浅析BIM 技术在道路工程中的应用

孙艳崇

（辽宁省交通高等专科学校，辽宁 沈阳110122）

1 BIM技术应用概述

我国工程建设行业从2001 年开始引进BIM技术，其应用在国内还处于初级阶段。BIM作为我国建设行业信息化建设的重要工具，现已逐渐得到政府、企业、行业协会等的重视。我国城市更新、城镇化、地下管廊和城市基础设施的等方面仍有较大的建设需求，资源和环境约束加大，绿色建造和绿色建筑等要求提高，劳动力成本持续增加，粗放发展模式难以为继，提质增效刻不容缓，加快BIM等信息化技术的应用将从外部的制约转化为企业内部的动力。

2 BIM技术引起工程制图标准及管理模式的变革

在基于统一BIM模型的设计过程中，BIM模型将逐步取代二维图纸，成为核心交付物，其中也包括从模型自动生成的二维图纸。作为一种新的企业信息资产，BIM模型不仅作为一种存档资料，更多是要为各专业复用和共享，因此已无法用二维图纸的管理模式——档案管理，需要建立一套信息资产的管理模式，即BIM模型的标准化定义与管理规范。在制定BIM标准与管理规范时，也应与现有的二维审、制图标准衔接，以保证模型与相关图纸信息的有效关联，并达到较高的出图效率。

基于BIM的管理模式与传统的管理模式存在明显的不同，原有的制度和标准已不能满足于BIM设计模式需要，两者之间存在一定的冲突。如对软硬件及网络等资源的要求更高，对于信息资源的管理也必须从传统的分散式管理转变为集中的统一式管理模式。在采用BIM技术后，需对企业现有的制度及标准进行必要的调整，主要涉及企业资源管理、工作行为管理、激励机制、成果交付及质量控制等方面；与之同步的，是要对企业的组织机构和人力资源等做相应的改变。

3 BIM技术在道路工程中的应用

3.1 设计方案比选。在设计方案比选阶段，创建并整合方案概念模型和周边环境模型，利用BIM三维可视化的特性展现市政道路设计方案。同时对多套道路方案进行可视化、可量化的比选，并根据比选结果，方便、快捷的实时动态调整设计方案。

设计方案比选的工作流程宜符合下列要求：（1）数据收集。收集的数据包括电子版地形图、图纸等，电子版地形图宜包含周边地形、建筑、道路等信息模型，图纸宜包含方案图纸、周边环境图、纸（周边重要建构筑物相关图纸、周边地块平面图和地形图）、勘探图和管线图等。（2）利用周边环境模型进行道路选线，根据多个选线方案建立相应精度的道路模型，模型宜包含市政道路项目各方案的完整设计信息，创建周边环境模型，并与方案模型进行整合。（3）校验模型的完整性、准确性。（4）生成道设计方案模型，作为阶段性成果提交给建设单位，并根据建设单位的反馈修改设计方案。（5）生成市政道路项目的漫游视频，并与最终方案模型交付给建设单位。

图1 设计方案比选实例1

图2 设计方案比选实例2

3.2 场地分析。结合地理信息系统（Geographic Information System，简称（GIS），对场地及拟建的建筑物空间数据进行建模，通过BIM及GIS软件的强大功能，迅速得出分析结果，帮助项目在规划阶段评估场地的使用条件和特点，从而做出新建项目最理想的场地规划、交通流线组织关系、建筑布局等关键决策。

在市政工程信息模型中，基于地形地质模型、现状管线模型等基本资料，进行场地建模并对其进行分析，如高程分析、坡度坡向分析、流域分析等，并检查项目范围内与红线、绿线、河道蓝线、高压黄线及周边建筑物的距离关系，为道路方案的选线、方案比选、设计、修改等提供基础。

场地分析工作流程宜符合下列要求：（1）数据收集。收集的数据包括电子版地形图（宜包含周边地形、建筑、道路等信息模型）、周边环境图纸、周边重要构筑物建筑总平面图、场地信息、现场相关图片以及现状管线模型等。（2）场地建模。根据收集的数据进行周边环境建模、构筑物主体轮廓和附属设施建模。（3）校验模型的完整性、准确性。（4）场地模型整合。整合生成的多个模型，标注市政道路项目构筑物主体、出入口、地面建筑部分与红线、绿线、河道蓝线、高压黄线及周边建筑物的距离，结合地形地质模型，对高程、坡度坡向、流域等进行分析。（5）场地分析与设计方案模型调整。根据场地分析结果，评估方案的可行性，判断是否需要调整设计方案，场地模拟分析、设计方案调整是一个需要反复推敲的过程，直到最终确定工程方案。（6）生成场地现状仿真视频，并与场地现状仿真模型交付给建设单位。

