BIM 技术在市政工程应用上的研究

殷茂源

（中国建筑第八工程局，河北 张家口 100097）

0 引言

市政工程是包含建筑业的城市道路、桥梁、地铁、各种管线的专业工程。现如今建筑业的技术整体架构都在从 2 D 图纸迈入 3 D 模型，市政工程也是必然。BIM 技术又称为建筑信息模型，它可以实现从建筑的设计、施工等各种信息整合于信息数据库中协同工作，提高效率、节省资源，以实现施工可持续发展。运用 BIM 技术，可以辅助设计人员在三维设计中搭建准确的模型，使设计质量能够更加稳定，成果更加直观，图纸更为准确，从而提升了企业施工水平，保证了工程施工质量。从 Bentley 到 Open Roads Designer，这些形形色色的 BIM 软件越来越多地出现在了市政工程中。BIM 技术是目前建筑业内最为先进的信息化技术，谁先掌握了该技术就占据了先机。换句话说，谁拥有 BIM 就等于拥有了行业“话语权”，市政单位需要重视 BIM 技术在市政工程中的应用，这样才可以借助 BIM 获得更大的企业竞争力。

1 BIM 技术在市政工程上的应用

1.1 BIM 技术辅助地形勘察

市政工程通常关系到各项城市道路、桥梁。无论是在无人区进行道路开辟，还是城市内重新规划，建设之前都离不开地形勘察。作为市政建设的首要步骤，工程勘察尤其是前期勘察，可以对目标地形做出详细描述，对项目可行性研究进行论证，确保设计及施工的可实施，对于市政工程，更是重中之重。以往的勘查阶段，都需要人工采样，对地形、地质及水文等状况进行测绘、勘探测试，勘探员需要手持 GPS 逐个取点以保证高程以及地形的准确。由于是人工采样，在面对复杂地形地势时，勘探人员的行动容易受到限制，对人员的安全也有一定威胁；而且手持器械的不方便性，即便在平原地带，对勘探人员的体力也有很大的考验。这些不利因素反作用于数据本身，影响数据精确度。而运用 BIM 技术可以做到在勘察阶段利用遥控无人机获取鸟瞰影像或斜摄影像，采用激光照射反馈雷达获取定位，由此获得的高程数据更真实。因为是无人机采样，可以一次性获取多个点位，回传电脑的地标高程导入 BIM 软件中，可以构建实景标的模型（见图1），降低了人工采样的风险，提高了工作效率。基于勘探形成的地表模型，可以辅助设计单位设计最优方案，优化道路选线合理性，分析施工范围影响周边自然物的情况，方便地形图出图、场地平整工程量计算等。此外结合 VR 技术，通过可视化展示进行项目漫游，展示设计方案更快捷、更直观，完善设计评审及交底更便捷（见图2）。

图1 将高程数据导入 Revit 软件中生成的等高线地形

图2 经 BIM 软件实时渲染后的某道路样图

1.2 BIM 技术在市政商务上的应用

1.2.1 辅助工程量计算

市政工程由于多分布在地形地势的不均匀地带，无论场地平整或是土方开挖、回填等工程量的计算对于人工手算误差较大，而运用 BIM 技术出图的地形图，依据回填高度及方位，可以精确计算土方量（见图3）。此外传统的市政工程尤其在道路桥梁施工中，工程量的计算也很难做到精准，工程量与实际结算值的差额只能依据“经验公式”去考量，这也对现场施工管理水平提出考验。套用公式，最终得到的预估量不够精确，且不容易控制各项损耗，无法做到成本精准把控，这是市政施工常年的难题。在这里，运用 BIM 技术精细化建模，通过模型计算工程量可以解决。通过构建异形参数化“族”，无论桥墩或者桥跨结构，做到所见即所得（见图4）。这个所得工程量，就是施工所必需的净用量，以净用量为底限，获取施工真实成本。

图3 某工程经建模后场地平整的工程量

图4 某桥墩构件建模即得工程量净用量

1.2.2 BIM 技术辅助项目资金管理

市政工程资金周期一般较长，运用 BIM5D 平台结合资金计划得到计划资金与实际资金曲线（见图5），实时表达当前时间下资金结余或亏损，及时做好盈亏平衡分析，对实际多于计划的月份进行比对，找出差异项，辅助商务人员完成成本分析。此外，BIM5D 平台亦可以对实际工日、机械台班与计划工日、台班实时对比（见图6），找到工日、台班浪费原因，及时向施工人员反映，帮助提高现场的管理水平，以减少窝工损耗，控制施工成本。

1.3 BIM 技术辅助市政施工

1.3.1 优化施工现场管理

图5 通过 BIM5D 平台所列实际资金与计划资金的实施对比

图6 BIM5D 所列的某市政项目实际工日、机械与计划工日、机械对比

市政施工中，通过 BIM 建模使得二维图纸更为直观，形象更立体。通过场布建模，方便施工管理人员更全面地了解施工现场，优化场地布置，在三维地形上完成施工现场平面的策划、布局及协调工作。同时有助于施工人员模拟多项施工方案，通过渲染漫游，动画制作等在施工队前展示对应施工工艺，便于劳务人员更好地理解工艺复杂的构造等，做好施工交底工作（见图7）。

图7 某桥墩基础运用 BIM 技术的钢筋放样示意

1.3.2 施工进度控制

利用 BIM 的可视化运作的 BIM5D，添加时间维， 便能实时了解到项目的运作情况。结合 P r o j e c t 和 BIM 三维的 5D 模型，可以对预先制定的施工计划与实际工期进行比对，以便于施工管理人员分析进度情况，找出工期延误工序，为后续的进度管理提供处理方案和指导意见，便于工期的动态控制（见图8）。

