BIM在市政道路建设中的应用模式分析

周挺

随着我国社会与经济的快速发展，市政道路工程项目的规模和复杂度越来越高，传统的二维图纸设计+粗放式管理模式的弊端也日益凸显，信息化发展已是必然。BIM作为一种新兴智能辅助技术和管理工具正推动着工程设计、建造、运营维护等多方面的变革，由其驱动的智能建造与精细化设计已成为提升工程建设绩效和企业竞争力的重要手段。本文以市政道路工程为背景，探索了BIM技术在市政道路设计中的应用的难点、解决方案和应用方向。

BIM是建筑信息模型的缩写，它将工程中的各项数据信息转化为模型，并将施工项目的实际情况真实地模拟出来。其直观、高效、协同、精确等特点，有利于城市道路建设管理的精细化。在市政道路的建设中，BIM在协调设计工作，提高设计精确度，提升施工各方协同效率，把控施工的进度质量等方面起到关键作用。目前，BIM在市政建设领域的应用程度较低，但其优势明显，发展前景广阔。本文将就BIM在市政道路领域的应用难点进行分析，并结合绍兴智慧快速路BIM全生命周期大数据管理平台项目中的应用案例和经验提出解决方案及应用点。

一、绍兴市快速路BIM全生命周期大数据管理平台

绍兴市智慧快速路工程建设路段是绍兴市城市快速路网布局中的重要组成部分，施工涵盖了越东路、二环北路、G329国道、二环西路、二环南路等快速路，全长约 120 公里，主线设计速度 80km 每小时，双向六车道。其中，G329国道、越东路、二环北路智慧快速路位于主城区，建设体量大、施工难度极高。

本项目参与方，尤其外部单位众多，各方仅关注本职业务，协同工作难度大；建设期内道路多标段同时开工，时间紧、任务重、传统方式下数据不能有序流通、信息无法共享，时效性和可靠性低、信息展示的可识别及可理解程度低，极易造成大量人力物力的浪费，影响决策的正确性。

为了解决以上痛难点，本工程采用了以BIM模型作为信息载体，结合GIS等技术，搭建大数据管理平台，用可视化形象化的方式为业主提供了工程全寿命期数字化解决方案，将业主、施工、监理等不同参建单位纳入统一的管理模式中，方便信息的管理、查询和利用。

1.BIM应用难点分析

（1）BIM类软件普遍对电脑硬件要求高，设计思路与模式与二维设计不同。大面积推广使用BIM进行设计，需投入较多的财力，设计人员需学习新的设计思维模式。作为一项引进技术，目前市场上的软件仍以欧美为主，无法做到与国内规范完全结合，给技术推广带来了一定难度。

（2）市政道路地形均为带状结构，处理量大，建设周期长，设计变更相对频繁；市政道路工程与周边环境结合紧密，需要BIM与三维地形进行结合，而两者在数据格式、坐标系等方面的融合均存在难度。

（3）市政道路含大量复杂的结构，施工情况复杂，目前BIM系列软件的局限性导致建模效率和精度受到较大影响。

（4）项目本身的复杂性、多变性，涉及专业面广，交叉协作要求高，方案调整变化可能性大等特点，导致设计和施工人员对应用BIM的积极性不高，推广BIM进行工作存在障碍。

2.BIM应用解决对策

针对上述应用难点，作者认为，需要从技术和工作标准两个层面来解决问题。

（1）BIM+GIS技术

BIM+GIS技术旨在通过将3DGIS与BIM进行数据格式的融合以及坐标的统一。融合后，平台运用从整体规划审核、工程施工工期管控到完工后工程建筑运维服务，延展至整个项目的生命周期。从技术的角度来说，GIS的数据比BIM庞大得多，数据在进行格式转换的同时也要进行适当轻量化和优化。由于BIM与GIS各自坐标系不同，在集成时，需要运用GIS技术中的三维模型逐顶点坐标转换功能，使两者在空间上得以有效结合。在市政工程中，BIM与GIS的结合可以很好地使设计方案融入环境，实现更为为丰富的应用场景。

（2）WebGL技术

降低应用的软硬件门槛对于有效提高BIM广泛应用是非常必要的。近年来，国内BIM软件在WebGL技术支持浏览器、手机、平板电脑等多种终端方面处于世界领先水平，推出了多款基于WebGL的BIM应用软件，与模型LOD技术、3D动态加载技术结合取得了较大成果，实现了GIS+BIM的轻量应用模式，为BIM技术推广打下了良好基础。

（3）参数化建模技术

在市政道路中存在有大量标准化的结构，如梁、板、柱、墙等，可在建模软件中进行二次开发，实现快速的参数化建模，提升效率。

（4）统一的模型交付标准

模型的交付标准应当更多从应用层面出发，考虑模型在市政道路设计、施工乃至运维过程中的适用性，对模型的内容、建模深度、模型编码等进行统一要求。在此基础之上，模型不仅在视觉和表达内容上得到统一，而且其承载的信息同样将得到统一，具备应用的条件。

（5）统一的应用标准

BIM应用标准应包含：BIM在具体设计和施工中的具体应用点，各应用点的标准化流程、业务模板，各参建方以及参建方中不同职能岗位在BIM应用中的职责等。

二、BIM技术在市政道路设计中的应用

1.规划分析

规划分析是市政道路设计前期的重要环节，其设计优劣会对后续市政道路的设计质量产生重要影响。但传统的场地规划设计主要通过结合勘查人员所得数据来进行主观分析，精度和效率不高。本工程的BIM大数据管理平台采用3D数字孪生技术，构建3D可视化一张图，包括10个在建标段，共计120公里的全线道路模型和周边环境，以及100.5公里的管线模型，数据量达390GB。模型可查询、可互动、可更新，并将进度、安全、预制生产等重要信息与模型相挂接，持续优化城市道路整体布局情况以及适宜度情况，显著增强市政道路管理的智能化水平。有利于解决传统市政道路规划中存在的信息数据量大、主观思维因素比较严重以及数据分析不准确等问题，尤其是应用BIM系列软件模拟城市道路空间，通过3D可视化手段形象表达业务内容，更好地评估分析城市道路的人流情况和车流情况，在增强城市道路规划的智能化和精确性的同时，为管理者做出更合理的决策提供可视化、数字化的分析工具。

