周挺

隨著我國社會與經(jīng)濟的快速發(fā)展，市政道路工程項目的規(guī)模和復(fù)雜度越來越高，傳統(tǒng)的二維圖紙設(shè)計+粗放式管理模式的弊端也日益凸顯，信息化發(fā)展已是必然。BIM作為一種新興智能輔助技術(shù)和管理工具正推動著工程設(shè)計、建造、運營維護等多方面的變革，由其驅(qū)動的智能建造與精細(xì)化設(shè)計已成為提升工程建設(shè)績效和企業(yè)競爭力的重要手段。本文以市政道路工程為背景，探索了BIM技術(shù)在市政道路設(shè)計中的應(yīng)用的難點、解決方案和應(yīng)用方向。

BIM是建筑信息模型的縮寫，它將工程中的各項數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)化為模型，并將施工項目的實際情況真實地模擬出來。其直觀、高效、協(xié)同、精確等特點，有利于城市道路建設(shè)管理的精細(xì)化。在市政道路的建設(shè)中，BIM在協(xié)調(diào)設(shè)計工作，提高設(shè)計精確度，提升施工各方協(xié)同效率，把控施工的進度質(zhì)量等方面起到關(guān)鍵作用。目前，BIM在市政建設(shè)領(lǐng)域的應(yīng)用程度較低，但其優(yōu)勢明顯，發(fā)展前景廣闊。本文將就BIM在市政道路領(lǐng)域的應(yīng)用難點進行分析，并結(jié)合紹興智慧快速路BIM全生命周期大數(shù)據(jù)管理平臺項目中的應(yīng)用案例和經(jīng)驗提出解決方案及應(yīng)用點。

一、紹興市快速路BIM全生命周期大數(shù)據(jù)管理平臺

紹興市智慧快速路工程建設(shè)路段是紹興市城市快速路網(wǎng)布局中的重要組成部分，施工涵蓋了越東路、二環(huán)北路、G329國道、二環(huán)西路、二環(huán)南路等快速路，全長約 120 公里，主線設(shè)計速度 80km 每小時，雙向六車道。其中，G329國道、越東路、二環(huán)北路智慧快速路位于主城區(qū)，建設(shè)體量大、施工難度極高。

本項目參與方，尤其外部單位眾多，各方僅關(guān)注本職業(yè)務(wù)，協(xié)同工作難度大；建設(shè)期內(nèi)道路多標(biāo)段同時開工，時間緊、任務(wù)重、傳統(tǒng)方式下數(shù)據(jù)不能有序流通、信息無法共享，時效性和可靠性低、信息展示的可識別及可理解程度低，極易造成大量人力物力的浪費，影響決策的正確性。

為了解決以上痛難點，本工程采用了以BIM模型作為信息載體，結(jié)合GIS等技術(shù)，搭建大數(shù)據(jù)管理平臺，用可視化形象化的方式為業(yè)主提供了工程全壽命期數(shù)字化解決方案，將業(yè)主、施工、監(jiān)理等不同參建單位納入統(tǒng)一的管理模式中，方便信息的管理、查詢和利用。

1.BIM應(yīng)用難點分析

（1）BIM類軟件普遍對電腦硬件要求高，設(shè)計思路與模式與二維設(shè)計不同。大面積推廣使用BIM進行設(shè)計，需投入較多的財力，設(shè)計人員需學(xué)習(xí)新的設(shè)計思維模式。作為一項引進技術(shù)，目前市場上的軟件仍以歐美為主，無法做到與國內(nèi)規(guī)范完全結(jié)合，給技術(shù)推廣帶來了一定難度。

（2）市政道路地形均為帶狀結(jié)構(gòu)，處理量大，建設(shè)周期長，設(shè)計變更相對頻繁；市政道路工程與周邊環(huán)境結(jié)合緊密，需要BIM與三維地形進行結(jié)合，而兩者在數(shù)據(jù)格式、坐標(biāo)系等方面的融合均存在難度。

（3）市政道路含大量復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，施工情況復(fù)雜，目前BIM系列軟件的局限性導(dǎo)致建模效率和精度受到較大影響。

