正向设计思路的BIM 技术在市政道路工程设计中的应用

王方斌 陈忠良

（1.中设工程咨询（重庆）股份有限公司江西分公司， 江西 南昌 330031）

（2.华汇工程设计集团股份有限公司江西分公司， 江西 南昌 330000）

0 前言

正向设计以系统工程理论、方法和过程模型为指导，不以单纯的模仿为手段，但重视借鉴逆向设计的思路，吸收各种现有技术和成果。就市政道路工程设计而言，BIM 技术的运用对工程设计优化具有积极助力，正向设计思路下，这种优势可得到进一步发挥。分析BIM 技术的具体运用方式，具有积极的现实意义。

1 BIM 技术在市政道路工程设计中的应用价值

1.1 客观真实

市政道路工程设计中，数据的价值十分突出，是保证设计合理的基础，也是BIM 模型建设以及正向设计思路得到运用的主要依托。借助BIM 技术和正向设计思路，可确保市政道路工程设计结果客观真实。如在较大规模的市政道路设计和建设中，因面临自然环境、人文环境，设计工作复杂，需要考虑道路施工和建成后对周边的影响。借助BIM 技术，可建立数字化模型，了解施工扰动，以正向设计思路为支持，则能借鉴其它工作经验，综合分析不同地基环境下的设计是否得当，是否会影响周边建筑稳定性等，以数据和高质量模拟结果为依托，保证工程设计的客观性和真实性。

1.2 直观可视

BIM 技术的基本优势在于可借助数据生成高度仿真的模型，使市政道路施工作业过程、调整优化过程能得到直观呈现、可视化展示。如某地区进行立交桥建设，为了解建设外观、通行能力，需要对设计方案进行反复论证。传统二维模式下，无法充分保证所有人员理解设计思路，也无法有效呈现动态因素，设计模型不够直观。在BIM 技术支持下，所有设计参数，可通过一个或若干模型予以有效呈现，通过计算机则能控制其局部缩放，了解设计思路和部分动态信息，对设计进行的论证更加科学。正向设计思路有助于工作人员结合其它工程设计和建设成果，进行匹配分析，新一步优化论证效果。

1.3 模拟和优化

BIM 技术全称建筑信息模型、建筑信息系统，是建筑学、工程学及土木工程的新工具。以三维图形为主、物件导向、建筑学有关理论为依据，以信息数据为工作对象，通过电脑辅助设计，也可通过电脑进行参数变化调整，实现动态模拟和静态模拟。在市政道路工程中，正向设计思路、早期搜集所获信息能够辅助进行BIM 模型建设，以确保所有牵涉到道路建设和设计的因素得到考虑。如果道路后续面临工作压力波动、维修需求，也可分析相关因素的影响参数，或以正向设计思路为依据获取类似信息，代入模型中进行深入分析、约束条件下的模拟，为设计的完善进一步提供参考[1]。

2 正向设计思路下BIM 技术的运用

2.1 多技术综合运用

正向设计思路，BIM 技术在市政道路工程设计中的运用，需重视与其它技术的联合，如大数据技术、云计算技术等。以大数据技术为例，某地共有100 万人口，道路设计标准为一级，在此背景下，以正向设计思路为依托，设计部门和对同类道路信息进行收集、积累，不断丰富原始数据，了解同类道路最大负荷等级、使用寿命、维护支出等信息。假定分析结果表明，当地建设宽度为15 米为二级公路即可满足交通负荷要求，可据此进行BIM 模型建设，代入大数据分析后所获的道路负荷工作、温度变化影响，了解宽度为15 米为二级公路，是否能够满足设计要求，直接提升设计工作的效率，也能避免盲目建设造成的资金消耗和非不要自出，提升工程的经济效益和社会效益。

2.2 同类工程借鉴分析

对同类工程进行借鉴，是正向设计思路的特点和优势之一，BIM 技术在市政道路设计中的应用，重视以数据为基础，这使得正向设计思路、BIM 技术的应用获取了理想的契合点，即借鉴同类工程现有参数，之后代入设计要求和交通压力等相关信息，评估工程设计是否合理，针对存在问题的环境做调整即可。如某地计划建设一条长度为5km 的公路，在建设前，对临市的同类公路工程进行信息层面的借鉴，将该公路的车道设计、宽度设计、负荷等级设计等，加工成数字化参数，直接代入到BIM 模型中，生成一个标准化的参考模型。之后代入本市的交通工作压力、车辆通行量、高峰通行时间段的负荷等级，评估参考模型是否能满足本市交通需求。能够满足本市交通需求，可予以采用，做进一步的细节模拟；无法满足本市交通需求，可针对薄弱点进行二次模拟。如本市车辆通行量过大，可对该道路参考模型进行模拟加宽，评估其工作能力，以此类推，指导模型完善，再将其作为本市道路设计的依托[2]。

2.3 标准化模型建设

标准化模型建设，是指在正向设计思路下，对不同市政道路的建设参数进行收集，获取1 级、2 级、3 级公路建设的基本标准，求取中位值、极限值等，生成至少9 个标准化的BIM 道路模型。9 个模型分别为：1 级道路设计参数的中位值模型、最优参数模型、最低标准参数模型；2 级道路设计参数的中位值模型、最优参数模型、最低标准参数模型；3 级道路设计参数的中位值模型、最优参数模型、最低标准参数模型。此外，如果当地经济欠发达，拟建设的市政道路尚无法达到3级标准，也可对3 级以下公路的建设参数进行收集，生成该等级道路设计参数的中位值模型、最优参数模型、最低标准参数模型，为当地的市政道路设计工作提供参考。模型建设完成后，依然采用参数代入法，代入本市交通工作的负荷需求，针对其缺陷等进行分析调整，高效率完成设计。

2.4 应用调整和远期模拟

BIM 技术的优势之一，是能够在市政道路（也包括其它模拟对象）设计、建设和使用的全周期内进行模拟、调整，不断实现对象设计的优化。在正向设计思路下，可进一步发挥该技术优势，尝试运用调整和远期模拟。如某市设计完成了某条道路，并进入建设阶段。为保证道路设计的合理行，可在正向设计思路支持下，进行模型调整。假定本市被规划为开发区，出现交通压力增加、大量增加等情况，通过模型参数模拟，了解道路是否仍能满足通行要求。或对布局道路地基设计合理性进行评估，了解当前设计标准下，道路是否可满足大型载重车辆通行要求、是否存在形变等等。投入应用的道路，也可进行远期模拟，应本市被规划如开发区，道路通行压力激增，老化程度增加。可借助正向设计思路，代入其它区域道路老化后的工作能力等参数，进一步提升模拟的科学性和参数丰富性，以远期模拟为道路后续设计调整提供依托。

3 总结

综上，正向设计思路下，BIM 技术在市政道路工程设计中的应用价值较为理想，未来前景广阔。BIM 在市政道路工程设计中的基本价值多样，体现在客观真实、直观可视、模拟和优化等方面，正向设计思路下，BIM 技术在相关工程中的运用应着眼于对同类工程的借鉴、多技术综合运用、标准化模型建设、应用调整和远期模拟等方面，发挥设计理念和技术条件的双向优势，提升工程设计效果。