BIM技术在道路工程设计中的应用分析

张 庆

(安徽国顺交通咨询设计研究院有限公司，安徽 合肥 230051)

0 引 言

BIM是建筑信息模型，强调以建筑工程中各项数据信息作为统计依据，通过数字信息仿真，对建筑物真实信息进行模拟，并将上述信息应用在工程策划、运行、维护等全生命周期中，将图纸转化为三维模型，为决策制定提供可靠的数据参考。在道路工程设计中，设计单位应明确道路的功能与定位，在充分考虑地形地貌等特征情况下，对BIM技术加以应用，通过BIM技术对现有设计方案与思路进行完善，以达到理想设计效果，确保道路工程顺利开展。

1 BIM技术的应用思路

针对地质环境、设计方案等较为复杂的道路工程，设计单位可引入BIM技术对设计方案进行优化与调整，本文对BIM技术的应用思路进行探索，相关内容如下：

1.1 促进应用平台标准化

为全面提升BIM技术实际应用能力，应加快制定道路工程设计中BIM技术应用标准，对BIM技术相关的国际和国家法规进行关注，并制定与工程设计相匹配的技术标准，确保BIM技术应用基础平台朝向标准化方向发展。在标准化平台的建设中应加强学科之间合作，重视科研、设计、管理等多部门联合，推动共建共享模式形成，为后期工作奠定基础[1]。

1.2 整合工作流程

BIM技术的主要应用思路是深入了解业主管理模式，对现有技术进行有效整合，根据工程实际情况，对BIM实施流程进行科学编制。在工程设计中，为编制合理高效的BIM实施流程，设计人员对现有BIM技术的实施管理模式进行了整合，并构建了以建设工程为核心的工程设计报告，对与工程设计内容融合的数据交换体系加以明确。

1.3 加强数据管理

在工程设计中，为达到理想的设计水平，需要确保BIM数据的安全性和数据传递有效。在数据管理中，应充分考虑竣工文件生成的数据，并对工程的复杂结构和重点设计环节进行明确，做好数据收集和整理。有关工作完成后，不仅能够加强数据管理能力，还可为后期工程养护管理提供良好的技术支持。

1.4 注重成果审核

在道路工程设计中，设计人员使用了BIM技术对各阶段成果进行模拟展示，相关展示与审核对象具体包括道路建模范围、数据信息和操作流程。在成果展示中，反思了模型构件之间的冲突，并对模型的可传递性开展了研究，真正实现了通过BIM数据方式，对道路工程取得的成果进行展示与分析。

2 BIM技术在道路工程设计中的应用路径探究

BIM技术在道路工程设计中的应用优势十分明显，可有效提升道路工程品质。下文着重对道路工程中BIM技术的应用路径进行了探索，供相关人员参考。

2.1 组织架构

道路工程根据BIM技术的应用目标，确定了以建设单位为主导、设计单位为策划、运维等相关单位共同参与的组织架构。具体任务包括：

在工程建设初期阶段，建设单位负责出具BIM技术应用方案，并完成对方案配套政策的制定工作。工程落实后，能够为BIM技术的推进营造良好的政策环境。此外，建设单位也需要对BIM应用进度进行管理，使BIM技术在道路工程设计中的应用价值得到充分发挥。

在工程设计中，为确保BIM技术有效落实，相关部门对BIM设计团队提出了严格要求，构建了包括BIM总负责人、工程负责人、专业负责人、设计人员和数据管理员在内的团队体系，如图1所示。

图1 BIM设计团队组织架构

2.2 BIM技术应用

2.2.1 技术应用可行性

道路工程设计中，可通过BIM技术对工程设计方案的可行性进行研究，并通过数字化仿真模型对可行性设计进行验证，成功模拟出地形、地质、路网规划、资源分布、产业布局和环境敏感区等建设条件，生成重要的道路交通数据，为管理工作开展和决策制定提供帮助。

2.2.2 通过GIS对路网进行规划

利用GIS模型对交通布局进行综合评价，直观展示路网服务水平，对交通运输状况进行如实反映。该环节往往要用到以下数据：受该项目影响区域的路网、路段历史流量，描述影响区域现状及交通设施建设规划的矢量文件，历年行政区客货运输量。

2.2.3 搭建电子沙盘

基于BIM技术对沙盘作业进行模拟，可通过BIM技术论述道路工程起点和终点选择是否合理，并对拟定的备选方案进行模拟，比较不同方案的应用优势和主要缺点。在此过程中，设计人员应重点考虑的工程内容包括土地评价、环境资源分析、节能环保价值和社会效益评价。在满足上述要求后，选择最优的道路建设方案[2]。

在道路工程设计中，利用BIM技术和GIS地理信息技术，通过电子沙盘的方式，对各项影响因素进行分析，并做好关键节点选择，使得工程设计效果满足合同要求。这里要明确一点，使用BIM与GIS相结合的电子沙盘设计路径，可实现对各项资源和条件的充分考虑，电子沙盘的内容主要有地形地貌、水文特征、地质条件、产业布局、军事设施、城镇规划等，在汇集所掌握建设条件的基础上，对GIS地模进行创建，为设计人员选择合适的道路规划方案提供有效的信息支持。电子沙盘所汇集数据应满足以下要求：一是受该项目影响区域的地形数据。二是和大范围地形相对的遥感影像。