（4）項目本身的復(fù)雜性、多變性，涉及專業(yè)面廣，交叉協(xié)作要求高，方案調(diào)整變化可能性大等特點，導(dǎo)致設(shè)計和施工人員對應(yīng)用BIM的積極性不高，推廣BIM進行工作存在障礙。

2.BIM應(yīng)用解決對策

針對上述應(yīng)用難點，作者認(rèn)為，需要從技術(shù)和工作標(biāo)準(zhǔn)兩個層面來解決問題。

（1）BIM+GIS技術(shù)

BIM+GIS技術(shù)旨在通過將3DGIS與BIM進行數(shù)據(jù)格式的融合以及坐標(biāo)的統(tǒng)一。融合后，平臺運用從整體規(guī)劃審核、工程施工工期管控到完工后工程建筑運維服務(wù)，延展至整個項目的生命周期。從技術(shù)的角度來說，GIS的數(shù)據(jù)比BIM龐大得多，數(shù)據(jù)在進行格式轉(zhuǎn)換的同時也要進行適當(dāng)輕量化和優(yōu)化。由于BIM與GIS各自坐標(biāo)系不同，在集成時，需要運用GIS技術(shù)中的三維模型逐頂點坐標(biāo)轉(zhuǎn)換功能，使兩者在空間上得以有效結(jié)合。在市政工程中，BIM與GIS的結(jié)合可以很好地使設(shè)計方案融入環(huán)境，實現(xiàn)更為為豐富的應(yīng)用場景。

（2）WebGL技術(shù)

降低應(yīng)用的軟硬件門檻對于有效提高BIM廣泛應(yīng)用是非常必要的。近年來，國內(nèi)BIM軟件在WebGL技術(shù)支持瀏覽器、手機、平板電腦等多種終端方面處于世界領(lǐng)先水平，推出了多款基于WebGL的BIM應(yīng)用軟件，與模型LOD技術(shù)、3D動態(tài)加載技術(shù)結(jié)合取得了較大成果，實現(xiàn)了GIS+BIM的輕量應(yīng)用模式，為BIM技術(shù)推廣打下了良好基礎(chǔ)。

（3）參數(shù)化建模技術(shù)

在市政道路中存在有大量標(biāo)準(zhǔn)化的結(jié)構(gòu)，如梁、板、柱、墻等，可在建模軟件中進行二次開發(fā)，實現(xiàn)快速的參數(shù)化建模，提升效率。

（4）統(tǒng)一的模型交付標(biāo)準(zhǔn)

模型的交付標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)更多從應(yīng)用層面出發(fā)，考慮模型在市政道路設(shè)計、施工乃至運維過程中的適用性，對模型的內(nèi)容、建模深度、模型編碼等進行統(tǒng)一要求。在此基礎(chǔ)之上，模型不僅在視覺和表達(dá)內(nèi)容上得到統(tǒng)一，而且其承載的信息同樣將得到統(tǒng)一，具備應(yīng)用的條件。

（5）統(tǒng)一的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)

BIM應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)包含：BIM在具體設(shè)計和施工中的具體應(yīng)用點，各應(yīng)用點的標(biāo)準(zhǔn)化流程、業(yè)務(wù)模板，各參建方以及參建方中不同職能崗位在BIM應(yīng)用中的職責(zé)等。

