiàn)某種問(wèn)題，再進(jìn)行設(shè)計(jì)變更，不僅技術(shù)上有難度，而且也會(huì)影響施工周期，增加了工程成本。設(shè)計(jì)人員不斷的對(duì)方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)整體工程的造價(jià)和工程周期都具有一定的好處。

2.2 虛擬性

在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐難度系數(shù)較高的工藝及過(guò)程復(fù)雜的工藝等條件下，可以先進(jìn)行虛擬設(shè)計(jì)，對(duì)于一些難以施工的設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中就進(jìn)行修改，或者修改設(shè)計(jì)方法，進(jìn)而能在正式施工前盡快做出相應(yīng)的調(diào)整，降低工期延遲的概率，最終提升市政道路工程的施工效率。

2.3 聯(lián)動(dòng)性

通過(guò)BIM技術(shù)，顛覆了傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)平、縱、橫三者的實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)，通過(guò)調(diào)整平、縱、橫中的某一方面，BIM系統(tǒng)能夠相應(yīng)自動(dòng)調(diào)整其他方面，實(shí)現(xiàn)同步修改。

2.4 協(xié)同性

市政道路設(shè)計(jì)涉及到道路、橋梁、給排水、照明燈多專(zhuān)業(yè)，利用BIM技術(shù)，相關(guān)設(shè)計(jì)人員可以在道路設(shè)計(jì)的成果上進(jìn)行各自專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)，各專(zhuān)業(yè)的數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)縫對(duì)接和信息共享，極大地減少了錯(cuò)漏，提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率。同時(shí)，利用BIM技術(shù)，還可以對(duì)設(shè)計(jì)部門(mén)、施工企業(yè)以及預(yù)制構(gòu)件廠商三方之間的關(guān)系進(jìn)行有效協(xié)調(diào)。首先設(shè)計(jì)部門(mén)和施工企業(yè)依據(jù)框架協(xié)議，將參數(shù)變化和現(xiàn)狀需求通過(guò)端口的傳送給預(yù)制構(gòu)件廠商，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源共享；其次通過(guò)BIM模型實(shí)現(xiàn)構(gòu)件詳細(xì)資料的三維重現(xiàn)，讓預(yù)制構(gòu)件廠商的工作人員在進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件時(shí)能夠明確的了解其設(shè)計(jì)深意，降低預(yù)制時(shí)出現(xiàn)差錯(cuò)的概率，從而達(dá)到企業(yè)安全施工標(biāo)準(zhǔn)；最后利用BIM模型提取的項(xiàng)目材料量能夠讓構(gòu)件廠商充分對(duì)成本預(yù)算和造價(jià)核算做出準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)分析，完成材料數(shù)量統(tǒng)計(jì)。從而避免三方分歧的產(chǎn)生，提高各部門(mén)的工作質(zhì)量和效率。

2.5 可視化

BIM技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)圖紙審核從抽象走向了具體可視，基于BIM技術(shù)構(gòu)造出的BIM模型能將各專(zhuān)業(yè)的三維圖進(jìn)行有效疊加，使每個(gè)參與方都可以通過(guò)BIM的三維模型從虛擬的施工空間中瀏覽項(xiàng)目設(shè)計(jì)，有效地找出現(xiàn)實(shí)中視覺(jué)上容易存在的盲點(diǎn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)圖紙中各專(zhuān)業(yè)之間的不足之處，并在信息共享的基礎(chǔ)上協(xié)同交流，快捷精準(zhǔn)對(duì)圖紙進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)圖紙零沖突、零碰撞，優(yōu)化圖紙質(zhì)量，從而達(dá)到提升市政道路設(shè)計(jì)水平的目的。