1.3.3 安全管控

图8 运用 BIM5D 云平台对施工进度计划校核

施工必须考虑安全管理。借助BIM构建的三维信息模型，对模板脚手架搭建进行优化，迅速地预知项目存在的施工问题和难点，综合考虑施工过程中容易出现的安全质量问题；结合地形模型考虑土护降施工方案，并开展模拟实验，论证方案的可行性；通过精准定位跟踪分析问题原因制定处理措施；依附智慧工地合理安插现场监控，对市政项目中的关键节点进行全天候观察。现场劳务人员学历较低，认懂图纸困难，借助 BIM 技术可以对现场劳务人员在开工前进行高危操作施工交底，及时了解施工过程中的危险部位，最大程度降低作业人员不知情危险，减少施工过程中安全事故的发生率。

1.4 BIM 技术消除技术孤岛

市政施工是一项土建系统与安装系统协同运作的工程。由于专业不同限制，大多市政工程项目设计阶段的土建和安装的设计人员推出的图纸在构件定位和尺寸上便有些许矛盾。在两个系统没有充分对接的情况下，施工中造成的尺寸错误，预留预埋问题造成返工几乎成了必然的结果。由于两者的施工工序属于相互配合又相互制约，一定会造成的工期浪费、人材机浪费。

通过构建 BIM 各专业模型综合预览，让不懂其他专业的人员也能直观地了解整体工程的情况，在项目各专业部门间建立信息处理平台，使沟通更为便捷，协作更为紧密，管理更为有效，减少了时间流失和交错施工的一些难题。如管线碰撞及净空分析，可以有效地解决错漏碰缺（见图9）；土建预留预埋位置对于给排水管网，可以进一步评估管道承载能力。BIM 模型能够提供精准的工程量，图纸阶段的切剖和轴测图能够有效地提高图纸可读性。

图9 某工程市政管沟与管桩碰撞检查

2 难点与措施

市政工程有其不同于工民建工程的几个特点使得目前的 BIM 系统不能完全适配市政项目。首先它与工民建不同，一般不位于集中区域。市政工程的特点是呈带状分布，长度一般从百米到千米都有可能；其次市政工程一般与地质状况关系密切，往往地质勘探的结果会影响其设计长度以及位置变化，甚至设计质量，从而导致建筑BIM 标准不能完全应用于市政工程。截止目前市政工程的 BIM 技术应用率太低就充分地反映了这一点。

2.1 BIM 技术自身限制性

现在市场上 BIM 软件应用范畴更偏向于工民建，不仅在工程施工方面，包括应用面比较广泛的 BIM 算量软件广联达、斯维尔等计算规则与计算范围也是如此。对桥梁隧道等市政算量软件开发投入不足，导致市政电算化普及率低，市政算量需投入庞大的人力与精力。此外 BIM 建模样板族库中市政族库较少也导致了桥梁隧道无法直接照搬工业、民用建筑的 BIM 技术路线。因此针对特殊复杂的构件现场常用的 BIM 系统无法很好地做到精细化建模。为此，建议当下 BIM 软件市场的开发团队应当加紧开发专为市政建模算量的系统，对已有的市政软件进行革新与升级，使其具备更好的应用价值。市政工程具有一般工民建不具备的高产值、高利润，把控算量成本，提高施工效率是当下的主要命题。

2.2 BIM 技术沉没成本较高

沉没成本，顾名思义是指以往发生的但与当前决策无关的费用，反映到 BIM 技术在市政工程体系中便是：由于软件具备时效性和人才具有的流动性导致市政公司为了使用 BIM 系统花费的资金具有不确定性，前期投入的 BIM 资金未见收益时有发生，且由于软件在市政工程中所展现的利润空间尚不够可观，也使得很多公司望而却步。

2.3 专业型人才断层

市政 BIM 系统的人才断层也是需要面对的一项问题。如同工民建初引入 BIM 技术一样，现如今的市政 BIM 人才出现了培养断层，青年员工掌握 BIM 技术但缺乏市政工程施工经验，BIM 技术应用不够成熟，老一辈市政人缺乏积极性的原因，共同导致了既有经验又有技术的综合性人才缺失，也为 BIM 技术在市政项目的推广增加了难度。应提倡理论与实际的结合，通过青年员工与老一辈骨干的导师带徒行动，做好传帮带，相互学习，鼓励公司积极参加 BIM 应用的国内外大赛。通过以赛代学、以练代推的模式做好 BIM 软件在各工龄层的熟识度。此外还可以通过奖金及奖励等激励员工考取相关证书，以提高 BIM 技术在市政公司的应用率等。

3 结语

从 2018 年中铁四局的《BIM 技术在温州市中心片污水处理厂迁建工程 BOT 项目的综合应用》一举拿下buildingSMART HK 的最佳 PPP 项目应用奖中可以看到，目前我国国内 BIM 技术在市政工程上的应用已经具备了一定的实力和深度。利用 BIM 技术涵盖到市政工程的全生命周期中，可以最大化提升市政项目的工期、质量、利润效益。从前期地形勘察阶段利用 BIM 模型提高勘探精度和勘探效率，辅助方案设计，到过程中高效的资金管理、工程量结算乃至现场和施工进度管理，BIM 技术都是市政工程的最佳应用方向。尽管 BIM 技术在市政工程上的交互性有待提高，应用技术型人才数量短缺，但这并不能影响其优势和发展潜力，具体表现在项目上 BIM 应用已经有大面积试点，而 BIM 人才的培养模式也在逐步优化。无论从国内 BIM 软件的革新还是国内外大奖的参与上，我国国内市政项目的获奖占比在逐年升高，通过系统创新和软件升级进一步完善人才队伍和技术硬实力，我国 BIM 技术在市政工程上创造的价值会越来越高。