二、BIM技術(shù)在市政道路設(shè)計中的應(yīng)用

1.規(guī)劃分析

規(guī)劃分析是市政道路設(shè)計前期的重要環(huán)節(jié)，其設(shè)計優(yōu)劣會對后續(xù)市政道路的設(shè)計質(zhì)量產(chǎn)生重要影響。但傳統(tǒng)的場地規(guī)劃設(shè)計主要通過結(jié)合勘查人員所得數(shù)據(jù)來進行主觀分析，精度和效率不高。本工程的BIM大數(shù)據(jù)管理平臺采用3D數(shù)字孿生技術(shù)，構(gòu)建3D可視化一張圖，包括10個在建標(biāo)段，共計120公里的全線道路模型和周邊環(huán)境，以及100.5公里的管線模型，數(shù)據(jù)量達(dá)390GB。模型可查詢、可互動、可更新，并將進度、安全、預(yù)制生產(chǎn)等重要信息與模型相掛接，持續(xù)優(yōu)化城市道路整體布局情況以及適宜度情況，顯著增強市政道路管理的智能化水平。有利于解決傳統(tǒng)市政道路規(guī)劃中存在的信息數(shù)據(jù)量大、主觀思維因素比較嚴(yán)重以及數(shù)據(jù)分析不準(zhǔn)確等問題，尤其是應(yīng)用BIM系列軟件模擬城市道路空間，通過3D可視化手段形象表達(dá)業(yè)務(wù)內(nèi)容，更好地評估分析城市道路的人流情況和車流情況，在增強城市道路規(guī)劃的智能化和精確性的同時，為管理者做出更合理的決策提供可視化、數(shù)字化的分析工具。

紹興市快速路3D一張圖

2.地下管線搬遷

管線綜合是指道路區(qū)域中各專業(yè)工程豎向高程和平面位置相協(xié)調(diào)的工作。通過數(shù)字孿生技術(shù)，相關(guān)設(shè)計人員運用3D模擬技術(shù)對管線施工完畢后的實際排布狀況進行虛擬模擬，對需要搬遷的管線數(shù)量、搬遷順序等在設(shè)計階段做出合理評估，制定計劃，智能化輔助管線的輔助設(shè)計、碰撞核查、工程量統(tǒng)計、搬遷過程模擬等環(huán)節(jié)。平臺直觀而精確地展現(xiàn)了未來城市管道態(tài)勢，為決策者和設(shè)計人員對工作部署提供了可靠的信息，有助于做出更加準(zhǔn)確和有利的決斷，避免不必要的浪費和損失。

3.動拆遷分析

管理者通過3D一張圖，查詢土地、不動產(chǎn)等資料，在規(guī)劃與設(shè)計階段定量計算出道路施工時需要拆遷的地塊與建筑，并進一步評估拆遷面積、影響人口數(shù)量等，以便提前做出決策，采用最優(yōu)方案，為動拆遷工作提早做好準(zhǔn)備，合理降低市政道路建設(shè)的時間和經(jīng)濟成本。

4.周邊環(huán)境協(xié)同分析

運用BIM、GIS和傾斜攝影技術(shù)進行建模，有助于實現(xiàn)道路設(shè)計與區(qū)域?qū)嵕暗挠行ЫY(jié)合，借助各種環(huán)境模塊的整合分析，可以最大化地協(xié)調(diào)和優(yōu)化道路、人文和環(huán)境等諸多要素，增強市政道路的耐久性能，提升市政道路使用壽命，確保城市健康發(fā)展。

四、BIM技術(shù)在市政道路施工中的應(yīng)用

1.進度與工程量分析

BIM管理平臺中所含的市政道路BIM模型，其中的構(gòu)件可拆分，實現(xiàn)整個工程的結(jié)構(gòu)化描述，并進一步對市政道路的材料費用、施工進度以及各項成本進行綜合規(guī)劃分析。及時進行信息更新，確保相關(guān)道路設(shè)計過程中工程量統(tǒng)計的準(zhǔn)確性。在此基礎(chǔ)上，將信息與BIM綁定，數(shù)字化管控業(yè)務(wù)，實現(xiàn)數(shù)字化資產(chǎn)沉淀。運用工程量計算軟件自動統(tǒng)計市政道路實體的工程量，得到最終的市政道路工程量清單，用于進行工程預(yù)結(jié)算等各項相關(guān)工作，并通過3D可視化模式來表現(xiàn)工程進度，智能輔助決策。

2.質(zhì)量與安全管理

BIM模型作為市政道路的地圖和檔案，可以有效管理工程的質(zhì)量與安全。業(yè)務(wù)數(shù)字化管控平臺全面覆蓋了項目建設(shè)期間的重點業(yè)務(wù)內(nèi)容，同時，借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)精準(zhǔn)而到位的遠(yuǎn)程監(jiān)管，進而實現(xiàn)超限報警和趨勢預(yù)判，進一步保障施工過程安全性。

