BIM技术在市政道路工程中的应用研究

2022-11-12张之腾高翔宇刘满萍

建材发展导向 2022年13期

张之腾高翔宇刘满萍

（济南市市政工程设计研究院（集团）有限责任公司，山东济南 250000）

近几年，随着我国科技不断发展，很多新的技术被应用到了各个领域。特别是BIM技术在市政道路工程设计中的应用，它能让建设人员从不同的角度对市政道路工程进行全面的设计，让市政道路工程的建设更加的具有科学性和创新性，从而进一步地促进了市政道路工程在建筑行业中的稳定发展。

1 BIM理念

BIM （Building Information Modeling）最初的含义，正如其字面意思一样，是建筑信息建模，即通过三维数字化手段对建筑工程各相关信息建立模型，现在则被当作一种理念引申开，不再局限于建筑本身。该概念早在1975 年就被查克·伊士曼（Chuck Eastman）提出，但受限于当时的计算机和软件能力，不具备发展条件，并没有引起多大的社会关注。从上世纪90 年代中期开始，条件逐渐成熟，越来越多的组织开始向这个方向努力。但当时的工作并没有明确受这个理念的引导，只是一种事物发展到--定阶段时的自然而然的状态，是在混沌中的探索。真正的革命性变化发生在2002 年Autodesk 收购Revit之后，明确的BIM理念伴随着Revit的推广被推向全世界。该理念被广泛接受也是因为其正好迎合了一个契机，即非直上直下的创造性建筑越来越多，传统的二维图纸设计信息已经无法满足需要了。但也正因如此，对很多人来说，同时接受的BIM和Revit两个名词被绑在一起，认为非Revit不BIM，这个观念是错误的。BIM做是一个处理复杂问题的好方式，不单单是某个或某些软件的事。实际应用了该设计理念的软件系统也有不少，如应用高级机械产品设计的爱达索CATIA、 Bentley的多个产品、 Graphisoft的ArchiCAD等。这个软件中的确并未具体提到该名称，但都是在按这个理念在做。事实上具体到市政道路设计领域，现阶段如果非要用专攻于建筑、结构、设备和管道的Revit去做也是不合适的，除非将来推出专门适用市政道路的Revit软件。

2 BIM技术在市政道路工程设计中应用的重要性

如今，随着中国经济发展与科学技术的日益发达，市政公路建设工程已成为了促进中国城镇化建设的关键举措之一，而相应的工程技术人员也必须要加大对其的深入研究，并运用世界领先的科学技术不断地提升市政公路建设工程的品质，对其技术进行不断的创新。然而对于BIM技术在市政道路工程设计过程中的应用之中，不仅能够在一定程度上大大地提高了我国道路建设的质量，还在一定程度上增加了道路建设的技术，弥补了传统技术的不足。这项技术能在整体上对道路工程进行全面的分析和规划，然后根据市政道路的具体情况对其进行设计。同时， BIM技术在市政道路设计方案中的运用，还可以进一步提升工作的效率，提高了人类的生活质量与水平。相关的道路的建设人员通过使用BIM技术可以对道路工程的设计和建设进行一定的整合，从而可以在一定程度上推进市政道路工程在社会中的稳定发展。

3 BIM设计技术在市政道路设计中的优势

3.1 创新了市政道路设计的思路

在实际的市政路面的施工流程中， BIM技术主要运用于市政道路的工程设计中，它能对市政道路的建设进行全面的分析和整合，不断地创新设计人员的思路，从而让市政道路建设的发展跟上时代发展的脚步。与此同时，由于BIM技术在市政道路建筑设计流程中的广泛运用，还能够对于传统的二维形式进行一定的改变，它能让相关的设计人员利用三维的图像对其进行一定观看，从而加强相关施工人员和设计人员对道路现场情况的具体了解和掌握。此外，在实际的过程中，设计人员都会将自己的设计思路和想法通过稿纸的方式进行展示，但是在使用过程中相关的施工人员很难理解，他们不能对抽象的图纸信息进行一定的分析和理解。然而， BIM 技术在设计过程的应用，不仅在一定程度上创新了设计人员的设计思路，还能将抽象的图纸设计用三维的形式展示给施工人员，从而让其进行根据实际的设计情况进行更好地施工。