2.6 目標(biāo)性

利用BIM技術(shù)，可以初略估算出工程概算，及時(shí)發(fā)現(xiàn)哪里設(shè)計(jì)不合理，對(duì)工程造價(jià)很大的位置進(jìn)行優(yōu)化處理，討論出既能達(dá)到效果又能滿足設(shè)計(jì)規(guī)范的方法。有些設(shè)計(jì)是完全可以優(yōu)化的，并且優(yōu)化后更科學(xué)合理。設(shè)計(jì)過(guò)程中也要對(duì)一些難的施工工藝進(jìn)行模擬，方便施工單位的施工，考慮到工程周期和其他各個(gè)方面的影響，及時(shí)的解決問(wèn)題，降低安全事故發(fā)生的概率性。

3 市政道路設(shè)計(jì)優(yōu)化中BIM技術(shù)的應(yīng)用

3.1 基于BIM的市政道路設(shè)計(jì)研究

(1)道路平面設(shè)計(jì)

道路中心線的設(shè)計(jì)是市政道路設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一，也是后續(xù)道路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，利用BIM技術(shù)對(duì)中心線進(jìn)行繪制是保障市政道路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，同時(shí)規(guī)劃線位的擬合、圓曲線長(zhǎng)度、平曲線長(zhǎng)度以及半徑等因素也是影響道路中心線繪制的主要因素。設(shè)計(jì)部門(mén)首先應(yīng)該在統(tǒng)籌考慮各種控制因素的基礎(chǔ)上，以道路中心作為繪制中心線的主要參照點(diǎn)，并進(jìn)行必要的調(diào)整和優(yōu)化處理，然后利用Civil 3D等建模軟件即可生成三維的道路中心線。

(2)道路橫斷面設(shè)計(jì)

道路橫向斷面的設(shè)計(jì)是當(dāng)前市政道路設(shè)計(jì)項(xiàng)目中的重點(diǎn)，通過(guò)道路各處的寬度數(shù)據(jù)創(chuàng)建出區(qū)域，設(shè)置節(jié)點(diǎn)的參數(shù)，并為其指定邏輯目標(biāo)，從而有效拓寬橋梁和道路。根據(jù)道路規(guī)劃需求選擇合適的構(gòu)件是保證部件有效組建、拼接的基本條件。常用的如Civil3D就是一種非常強(qiáng)大的三維建模軟件，能夠幫助設(shè)計(jì)人員明確構(gòu)建的選擇與部件的拼接、組建，從而提高設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中的嚴(yán)謹(jǐn)性。此外，基于BIM技術(shù)對(duì)斷面材料的設(shè)置還有助于道路工程量的統(tǒng)計(jì)。

(3)道路縱斷面設(shè)計(jì)

在完善斷面數(shù)據(jù)庫(kù)后，運(yùn)用Civil3D軟件對(duì)縱向斷面進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，還能得到各處相應(yīng)的斷面編制信息補(bǔ)充，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)出現(xiàn)道路創(chuàng)建的提示選擇相關(guān)參數(shù)，并從中選擇出較為完善的道路規(guī)劃路線和標(biāo)準(zhǔn)縱斷面。在這個(gè)工作過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員要對(duì)縱斷面的拉坡做出一定改變，使市政道路縱向斷面的設(shè)計(jì)質(zhì)量符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，并在后期通過(guò)豎曲線規(guī)范編制對(duì)拉坡線進(jìn)行最后的存檔。

3.2 市政道路設(shè)計(jì)中應(yīng)用BIM技術(shù)的具體實(shí)例

(1)項(xiàng)目概括

本文以某市政道路工程為例，市區(qū)人流量和交通量較為密集的一個(gè)平面交叉口，本交叉路口標(biāo)準(zhǔn)路段線寬54 m，車(chē)行道寬度均為24 m，道路設(shè)計(jì)最大速度為24 km/h，機(jī)動(dòng)車(chē)、非機(jī)動(dòng)車(chē)以及行人之間存在道路分配矛盾。交叉口的擁堵已經(jīng)嚴(yán)重影響過(guò)往車(chē)輛的正常行駛。應(yīng)用BIM技術(shù)對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以期提高市區(qū)交通通行效率。

