BIM技术在市政道路设计与养护中的应用

摘要 市政道路是城市发展的重要组成部分，如今市政路网已经基本规划完成，进入运营阶段，但由于设计考虑不足，造成设计与养护不接轨的问题。BIM技术是建筑行业升级转型的新兴技术，能够实现对市政工程全生命周期管理。以武汉市某新建市政道路为研究对象，根据该道路设计指标，使用BIM技术对市政道路进行建模，在施工过程中实现对该道路的场地布置，后期运维阶段，使用BIM技术完成道路的监测与养护。

关键词 BIM技术;市政道路;全生命周期;道路养护

中图分类号 U412.37 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）09-0163-03

引言

BIM的概念为建筑信息模型，其主要内涵为将复杂的工程信息与模型相关联，实现工程项目的智能化管理[1]。市政道路作为城市之间的运输通道，主要作用为保证城市的交通运行与管道连接，在市政道路的设计中，需要考虑道路与管道两方面问题，且设计过程复杂，易出现设计失误[2]。BIM技术具有可视性、协调性、模拟性以及优化性，能够实现各类信息的集成处理，根据信息数据类型设置在相应组成模型中[3]。将BIM技术与市政道路工程相结合具有两方面优势：一方面，BIM技术能够为市政道路的设计与施工提供可视化，将设计图纸实现三维表达，更直观的保证设计的科学性，更准确地进行设计方案比选，实现市政道路工程的优化设计，保证道路项目的正常运行。另一方面，传统的市政道路管理将道路设计与后期养护管理进行分离，造成设计与养护不对接，增加了后期养护费用并且养护效果较差。BIM技术能够实现对市政道路工程全生命周期的管理，将设计与养护相对接施行并行管理，并且提前对整个工程的造价进行计算，平衡前期建设造价与养护造价，避免建设造价低，但后期养护造价高的情况[4]。BIM技术在市政道路工程中的应用还不完善，多用于市政道路的设计与施工阶段，在养护阶段的应用与管理较少。该文以武汉市某新建市政道路为研究对象，根据该新建道路的工程概况，确定具体参数完成市政道路建模，通过BIM技术在施工阶段、养护阶段的应用管理技术，研究BIM技术在市政道路设计与养护工程中的应用。

1 工程概况

武汉市某新建市政道路工程为互通式立体交叉设计，按照行车方向划分分为东西路与南北路，两条道路采用平面交叉，因交通堵塞问题，现进行互通式立体交叉设计，新建道路设计速度为60 km/h，设计车道为双向四车道。采用记录法对两条道路不同方向的交通量进行调查，调查结果如表1所示。

根据表1交通量调查结果得到，南北方向道路的交通量壓力较大，日平均交通量达到10 W辆/天左右，为典型的城市主干道，交通较为拥堵。且非机动车与行人数量较多，混合式交通严重，易造成交通事故。东西方向的道路交通量相对于南北走向而言，交通量较低，日均交通量在6 万辆/天左右，非机动车与行人数量较少。根据目前该市政道路交通状况，需要对东西、南北走向的两条市政道路改变道路交叉形式，由平面交叉转变为互通式立体交叉，以南北方向道路作为城市主干道，设计时主要考虑该方向道路交通量的分离与分流，且混合式交通严重，交通事故频发，需要考虑行人及非机动车的运行方式。

2 BIM技术在设计阶段的应用

根据武汉市某新建市政道路工程概况，解决原有市政道路交通堵塞的问题，需要对两条道路进行互通式立交设计。互通式立交的设计复杂，需要考虑的设计要素众多，采用BIM技术对市政道路工程设计能够提高设计效率，保证设计的准确性。在设计阶段，BIM技术能够应用于市政道路工程的地形识别、平面线形设计、纵断拉坡、道路平面设计、横断土方计算等方面。

2.1 地形识别

对该市政道路进行设计时，首先需要对地形进行识别。传统的识别方式为地勘法，采用测量仪器对地形进行勘察，得到地理位置信息，测量精度低且数据复杂，不易进行处理。应用BIM技术进行地形识别时，结合GIS系统，第一步进行目标坐标系的选择，该项目选择为“国家2000”，第二步进行坐标系投影参数设置，第三步搜索该市政道路所在位置或输入位置坐标，第四步生成三维地形地貌，如图1所示。

2.2 平面线形设计

平面线形设计是市政道路工程设计的重要内容，根据市政道路交通特点，南北方向道路交通量较大且转向车辆较多，东西方向道路交通量相对较少，交通方式简单，采用上下分层互通式立交的方式保证交通状况。南北方向为城市主干道，设置于互通式立交的上层，东西方向道路位于立交下层。根据立交设计特点，在使用BIM技术进行平面线形设计中，可选择的立交线形有苜蓿叶形、钻石形、圆形以及直连型，匝道类型有定向式与半定向式。确定互通式立交形式后，在设计软件中输入各转向交通量以及立交线形，可以进行平面线形设计，设计时需要考虑匝道的转弯半径，使用苜蓿叶线形可以对匝道的转弯半径进行调整，且该互通式立交转向交通量较大。根据BIM技术进行平面线形设计，设计结果如图2所示。确定立交平面线形为半苜蓿叶形+半定向型。

2.3 纵断拉坡

在确定道路互通式立交平面线形为半苜蓿叶形+半定向型后，需要对道路进行纵断面设计。在进行纵断面设计时，BIM设计软件根据相关设计规范可自动生成纵断面，但是自动生成的纵断面的坡度需要进行手动设计。该项目位于武汉市，夏季雨水丰富，在进行坡度设置时需要考虑排水需求。使用BIM软件进行纵断面拉坡，能够实现坡度的智能化生成，修改坡度参数时只需要对构件信息进行修改，修改信息不满足规范设计时，软件不能进行下一步设计。纵断面设计完成后，能够对土方量进行计算，导出工程量表。