3.2 具有一定的模拟性

BIM技术在市政道路建设流程中广泛的运用，它可以对工程设计中的数据以及市政道路工程设计中的实际事物相继做出相应的模拟，进一步地保障市政道路施工过程中的质量。同时，利用BIM技术对其数据和事物进行模式，还能让设计人员和现场的施工人员对现场的施工情况进行一定的了解。通过应用BIM技术能让相关的施工人员通过三维的图像对模型进行直观的观看，从而为提高市政道路工程的建设质量提供一定的条件。

3.3 具有一定的协调性

在实际的市政道路的建设过程中，由于受各种原因的影响，相关的设计人员与施工人员之间没有进行一定的协调和沟通，这不仅容易在一定程度上大大地影响了其施工效率，还可能在一定程度上阻碍了市政道路的发展。同时，在市政道路建设的过程中不管是由建筑设计单位或是施工单位，他们之间都需要相互的协调，这样才能加快我国城市化发展的进程。设计人员在进行图纸设计的时候，一定要结合现场的情况及时地与施工人员进行协调，尽量避免设计过程中的问题，对于一些细节问题，相关的设计人员更加要不断地与其进行沟通，从而减少施工过程中资源的浪费。同时，作为施工人员在施工的过程中，如果发现图纸与施工的实际情况不符合的情况下，也一定要及时地和设计人员进行协调，然后让设计人员进行及时地修改，从而为促进我国建筑行业的发展提供一定的条件。

3.4 精确计算工程量

在中国传统道路设计模式中，路面工程量主要是通过采用断面法估计的，比如路面施工土方量、路基工作量等，在地势起伏比较大或平面结构比较复杂时偏差也较大。而管线施工的井类数量和结构工作量，也多是通过标准图和经验估计，因此偏差也较大。而在BIM设计模式中，由于各子模块都具有准确的几何和属性数据，因此，能够获得准确的体积、面积、边长、个数类工程量，还能够通过对基础设计曲面与自然地形曲面间的运算求得准确的土方作业量，而且还能够在专业计算方法辅助下，从而获得准确的支模等类工程量。而且这种计算结果一般都是手动完成的，并不要求人工录入数据。

4 BIM技术在市政工程应用遇到的困难问题

目前， BIM技术已经在市政建筑中有了比较多的运用，但是所面临的技术问题也比较多。

4.1 用途不够广泛

施工单位BIM项目管理最常用的套路便是拿了原设计院的CAD图样，用软件系统重新构建模型。但很多BIM项目管理是面子建设，而仅仅把BIM模式重新建立了起来，并渲染了一些图形，就号称是采用了BIM，而不是真实地挖掘出了BIM的优点。

4.2 软件的不完善

由于市政路桥隧建设过程中牵涉的内容比较多，城市环境也复杂多变，对BIM的需求往往比建筑设计更高，但是实际使用BIM的效果却往往不能令人满意，主要原因没有很好的市政BIM软件系统。

除此以外，在各应用软件中的商业施工中十分关键的造价算量模型，实际应用效果也较差，甚至无法实际应用到商务算量中。最后，在相对施工领域，市政与建筑行业BIM系统各应用软件间并没有统一的技术规范或连接，不利于应用与互联。

4.3 BIM人才的短缺

BIM人员不仅要通过相关软件模型，最重要的条件是能将BIM的设计理念来和现实建筑环境有机融合起来。而在建筑施工企业，由于具有一定的建筑信息化相应素养且具有建筑管理专业知识的人员数量相对较少，而要进一步充分发挥BIM技术的优点，整体的工程量又相当大，因此需要的技术人员也相当多，所以现有人员很难适应不同企业的需求。

5 市政施工特点

市政工程项目主要是指城市规划基本项目，是城市规划与发展的重要前提，但通常是由财政直接投入的大型城市公共配套基本或公益性建设项目，包括市政工程道桥是其最重要的部分。因为市政施工通常在中心城区，所以市政工程不同于其他专业建筑的特色。

5.1 由于施工工期较紧

一半市政建设项目在施工过程中会不可避免地产生对周围环境的影戏，而根据政府目标、交通限制和方便民众的特点，建筑工期越短越好，因此赶工期对建筑公司来说是家常便饭，极易导致政府因为工期而降低对工程质量的控制。

5.2 由于工地及周围环境的复杂

在城市规划中建筑施工，由于施工区域附近经常有多个建筑物，主要包括了楼房、管道、现有路面等，因此在建筑施工中必然对周围其他建筑有一定的影响，同时周围环境也对施工进度、安排等有较大的影响。