绍兴市快速路3D一张图

2.地下管线搬迁

管线综合是指道路区域中各专业工程竖向高程和平面位置相协调的工作。通过数字孪生技术，相关设计人员运用3D模拟技术对管线施工完毕后的实际排布状况进行虚拟模拟，对需要搬迁的管线数量、搬迁顺序等在设计阶段做出合理评估，制定计划，智能化辅助管线的辅助设计、碰撞核查、工程量统计、搬迁过程模拟等环节。平台直观而精确地展现了未来城市管道态势，为决策者和设计人员对工作部署提供了可靠的信息，有助于做出更加准确和有利的决断，避免不必要的浪费和损失。

3.动拆迁分析

管理者通过3D一张图，查询土地、不动产等资料，在规划与设计阶段定量计算出道路施工时需要拆迁的地块与建筑，并进一步评估拆迁面积、影响人口数量等，以便提前做出决策，采用最优方案，为动拆迁工作提早做好准备，合理降低市政道路建设的时间和经济成本。

4.周边环境协同分析

运用BIM、GIS和倾斜摄影技术进行建模，有助于实现道路设计与区域实景的有效结合，借助各种环境模块的整合分析，可以最大化地协调和优化道路、人文和环境等诸多要素，增强市政道路的耐久性能，提升市政道路使用寿命，确保城市健康发展。

四、BIM技术在市政道路施工中的应用

1.进度与工程量分析

BIM管理平台中所含的市政道路BIM模型，其中的构件可拆分，实现整个工程的结构化描述，并进一步对市政道路的材料费用、施工进度以及各项成本进行综合规划分析。及时进行信息更新，确保相关道路设计过程中工程量统计的准确性。在此基础上，将信息与BIM绑定，数字化管控业务，实现数字化资产沉淀。运用工程量计算软件自动统计市政道路实体的工程量，得到最终的市政道路工程量清单，用于进行工程预结算等各项相关工作，并通过3D可视化模式来表现工程进度，智能辅助决策。

2.质量与安全管理

BIM模型作为市政道路的地图和档案，可以有效管理工程的质量与安全。业务数字化管控平台全面覆盖了项目建设期间的重点业务内容，同时，借助物联网技术，实现精准而到位的远程监管，进而实现超限报警和趋势预判，进一步保障施工过程安全性。

其中，质量管理需要将工程的各分部分项、检验批与构件绑定，并定义标准化的工序、质量报验流程以及参数，形成数字化报验机制，报验完成后自动更新进度，从而使质量检验及时、规范，质量资料也可查可用。

安全管理则借助BIM技术，将安全管理人员的责任区域与地理坐标挂钩，借助手机的移动端定位技术、POI位置关联技术，实现安全检查、安全整改等工作内容的在线记录，确保责任人员履职到位，安全问题及时发现、及时整改。

BIM平台已经形成了规范的数字化质量报验流程、数字化安全巡更流程、安全文明在线整改流程。目前，已基本达到了数字化报验率100%、安全巡更履职率100%、安全文明按时整改率100%的目标，使管理制度真正落地。平台中已有38455个构件完成数字化报验，累计报验工序184335条，安全巡更人员超过100名，累计巡更17350人次，提出3558条整改意见。

3.数字工地应用

数字工地中的视频监控、环境监控等设备位置、人员定位位置，均可直观表现在BIM+GIS数字孪生底座上，结合物联网技术，管理者通过信息辅助决策，能够更好地了解现场实况、发现问题，并制定解决方案。本项目BIM平台接入各标段监控视频84处，环境监测点27个，结构安全监测点1800多个，无人机巡检视频超过500个，累计发送环境超限报警短信787条。平台对监控中出现超出警戒值的情况进行自动识别和提示，并向责任人发送信息，督促及时整改，为工程建设期中的安全文明保驾护航。

目前在设计和施工期间，BIM平台已参与了超过20次方案评审，在喜临门商场、二环西路立交、萧曹运河桥、曹娥江大桥、鉴湖大桥等多处关键节点方案的评判中发挥了重要作用。

总而言之，在设计阶段的方案评审、施工前期的管线搬迁、施工过程中的进度管控，以合适的方式进行描述，才能便于管理者准确掌握信息。相较于形象性和客观性方面皆有欠缺的传统图文为主的描述方式，BIM大数据管理平台以空间可视化的方式呈现信息，不仅带来更加真实形象的视觉体验，也有助于管理者做出正确的判断决策。

五、结束语

综上所述，把BIM技术应用到市政道路的建设过程中，不仅在设计环节能够提升效率，在施工期也能够促进各方更快更好地落实信息化、精细化管理。

在绍兴市智慧快速路的建设过程中，BIM技术已经在全线逾8个标段投入全面应用，参与人数超过500人，已经形成了常态化、全员参与的应用模式，为提升工程建设的效率和质量安全保障起到了非常重要的作用。在将来，BIM应用还将延续到道路的运维期，使得BIM在道路建设的全生命周期发挥作用。在该项目中，BIM技术的成功运用为拓展BIM技术的适用领域，以及市政道路信息化、智能化建设模式提供了非常有价值的参考意义。