(2)項(xiàng)目設(shè)計(jì)優(yōu)化思路

提質(zhì)改造優(yōu)化方案設(shè)計(jì)主要包括，利用BIM技術(shù)進(jìn)行三維建模分析，模擬實(shí)際交通量，分析交叉口通行能力，優(yōu)化交叉口渠化組織，提高交叉口通行能力，保障行人過(guò)街安全。

基本流程是根據(jù)地形識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)平面，并對(duì)其縱斷面和橫斷面進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，生成道路模型，增設(shè)信號(hào)燈、護(hù)欄等交通設(shè)施。然后通過(guò)三維模型分析該節(jié)點(diǎn)的不足，根據(jù)BIM模擬實(shí)現(xiàn)具體的優(yōu)化方案。由于交叉口左轉(zhuǎn)車(chē)輛較多，所以應(yīng)適當(dāng)增加左轉(zhuǎn)專(zhuān)用車(chē)道，并增設(shè)必要的左轉(zhuǎn)彎待轉(zhuǎn)區(qū)，避免車(chē)輛擁擠延誤。

(3)項(xiàng)目實(shí)施效果

如圖1和圖2分別為該市政道路交叉路線的交通組織在改造前和提質(zhì)改造優(yōu)化后的效果圖。

圖1 改造前交通組織(交叉口范圍雙向8車(chē)道，4進(jìn)4出)

圖2 提質(zhì)改造優(yōu)化后交通組織(交叉口范圍雙向10車(chē)道，6進(jìn)4出)

該道路工程的改造總建設(shè)周期在BIM技術(shù)的設(shè)計(jì)質(zhì)量管理過(guò)程中，不僅增強(qiáng)了各參與方有效的信息溝通能力，提高方案的設(shè)計(jì)水平，還在確保道路設(shè)計(jì)質(zhì)量的前提下提前完成工程任務(wù)。具體體現(xiàn)在定性成效和定量成效兩個(gè)方面。

首先是定性的實(shí)施效果?；贐IM技術(shù)快捷、及時(shí)和精準(zhǔn)的應(yīng)用特點(diǎn)，使得各專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員可以在任意時(shí)間取項(xiàng)目的各種數(shù)據(jù)資料，從而提高了項(xiàng)目的設(shè)計(jì)質(zhì)量。通過(guò)BIM技術(shù)，可以獲得項(xiàng)目的可視化質(zhì)量管理目標(biāo)和自動(dòng)化的碰撞檢測(cè)報(bào)告，同時(shí)各參與方與設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)之間有效協(xié)同，統(tǒng)一合作，不僅優(yōu)化了設(shè)計(jì)方案，還能有效保障項(xiàng)目的質(zhì)量和效率。

其次是定量的實(shí)施效果。定量的實(shí)施效果體現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并減少返工，如該市政道路的改造與更新設(shè)計(jì)在管線作業(yè)中發(fā)現(xiàn)碰撞問(wèn)題7處，通過(guò)BIM可以在設(shè)計(jì)階段及時(shí)的做出調(diào)整，減少不必要的施工和材料的浪費(fèi)。BIM為設(shè)計(jì)者提供了各個(gè)專(zhuān)業(yè)的準(zhǔn)確信息，避免在施工過(guò)程中發(fā)生的問(wèn)題，提前通過(guò)BIM將問(wèn)題扼殺在設(shè)計(jì)過(guò)程中，節(jié)約了工程造價(jià)。

4 結(jié) 語(yǔ)

BIM技術(shù)是一種基于模型的流程，利用自身信息仿真模擬系統(tǒng)創(chuàng)設(shè)出一個(gè)虛擬的數(shù)字模型，從而幫助設(shè)計(jì)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的不足之處并加以改進(jìn)，同時(shí)提升工作效率。把BIM技術(shù)引入到市政道路設(shè)計(jì)中，可以優(yōu)化道路設(shè)計(jì)的全過(guò)程，合理協(xié)調(diào)各階段關(guān)系，有利于進(jìn)一步提高市政道路工程設(shè)計(jì)和建設(shè)效率，提高質(zhì)量，最終帶動(dòng)市政道路工程的新發(fā)展。