5.3 协调单位数量众多

目前在市政道桥建设往往要面临高处搭建和地底铺设的管道的处理，因为牵涉的管道较多，协调解决困难。

5.4 工程配套单位较多

在一般的市政建设中，工程涉及各种管道的施工、智能道路的施工、路面桥梁的施工、照明系统的施工等，工程参建的单位也很多，有多个单元在不同时期进行建设。相互沟通、交底困难。

6 BIM技术在我国市政路面工程中的应用

相比于建材行业，在我国市政产业中应用的BIM工艺技术开始相比较晚，且具有涉及的学科多，涉及面宽，难度大等特征，但近年来经过有关政府部门的大力推广， BIM工艺技术已在一些市级道桥施工中有了初步运用，并获得了相应的成绩。基于相关经验，针对我国市政道桥工程建设，通过运用BIM技术贯通全部工程建设阶段，能很好的提高建筑工程的时间、成本、品质。

6.1 道路纵断面设计

当利用BIM技术对路面纵切面进行设计的时候，设计人员首先必须要根据原来地面的路线文件加以拟定，并建立了相应的原始地线，然后再以原始地线作为设计依据对拉坡线进行了相应的重新编制，并且，相应的设计技术人员还必须通过BIM技术对拉坡线做出相应调整与改进，直到其设计完整的程度达到技术标准的时候，相应设计技术人员方可对其他程序进行重新设计，而当设计完成了这些内容之后，设计技术人员还必须要将原拉坡线保存下来作为竖曲线设计的基础文件，最后在对这些设计的文件进行一定的整合，从而更好地完成道路纵断面的设计图。

6.2 道路横断面设计

在实际的市政道路设计的过程中，道路横断面的设计也在其中起着非常重要的作用，所以为了让道路模型更加地准确，设计人员一定要用BIM技术对其进行设计，采用最为合适的部件来装配的作业。同时，设计人员在这个过程中一定要注意的是，要经过其命令来装配其名称，然后用选项板来终止这个程序，最后在确认横断面，一定要按照现实的实际情况对其进行设计。

6.3 BIM技术模型的精细度

BIM技术模型的精细度在一定程度上决定着设计人员的设计质量，不同设计模式的精细度也不同，这会在一程度上引发数据信息误读与错误，对于市政道路工程造成一定的经济损失。与此同时， BIM 技术的主要功能是导入一次道路有关信息后，然后让许多用户会快速的访问这种安全数据信息，对其数据进行一定数字保存。在BIM技术的工作原理方面，不仅在一定程度上保障了道路工程中各种数据的准确性，还在一定程度上提高了设计的质量和效率。此外，由于道路设计的过程相关的复杂，所以在实际的设计过程中设计人员不能对道路的现场情况进行一定的分析，通过BIM技术模型在设计过程的应用，不仅能够有效的解决这个问题，还在一定程度上提高了设计的精度。因此，在这样的背景下， BIM 技术模型的精确度在道路设计的过程中起着非常重要的作用。

6.4 道路中心线设计

相关的设计人员在利用BIM技术对道路中心先进行设计的时候，一定要注意其设计的形式，设计人员一定要在整体对所有方面和现场的实际情况进行考察和分析，然后依照有关的规定标准利用BIM技术开始确立线位，针对不相同的曲线进行科学合理的调控，一定要在地势图中最好的位置上摆入道路中心线，确保道路中心线设计形式的准确性。

6.5 充分保证施工的进度

运用BIM信息技术搭建的三维空间模式，紧密结合施工时间计划，形成了一个时间层次的4D模式，对建设项目进行现场施工技能过程仿真，形象的呈现了建设项目在各个时间阶段的现场施工技术状况，并由此可制定建设在项目节点现场施工技能阶段的最优现场施工技术方法。针对重、困难工程，通过运用BIM信息技术进行可视化过程建模，并合理规划了施工平面布置、施工机具的运用、物料的搬运存放等，从而达到时、资源最佳分配的目标。

6.6 实现施工工序优化

在施工前，可以通过搭建模型，依据建筑规划，形象的介绍现场建筑状况。对较复杂的施工方式，应通过施工模拟以选择最佳施工方式。对在厂房中制造的钢箱板、箱梁等结构，应采用碰撞检测，以有效降低返工风险。在建筑施工行业，工地管理人员总是粗厚狂且无前瞻性，甚至可以用混乱来比喻。通过对施工方法的仿真，工人能够及时找到在施工过程中可能发生的问题并加以处理，可明显降低工地问题的出现、改善施工现场管理活动。同时，可以针对较复杂的施工方法，运用三维模式实现技术交底、指挥施工，让员工更容易掌握，沟通也更简单。