图3 场地高程分析

图4 场地流域分析

3.3 设计校核。在市政工程信息模型中，应利用BIM的可视化、信息化特点，对设计阶段的道路模型进行设计校核。同时，由于BIM模型是工程生命周期中各相关方共享的工程信息资源，也是各相关方在不同阶段制定决策的重要依据。采用BIM技术后，模型所承载的信息量更丰富，逻辑性与关联性更强。因此，除了设计层面的校核以外，对模型也应考虑进行检查校核。

校核内容包括以下几点：（1）设计参数校核，与二维设计相似，同样需要对道路设计参数进行校核检查,如平、纵、横等设计参数,挡土墙等构筑物设计参数。（2）视距校核，若道路两侧地形对视距有影响，则需要对两侧地形进行改造以满足视距要求。利用三维信息模型的可视化特点则能模拟车行视角中的视距区域,校核是否有影响视距的建筑或地形等不利因素，并进行相应调整设计，或通过路标等方式进行改善。（3）线形组合合理性校核，包括平面线形组合、纵断面线形组合、平纵线形组合,二维设计中的线形组合通常通过满足规范要求来保证其合理性，但在市政道路信息模型中，通过三维可视化，可直接模拟校核行车过程中是否出现“驼峰”“暗凹”“浪形”等不利的视觉现象。（4）模型及构件的几何信息与非几何信息校核，如模型及构件的几何尺寸、空间位置、类型规格等是否符合合同及规范要求。（5）碰撞检查,应用三维模型，可以检查道路与周边构筑物及其它专业构件（如管网等）间的碰撞，检查类型分为硬碰撞与间隙碰撞, 硬碰撞是对于检测两个几何图形间的实际交叉碰撞，而间隙碰撞用于检测制定的几何图形需与另一几何图形具有特定距离，如净距、净空等。通过碰撞检查,可减少了返工和重建，并最大程度减少工程量，更加经济和高效。以净空检查为例，可以快速准确地测算出道路与相交道路、铁路或高压线等其它构筑物间的净空大小，以判断是否满足规范要求，并判断在满足最小净空的前提下是否有优化空间，为设计优化提供可靠依据，最大程度地减小工程量。碰撞检查是一个反复的过程，需要不断检查校核-＞调整-＞检查，直到最后满足设计与施工要求。（6）构筑物平面、立面、剖面检查，对整合后的模型产生平面、立面、剖面视图，并检查三者的关系是否统一，修正相应模型的错误，直到三者的关系统一准确。

设计、规范方面的校核较为繁杂,设计人员应在熟悉规范的基础上,充分利用建筑信息模型的优势，对设计模型进行校核，以减少返工与重建，保证道路设计的科学合理性。

图5 碰撞检查

图6 净空检查

设计校核工作宜符合下列要求：（1）收集数据，并保证数据的可靠性，数据包括道路设计模型，如有必要，对模型进行整合。（2）模型完整性校核，道路模型中所应包含的模型、构件等内容是否完整,道路模型所包含的内容及深度是否符合交付等级要求。（3）建模规范性校核，道路模型是否符合建模规范，如建模方法是否合理，模型构件及参数间的关联性是否正确,模型构件间的空间关系是否正确，语义属性信息是否完整，交付格式及版本是否正确等。（4）设计指标、规范校核，道路模型中的具体设计内容,结合国家和行业主管部分有关道路设计规范及合同要求、同时利用三维可视化、信息化优势，对模型进行校核，以保证设计的规范性合理性、模型的规范性与可交付性。（5）模型协调性校核，模型及构件是否具有良好的协调关系,如专业内部及专业间模型是否存在直接的冲突,安全空间、操作空间是否合理等。这需要与其它专业协同合作，以避免冲突。

4 结论

开展BIM技术知识和应用价值宣传，激发各参建方使用BIM技术的需求，加强项目全过程管理。依托BIM技术，加强工程质量、进度、投资全过程管控；依托BIM技术，加强工程项目招标、工程变更、竣工结算等过程管理；依托BIM技术，结合业主的使用需求，提出先进合理的运营维护管理方案，提交建设全过程信息的BIM运维模型。一些大型建设项目中，设计阶段的BIM全专业建模、BIM三维审图、碰撞检查、机电管线综合优化、设计优化辅助出图，施工阶段的4D模拟、施工方案论证、预制构件、技术交底等BIM技术也逐步得到应用。