BIM技术在市政工程中的应用研究综述

2022-04-01马文琪赵杰马汝杰

工程建设与设计 2022年5期

马文琪，赵杰，马汝杰

（山东省交通规划设计院集团有限公司全寿命周期BIM 技术应用研发中心，济南 250031）

1 引言

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技术、物联网(Internet of Things，IoT)等现代化信息设备的出现和发展，有效推动了基础设施数字化发展进程。市政工程作为现代化城市的重要组成部分，智能化建设管理的需求也逐渐提高，利用BIM 技术提升市政工程数字化水平，实现全要素、全周期管理成为当下研究的热点话题。

本文以CNKI 数据库收录的相关文献为研究基础，从市政道路、综合管廊、管线综合、GIS+BIM 等技术的融合应用4个方向对相关文献进行综述归类，然后针对我国市政工程BIM 技术应用发展现状提出建议，为BIM 技术在市政工程中的发展研究提供参考。

2 文献统计与分析

以中文关键词“BIM”和“市政”，英文关键词“BIM”和“municipal”分别对CNKI 数据库进行检索，通过对文献进行筛选整理，得到2010—2020 年，共有相关中文文献828 篇、英文文献230 篇。分别从文献发表数量、主题分布进行分析梳理。

2.1 文献发表数量

从国内外近10 年的文献发表数量统计（见图1）可以看出，BIM 技术在市政工程中的应用相关成果数量总体呈递增的趋势；从国内文献统计来看，BIM 技术在市政工程中的应用研究成果自2015 年至2017 年得到快速发展；2018 年，“积极探索BIM 技术向城市治理、市政基础设施建设等领域的拓展应用”等相关政策[1]的提出，进一步推进BIM 技术应用研究。英文文献的发表数量在2017 年和2019 年较上一年出现成倍增长。总体来看，BIM 技术在市政工程中的应用研究正处于快速发展阶段。

图1 2010—2020 年文献发表数量统计

2.2 文献主题分布

使用VOSviewer 软件对相关文献进行高频关键词共现分析，结果分别如图2 和图3 所示。由图2 可知，相关英文文献的研究成果主要集中在architecture design（设计）、construction（建设）阶段，对于BIM 技术的应用主要包括geographic information system（地理信息系统GIS）、utility tunnels（综合管廊）以及基于模型的分析应用等；由图3 可知，国内相关研究领域分布较广泛，在市政道路、桥梁、隧道、管线、综合管廊等方向均有相关成果。按工程阶段划分，BIM 技术应用研究主要集中在设计和施工阶段。总体来看，GIS+BIM 等技术的融合在市政工程中已展开应用研究，基于BIM 技术实现基础设施协同设计、全生命周期管理成为市政工程发展的目标，综合管廊成为市政工程未来重要发展方向，市政工程信息化将促进智慧城市建设发展。

图2 英文关键词共现知识图谱

图3 中文关键词共现知识图谱

3 BIM技术在市政工程中的应用文献综述

根据市政工程中BIM 技术应用研究成果分类及热点方向，从市政道路、综合管廊、管线综合、GIS+BIM 融合应用4 个方向进行综述分析，为BIM 技术在市政工程全生命周期中的发展提供参考。

3.1 BIM技术在市政道路工程中的应用

BIM 技术在市政道路工程设计阶段的应用主要包括通过三维表达方式体现设计意图[2]，辅助设计方案论证、优化；应用精细化BIM 模型实现土方工程量精准计算[3]；通过碰撞检查、视距分析、驾驶模拟等开展模型应用研究[4]，深化设计，提升设计质量。对于道路BIM 模型参数化设计的研究，学者通过不同的三维图形平台详细研究了地形、道路、桥梁、隧道等模型的创建方法，总结市政道路BIM 模型的创建设计流程[5-7]。施工阶段，BIM 技术主要用于交通组织方案优化[8]、施工模拟[9]以及基于协同平台的数据共享、质量安全管理、图文管理等[10]。

3.2 BIM技术在综合管廊中的应用

自2016 年，BIM 技术在综合管廊中的应用研究文献数量呈快速增长的趋势[11]。在BIM 模型创建方法上，除基于常用三维图形平台探究模型创建流程外[12,13]，马浩[14]采用Revit 创建构件库、通过API 程序接口开发综合管廊模块，实现综合管廊中的快速设计及信息管理；鸿业公司则发布国产综合管廊设计系统，集设计、出图、算量等功能于一体，提升综合管廊设计效率。

相比于综合管廊的规划建设，学者们更加关注运维阶段BIM 技术的应用。基于BIM、GIS、IoT 等技术的集成，构建城市地下综合管廊运维管理平台，实现运维信息的数据化、可视化、智能化是目前主要的研究方向[15-18]。我国现阶段管廊建设正处于研究初、中期，处于运维阶段的管廊较少，因此运维管理平台的落地应用尚需进一步探究。

3.3 BIM技术在市政管线综合中的应用

地下管线的协同设计及建模研究已有多位学者通过不同的软件实现，目前使用较成熟的设计软件包括Autodesk 公司开发Autodesk Civil 3D 软件、Bentley 平台的SUE 以及鸿业公司开发的鸿业三维智能管线设计系列软件[19，20]；多篇论文中也提出在既有三维建模软件上进行二次开发，实现地下管线的三维自动建模研究[21,22]。此外，学者们还从管线综合BIM 标准制定、碰撞检查、工程算量[23-25]等方面探索BIM 技术应用价值。

3.4 GIS+BIM等技术融合应用

关于GIS 与BIM 技术的融合应用，学者们已进行大量研究，通过数据格式的转换，实现微观和宏观关联整合，最终实现多领域的协同深化应用[26]。

在规划设计阶段，学者们基于无人机倾斜摄影提供的实景三维模型与BIM 模型结合，通过视距分析等详细功能评价，改善和优化道路设计方案[27]。在施工运维阶段，GIS+BIM的集成应用体现在地下管网、综合管廊、市政路桥等数据的可视化以及动态化管理[28]。目前，学者主要从市政工程全生命周期一体化建设管理的角度出发，开发市政工程规划、建设、管理一体化平台，可实现多阶段数据的信息集成，实现施工质量、进度、安全、人员、物资等的可视化管理[29,30]；随着物联网、大数据技术的发展，开展运维阶段系统架构研究及平台开发成为当下研究热点[31]，依托运维管理系统，通过日常监测、灾害定位、维修模拟等功能，最终实现智慧化运维目标[32]。