2.4 道路平面设计

道路平面设计是市政道路工程设计中的重要部分，使用BIM技术进行道路平面设计可以进行多样化的结合设计，将绿化景观设计与道路平面进行统一设计，生成三维模型。根据工程概况，采用双向四车道形式，且设计速度为60 km/h。在平面线形设计与纵断拉坡设计后，平面设计根据车道形式进行选择，软件自动生成道路平面图，平面图中包括行车道、中央分隔带、人行道等附属设施，根据设计特点选择将立交入口处行车道宽度加宽，在进行设计时，可以随时检查设计的合理性，在二维平面进行建模设计，在三维设计中检查建模参数准确性，BIM模型库中包含众多绿化植物模型可以进行设计，该设计三维图如图3所示。

2.5 横断土方计算

BIM技术与传统建模软件的区别主要在于模型信息的修改及工程量汇总表的自动生成。该市政道路为新建互通式立交，使用BIM技术能够在设计阶段对项目的土方工程量进行计算，对工程造价进行控制，并且能够对路面铺装材料以及路基进行二次设计。实现模型与道路数据的管理。在道路模型建立后，保证模型的适用性，可以将模型转化为Revit形式，便于对该道路工程进行管理，其设计完成后的三维模型如图4所示。根据该设计模型实现了对道路的三维建模，并且在组成模型的每一个构件中，都存在构件信息与二维码，可以通过扫描二维码信息了解构件情况，实现设计规划阶段的可视化。该项目使用BIM技术，在设计阶段完成了全过程设计，节约了设计时间，降低了设计成本，增加了设计方案的科学性与设计模型的可视化，能够达到市政道路工程的设计要求，更直观地确定项目设计结果。

3 BIM技术在市政道路养护过程中的应用

BIM技术不仅能够实现市政道路设计的可视化，而且能够完成对整个市政工程项目全生命周期的管理。在城市路网日益完善的背景下，新建市政道路的项目逐渐减少，养护类项目数量增加。采用BIM技术能够进行从设计阶段开始至运维阶段为止的全生命周期管理。养护过程中主要体现BIM技术对建成道路的信息管理，以武汉市某新建市政道路工程模型为例，研究BIM技术在路面病害调查以及养护管理方面的应用。

3.1 BIM技术在市政道路路面病害调查中的应用

BIM技术应用于路面病害调查时，需要使用全自动检测车对路面病害进行检测。自动检测设备具有扫描功能，将路面存在病害进行扫描与识别，常见的路面病害如纵向裂缝、网裂、龟裂以及车辙等。对路面病害进行识别后，将扫描结果上传至检测云平台。把该道路土建模型以及管道模型导入BIM5D综合管理软件中，根据路面病害扫描结果，在云平台中建立问题档案，将路面病害与市政道路具体位置进行关联，便于工程运维单位进行养护方案制定。并且路面病害扫描，可以详细表述病害的类型、面积、等级以及工程量清单。养护单位在制定相关养护方案时，可以根据路面病害扫描结果，对路面状况进行自动评定，按照道路状况评定等级，选用相应的养护方案，实现路面病害调查的简便性，提高路面病害检测的精度。

3.2 BIM技术在市政道路路面养护管理中的应用

市政道路路面的养护质量影响了道路的服务使用年限，传统的道路养护采用的是对病害进行现场处理的方式，未考虑到对养护工程的统一管理。造成养护工程繁琐，养护质量低且养护造价高的问题。采用BIM技术对养护工程实现全方位养护，养护单位制定养护计划，将制定的计划与相应的养护项目相关联，把养护计划与道路养护位置相关联，关联后可根据方案对养护工程施工进行模拟。BIM5D软件能够在三维模型的基礎之上实现养护进度与养护造价的协同管理。将该道路模型导入相关BIM软件中，对养护过程中，养护的施工进度与施工造价进行模拟，能够在构件管理模块，选中养护位置查看相应的养护措施，点击工程量汇总功能，能够实现养护工程量的查询与汇总，可以单独查看某种材料使用量，例如沥青使用量与集料使用量，科学地控制养护工程进度。养护工程完工后，对该市政道路养护部位进行二次检测，检测结果上传至云平台空间，BIM技术能够将该养护过程进行存档，避免纸质文件的丢失，形成该道路的养护档案，实现养护工程的科学管理与施工。根据BIM技术的优化性，能够使用BIM技术对养护工程的成本、进度进行三维动态模拟，并且对不同专业之间的养护，如土建工程与管道工程之间的养护施工，能进行碰撞检查，避免养护工程的不合理性。

4 结论

综上所述，BIM技术能够应用于市政道路设计与养护的全过程管理。以武汉市某新建市政道路为建模对象，在设计阶段，研究BIM技术在地形识别、平面线形设计、纵断面设计以及道路平面设计方面的应用，结果表明采用BIM技术能够优化市政道路设计，提高设计效率。通过BIM技术在市政道路养护过程中的应用，提高了养护工程的科学性，降低了养护造价。

参考文献

[1]魏天云. BIM技术在市政道路设计与养护中的应用[J]. 山西建筑， 2021（24）： 82-83.

[2]孙超. BIM技术在市政道路设计中的应用[J]. 工程技术研究， 2021（17）： 103-104.

[3]范婧婧. BIM技术在市政道路设计中的应用[J]. 黑龙江交通科技， 2020（3）： 60-61+63.

[4]徐超. BIM技术在市政道路设计中的应用研究[J]. 人民交通， 2020（3）： 79+81.

收稿日期：2022-03-14

作者简介：文宜（1985—），男，硕士研究生，工程师，从事市政道路设计工作。