BIM技术在城市道路设计中的应用研究

吴希

（广州地铁设计研究院股份有限公司）

1 引言

在城市道路建设过程中，传统的设计模式已不能满足需求，在这样的背景下，BIM 技术应运而生，它的出现使设计行业有了跨越式的进步，现如今的设计不仅快速准确，而且更加直观。通过BIM技术，还可以快速获取道路数据，使设计更加符合现实需求，在进行优化和调整时也更加快速和准确（见图1）。

图1 BIM的数据分类

2 BIM技术应用现状

相对于BIM 技术而言，传统的土木工程建设设计存在很大的痛点，无法让设计人员根据已有的数据和模型找到影响工程建设的问题，不能准确找到工程的痛点，针对性解决和优化。不够直观和不够准确成为传统设计中设计人员最为头疼的问题之一。而BIM 技术恰好解决了这一问题，通过数据和模型的整合，可以直观地告诉设计人员工程现阶段的状况，这样更好地辅助设计人员，结合建设现状和国家要求，在设计时找到更为优化的方案，使各个环节结合得更为顺畅，保证整体工程的质量。

在城市道路设计发展的当下，传统的设计方式和一些制图软件已经逐渐被淘汰，原因有三个。

第一，在设计后期或施工阶段，瀑布式的设计流程无法高效地解决临时带来的变更。在工程建设的时候，都是基于工程需求的状态下进行针对性设计，当下的设计一定是符合当下的工程需求的，但如果在设计的后期或者已经进入施工阶段时，出现需求的变化，就会在很大程度上导致之前的设计图纸无法满足现今的道路建设需求，导致整体设计可参考性较弱，一旦工程脱离了设计图纸，最终成型的结果和质量都无法得到保证。而在传统的设计形态中，每一个设计重点都会进行单独的保存，这些图纸相对分散，也没有太大的关联可以整体保存。因此当出现变动时，为了确保道路设计项目依然能够符合设计的需求，就需要工作人员对所有涉及变动的相关问题进行重新调整，这种调整很容易出现失误、遗漏等等情况。

第二，传统的设计方式和设计图纸不能直接应用在道路工程的后期维护阶段。当道路工程竣工之后，设计图纸的价值基本就无法体现，一般都会被存档，而后期道路维护会重新进行制作。但现状是，竣工之后设计的养护图纸，一般都非常简单，未按照项目本身的情况进行制定，图纸的针对性不高，准确率也无法得到保障。当设计人员参考设计图纸进行养护设计时，就会发现设计图纸由于量大，很难从一堆图纸里面找到与养护相关或对养护有需求的片段，利用程度非常低。这就导致很多城市道路在施工乃至竣工时都非常成功，但是在养护阶段由于忽略了各种问题，导致最终的质量直线下降甚至无法使用，重修率较高。

第三，城市道路建设的工程不仅仅只包含道路本身的建设，同时也包含其他额外因素的调整和预留，比如绿化用地、路灯、桥梁的设计等等。而传统图纸无法将这些道路中所涵盖的所有因素结合在一起，完整而立体地展现出各模块之间的结合特征，整体性非常缺乏。无论多么完善和美观的效果图，都无法展现出城市道路整体设计的特点，这也是导致很多城市道路建设的效果图仅供参考的原因之一。

从这些问题可以看出，传统的二维模式局限性较大，无法满足目前城市道路设计的需求。BIM 技术直击了以上痛点，体现出其在城市道路设计中的优势。

由于完成道路建设项目所需要的信息非常庞大和复杂，涉及的人员也较多，每个模块提供信息和资源的习惯不同，导致最终落地的信息格式也不同，设计人员在进行信息综合整理时就会非常痛苦，并且这也要求设计人员具备各个模块的全能知识，才能保证在资源整合时不出现失误。而且在传统的设计环境中，各个模块提供的信息资料可能不确定，存在多次修改和调整的过程，这也在很大程度上加强了设计人员的工作难度。而使用BIM 技术，就可以很好地解决这一问题。BIM技术的特点就在于可以保证设计模块的基础架构格式统一，可以多次修改，也不会影响最终的数据，且各个模块的数据细节一目了然，在查找和定位问题时非常快捷和方便，这也为后期的设计需求调整、养护设计方案参考打下了基础。通过使用BIM 技术，可以让各个不同工种之间更加高效配合，也便于各个工种对信息的集中管理和存储，实现真正意义上的信息共享。各角色之间可以及时发现错误，并且修改错误，增加了各模块之间的合作效率。除此之外，通过BIM 技术的数据和信息缓存，可以很大程度上缓解庞大信息管理的难度，各个构件之间相互关联，这为后期设计人员和技术人员进行资料的修改打下基础。