得益于BIM技术的应用，设计人员可在计算机系统中对施工操作过程进行仿真演示，实现对工程施工状态和方法的有效评估。此外，BIM技术的使用也有利于管理人员对道路工程整个设计工序进行把握。BIM三维仿真演示技术应用后，能够提高工程可控制性，有利于消除潜在的安全隐患，促进工程有序开展。在具体设计工作中，可使用BIM三维模型仿真演示技术，对道路工程设计进行仿真分析，如2图所示。

图2 交通仿真分析图

2.2.4 交通组织设计

前期准备阶段，有关人员应重点分析典型工况，由此来确定研究范围及目的。通过收集并处理相关数据的方式，为BIM模型的建立提供便利。待建模工作告一段落，引入实际数据，对仿真模型进行建立，基于研究问题对相关实验进行设计，由此来获得排队长度、服务水平和交通流量等数据，结合模型标定以及有效性检验结果，输出相应的文档及动画[3]。最后一步，便是对比分析仿真结果，确定符合本项目要求的设计方案。

初步设计工作的主要任务是确定路线方案，利用传统技术所绘制图纸，通常无法使空间关系得到直观展示，比选、确定方案的难度有目共睹。项目可借助无人机摄影、航拍影像等技术，对真实GIS环境进行生成，使建立场地模型的速度得到大幅提升。

对施工图进行设计时，以下内容需要引起重视：

一是通过模拟驾驶安全性的方式，形成相应的分析报告。眩光多出现在凹曲线段，传统设计方法往往选择借助通用图对中分带防眩板进行出图，难以做到根据现场情况设置并调整高度，只有在项目施工结束后，才能结合运维结果加以调整，使得首批防眩设施无法发挥出相应的作用。对三维模型加以利用，可通过模拟夜间行驶的方式，针对性检测存在对向强光照射问题的路段，形成可为设置防眩设施及后续工作开展提供科学指导的分析报告，为行车安全性提供保证。

二是常规净空核查所采取的方法为人工核查，考虑立体交叉匝道往往具有极为复杂的穿越及交叉关系，人工核查出现失误的情况难以避免，对BIM技术加以应用，可确保设计方案科学且合理。在前期设计阶段，出于避免净空不足情况出现的考虑，有关人员往往会预留较大富余，使得工程规模较预期更大，基于BIM开展净空核查工作，一方面可有效避免匝道纵面出现净空不足的情况，另一方面可使交叉关系得到经济且合理的控制，通过优化设计的方式，使工程规模最大限度地靠近预期[4]。

2.2.5 展示建设目标

以往，工程建设任务目标的设计与展示环节均通过二维绘制断面，该方案不够形象和直观，较易出现工程空间关系紧密度缺乏的问题，进而给后期对工程量的估算带来难度。为解决以上问题，设计人员提出将BIM与GIS结合的建议。GIS是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层(包括大气层)空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。BIM与GIS集成应用，是通过数据集成、系统集成或应用集成来实现的，可在BIM应用中集成GIS，也可以在GIS应用中集成BIM，或是BIM与GIS深度集成，以发挥各自优势，拓展应用领域[5]。

BIM技术由于具有较强的模拟操作功能，通过与计算机技术的结合应用，对道路路线进行模拟操作，可明确道路工程设计是否合理，在建设具有现代化功能、标准化与高水平道路上发挥着重要作用。分析其具体应用内容，工程设计人员可借助BIM技术对道路的地形图、横断面进行规划与设计，使得工程设计方案得到优化。

BIM技术应用后，可为设计人员提供空间数据支持，并对拟建道路工程的地理信息状况进行精准把握，为BIM技术的多维度、多领域应用开辟路径。此外，GIS技术还为用户提供了空间查询分析功能和宏观地理环境信息展示模块，并为工程设计中BIM技术应用价值的充分开发奠定基础[6]。

2.3 基于BIM技术的一体化标准平台建设

得益于网络技术发展，有关人员可在Web网络端，对BIM+GIS模型进行展示，使BIM技术的应用形式展现出主流化的特点。研究和开发具有可视化与一体化功能的BIM技术平台，并对BIM系统进行升级，为道路工程设计人员提供了极大的便利。为达到一体化应用标准，在展示过程中应借助计算机图形学相关知识，如矩阵运算、射线相交法、轨迹控制等。在模型的交互环节，设计人员需要对GIS图形进行必要的缩放、移动和旋转[7]。

在BIM技术应用过程中，为实现图形渲染速度和渲染效果的平衡，需要对平台设计效果进行展示，通过一体化设计理念，实现对工程全生命周期的可视化管理。为促进BIM技术在交通道路中的应用效果，应对一体化平台数据进行标准化管理，通过数据融合、分类和采集等方式，解决BIM系统与其他系统集成难度大的问题。此外，可利用BIM技术对工程运维模型进行制作。当工程正式进入运营阶段，相关承建方可向业主提供BIM数据库，对道路具体情况，性能、建筑财务、设备信息、管线布局等内容进行描述。而物业方面通过对BIM数据库信息的查询与统计，也可提高工程运维管理能力[8]。

3 结束语

综上所述，本文以BIM技术在道路工程设计中的应用为研究方向，首先对BIM技术总体思路和设计方案进行了分析；其次结合具体工程，研究了BIM技术在道路工程中的应用方式，提出做好BIM团队组织架构设计、应用BIM技术软件和促进一体化标准平台建设观点；最后说明BIM技术的应用价值得以充分发挥，为道路工程建设方案选择提供了技术保障，设计单位应看到BIM技术的应用价值，通过BIM三维模型展示，为道路工程科学设计助力。