其中，質(zhì)量管理需要將工程的各分部分項、檢驗批與構(gòu)件綁定，并定義標(biāo)準(zhǔn)化的工序、質(zhì)量報驗流程以及參數(shù)，形成數(shù)字化報驗機制，報驗完成后自動更新進度，從而使質(zhì)量檢驗及時、規(guī)范，質(zhì)量資料也可查可用。

安全管理則借助BIM技術(shù)，將安全管理人員的責(zé)任區(qū)域與地理坐標(biāo)掛鉤，借助手機的移動端定位技術(shù)、POI位置關(guān)聯(lián)技術(shù)，實現(xiàn)安全檢查、安全整改等工作內(nèi)容的在線記錄，確保責(zé)任人員履職到位，安全問題及時發(fā)現(xiàn)、及時整改。

BIM平臺已經(jīng)形成了規(guī)范的數(shù)字化質(zhì)量報驗流程、數(shù)字化安全巡更流程、安全文明在線整改流程。目前，已基本達(dá)到了數(shù)字化報驗率100%、安全巡更履職率100%、安全文明按時整改率100%的目標(biāo)，使管理制度真正落地。平臺中已有38455個構(gòu)件完成數(shù)字化報驗，累計報驗工序184335條，安全巡更人員超過100名，累計巡更17350人次，提出3558條整改意見。

3.數(shù)字工地應(yīng)用

數(shù)字工地中的視頻監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)控等設(shè)備位置、人員定位位置，均可直觀表現(xiàn)在BIM+GIS數(shù)字孿生底座上，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，管理者通過信息輔助決策，能夠更好地了解現(xiàn)場實況、發(fā)現(xiàn)問題，并制定解決方案。本項目BIM平臺接入各標(biāo)段監(jiān)控視頻84處，環(huán)境監(jiān)測點27個，結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測點1800多個，無人機巡檢視頻超過500個，累計發(fā)送環(huán)境超限報警短信787條。平臺對監(jiān)控中出現(xiàn)超出警戒值的情況進行自動識別和提示，并向責(zé)任人發(fā)送信息，督促及時整改，為工程建設(shè)期中的安全文明保駕護航。

目前在設(shè)計和施工期間，BIM平臺已參與了超過20次方案評審，在喜臨門商場、二環(huán)西路立交、蕭曹運河橋、曹娥江大橋、鑒湖大橋等多處關(guān)鍵節(jié)點方案的評判中發(fā)揮了重要作用。

總而言之，在設(shè)計階段的方案評審、施工前期的管線搬遷、施工過程中的進度管控，以合適的方式進行描述，才能便于管理者準(zhǔn)確掌握信息。相較于形象性和客觀性方面皆有欠缺的傳統(tǒng)圖文為主的描述方式，BIM大數(shù)據(jù)管理平臺以空間可視化的方式呈現(xiàn)信息，不僅帶來更加真實形象的視覺體驗，也有助于管理者做出正確的判斷決策。

五、結(jié)束語

綜上所述，把BIM技術(shù)應(yīng)用到市政道路的建設(shè)過程中，不僅在設(shè)計環(huán)節(jié)能夠提升效率，在施工期也能夠促進各方更快更好地落實信息化、精細(xì)化管理。

在紹興市智慧快速路的建設(shè)過程中，BIM技術(shù)已經(jīng)在全線逾8個標(biāo)段投入全面應(yīng)用，參與人數(shù)超過500人，已經(jīng)形成了常態(tài)化、全員參與的應(yīng)用模式，為提升工程建設(shè)的效率和質(zhì)量安全保障起到了非常重要的作用。在將來，BIM應(yīng)用還將延續(xù)到道路的運維期，使得BIM在道路建設(shè)的全生命周期發(fā)揮作用。在該項目中，BIM技術(shù)的成功運用為拓展BIM技術(shù)的適用領(lǐng)域，以及市政道路信息化、智能化建設(shè)模式提供了非常有價值的參考意義。