3 BIM 技术在城市道路设计中的应用方式

3.1 跨团队合作设计

我们可以将BIM 技术看成是一个共享式的平台，各个团队的专业人员都可以通过计算机进行协同性设计，为整体的设计提供准确的数据和更为专业的方案，保证各团队之间的信息最大化共享，为最终的设计添砖加瓦[1]。通过这种共享平台的设计，可以使城市道路设计的所有设计细节全部体现出来，通过细节的展示，各模块之间更好地融合，确保最终的设计准确性和美观性。也是由于这种融合，保证最终设计结果的准确性，设计效率得到了提升，返修率也会随之下降（见图2）。

图2 通过BIM进行专业协同性应用-协同性检查

3.2 城市道路的线路设计

通过对道路建设场地的实际勘察，我们可以获得在所建设的道路阶段的所有地形信息。了解所建设城市道路是否会有山体、河流、建筑物等的影响，然后根据市政要求和国家规定进行线路确认。通过BIM 技术，将确认好的线路图放在三维地形图中进行检验，确认其走线是否合理，是否与重要的地形冲突，当出现冲突时是否有其他的更优走线方案等等。除此之外，还可以通过BIM技术展示道路填挖，道路与周边地块的衔接等情况，判断所确定的走线是否最为合理。如若在设计过程中，发现冲突的情况，可利用BIM 模型的结果与建设单位进行探讨，是否需要调整路线，以及如何进行路线的优化调整。利用这种技术进行路线的调整可以降低设计人员的工作量，并且对设计的优化点一目了然，能够快速确认方案的合理性，减少错误的发生。也可以通过此种技术，进行多条路线方案的选择，根据不同的标准确定最优的城市道路线路图（见图3）。

图3 BIM技术在城市互通立交规划中的应用

除此之外，在城市道路建设的过程中，道路中心线也至关重要，它是城市道路交通管制的重要控制线。所以在进行道路中心线的绘制时，也需要考虑很多方面。需要充分按照城市道路建设的设计标准划定，确认曲线长度、曲线半径等指标。在完成道路中心线的设计后，可以将完成的设计图通过BIM 技术放入三维地形图中，然后通过不同线段的转化，确认最终的中心线设计方式。并通过BIM技术对道路中心线的设计进行检查，在不同路段的使用是否存在问题，针对性解决和纠正问题，最终完成道路中心线的设计。通过BIM技术可以快速识别出所绘制的道路中心线是否完善，是否符合实际城市道路的需求，提升了设计整体的准确性。

3.3 道路不同截面的设计

道路的截面设计分为纵断面和横断面的设计。在纵断面的设计中，需要考虑的重点在于，根据道路的原有状态，结合重新建造的道路实际情况，在原有的图纸上进行二次绘制。在二次绘制过程中，为了确保最终的设计结果满足需求，需要不断进行数据调整和优化，这就导致传统的道路纵断面设计需要很长时间，一旦完成设计，想要进行修改也非常困难。同时，也无法通过传统的设计方式将纵断面设计的信息展示出来。所以，利用BIM技术，不仅可以使纵断面的设计三维化，还可以根据原有的数据结合新的路线图直接自动生成和调整，完成多个线段的优化。根据自动生成的优化方案，进行坡度坡面的调整，最终使其符合道路设计的标准，保证各个环节的数据更为准确。

在横断面的设计中，可以利用BIM 技术的三维方式，对整体道路设计的数据进行组装。将设计好的道路中心线和各路段的设计方案作为基数导入，使其他部件自动完成设计，确保各个构件是在基础路段设计的基础上进行的融合。同时需要根据城市道路的实际情况进行优化分析，保证数据的及时更新，确保最终设计的准确性。

3.4 管道的设计

在进行城市道路建设中，需要额外考虑的是城市每天的污水处理及一些城市排水方面的问题。因此在进行城市道路的设计中，地下排污管线的设计也是需要考虑的因素。在传统的城市道路建设过程中，经常会因为没有及时规划好这个方面的问题，导致管线铺设不合理，污水处理不当，对城市生活造成影响。或是一遍遍凿地返修，这样不仅导致城市道路的完整性受到破坏，城市道路建设的成本也增加了。而利用BIM 技术就可以避免这个问题，在进行管道设计时，可以通过BIM 技术提前进行管线的排布测试，查看排布的方式是否合理，管道的排水是否顺畅，通过提前将问题暴露出来进行修改，降低返工概率，也降低路面和管道的维修成本，维护城市道路的整体性，使城市道路更加美观。

4 结语

综上所述，传统的设计方式已经无法满足新时代的城市道路建设设计需求，通过科技的发展，运用更为完善和科学的技术，是科学促进经济的重要表现。本文仅针对BIM技术在城市道路设计中的应用进行了研究，但BIM技术作为新兴技术，可以在城市建设的其他方面大力推广，在科学高效利用的背景下，促进经济的高速发展。