文／唐妙 長(zhǎng)沙市市政工程有限責(zé)任公司 湖南長(zhǎng)沙 410000

引言：

BIM代表著一種新的理念和實(shí)踐，是一種創(chuàng)新的建筑設(shè)計(jì)、施工和管理方法。長(zhǎng)期以來，我國市政道路設(shè)計(jì)大多采用基于AutoCAD的二維平面設(shè)計(jì)模式，難以直觀全面展示設(shè)計(jì)對(duì)象信息，嚴(yán)重制約設(shè)計(jì)行業(yè)的提升發(fā)展。加上設(shè)計(jì)項(xiàng)目越來越復(fù)雜，二維設(shè)計(jì)方式已逐漸無法滿足工程設(shè)計(jì)的需要，亟須引入BIM技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多專業(yè)的三維協(xié)同設(shè)計(jì)，有效解決設(shè)計(jì)難點(diǎn)、保證設(shè)計(jì)方案合理可行，同時(shí)搭建以BIM模型為基礎(chǔ)的BIM綜合協(xié)調(diào)管理平臺(tái)，集成項(xiàng)目管理流程，實(shí)現(xiàn)基于本項(xiàng)目的管理流程定制化部署。平臺(tái)需包含模型管理及瀏覽、圖紙管理、權(quán)限管理、BIM進(jìn)度管理、BIM質(zhì)量安全管理、BIM成本計(jì)劃管理、BIM智慧工地、任務(wù)管理等功能。同時(shí)將業(yè)主方、設(shè)計(jì)方、總承包單位、分包單位、監(jiān)理單位及其他各參建方納入平臺(tái)管理，根據(jù)管理職責(zé)進(jìn)行權(quán)限分配，實(shí)現(xiàn)各參加方基于互聯(lián)網(wǎng)的協(xié)同管理。本文主要圍繞此展開詳細(xì)分析。

1、BIM技術(shù)概述

建筑信息模型（BIM）是繼計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）技術(shù)后出現(xiàn)的建設(shè)領(lǐng)域又一重要的計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)，通過建立數(shù)字智能化模型對(duì)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工以及運(yùn)維等過程進(jìn)行優(yōu)化管理，為運(yùn)營維護(hù)管理提供全模型數(shù)據(jù)倉庫與工程資產(chǎn)全信息管理，BIM技術(shù)和理念將成為未來整個(gè)建設(shè)行業(yè)技術(shù)的發(fā)展方向。

本文主要圍繞BIM技術(shù)在市政道路中的應(yīng)用展開分析，目前常用的道路設(shè)計(jì)BIM軟件有Bentley、revit以及3DEXPERIENCE等平臺(tái)，其中bentley基于道路系統(tǒng)進(jìn)行研發(fā)應(yīng)用。目前，BIM技術(shù)在道路設(shè)計(jì)建模方面已經(jīng)得到實(shí)現(xiàn)，隨著bim的建筑信息模型設(shè)計(jì)交付標(biāo)準(zhǔn)、建筑信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、建筑信息模型施工應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)、建筑信息模型分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)等一系列標(biāo)準(zhǔn)的頒布以及實(shí)施，極大地鼓舞BIM行業(yè)大步向前發(fā)展。

2、BIM技術(shù)在市政道路中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

2.1 充分體現(xiàn)設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)意圖

BIM技術(shù)可以創(chuàng)建更直觀的3D數(shù)據(jù)模型，有效地避免了相關(guān)的缺點(diǎn)。例如在現(xiàn)有的二維設(shè)計(jì)模式中無法更好地反映設(shè)計(jì)形狀，應(yīng)用BIM技術(shù)可以對(duì)市政道路建設(shè)的相關(guān)效果進(jìn)行三維模擬，設(shè)計(jì)師和操作員可以清晰地感受到市政道路的建設(shè)效果，反映市政道路設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

2.2 項(xiàng)目工作量計(jì)算快速準(zhǔn)確

市政道路設(shè)計(jì)過程使用傳統(tǒng)的2D設(shè)計(jì)技術(shù)（例如CAD）來估算當(dāng)前的設(shè)計(jì)工作量，在路面技術(shù)和安全計(jì)算上往往會(huì)出現(xiàn)比較大的誤差。通過運(yùn)用BIM技術(shù)中的三維立體設(shè)計(jì)模塊，可以相當(dāng)準(zhǔn)確地了解長(zhǎng)度、體積、面積等設(shè)計(jì)特征。基于準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，可以實(shí)時(shí)相應(yīng)地調(diào)整工作量，及時(shí)了解道路施工進(jìn)度，因地制宜，高效及時(shí)派遣施工人員。

2.3 較強(qiáng)的模擬分析能力

市政道路設(shè)計(jì)階段采用BIM技術(shù)可進(jìn)行項(xiàng)目快速建模，實(shí)現(xiàn)BIM框架下道路、橋梁、管網(wǎng)、綠化景觀照明的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)，提高項(xiàng)目效率。BIM技術(shù)可呈現(xiàn)項(xiàng)目在初始設(shè)計(jì)階段完成后的影響，展示最終效果，可以從各個(gè)角度進(jìn)行分析。這使設(shè)計(jì)師能夠在設(shè)計(jì)早期發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷，并及時(shí)調(diào)整和改進(jìn)項(xiàng)目計(jì)劃和概念，展現(xiàn)出BIM技術(shù)在工程中強(qiáng)大的建模模擬和分析能力。

2.4 可實(shí)現(xiàn)全生命周期運(yùn)維運(yùn)用

安全管理：利用智慧工地云平臺(tái)和普華powerBIM可視化工程管理協(xié)同平臺(tái)、Web管理平臺(tái)、手機(jī)移動(dòng)平臺(tái)，組成BIM應(yīng)用平臺(tái)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)和安全巡查，將收集和處理的安全問題掛接到對(duì)應(yīng)位置、記錄發(fā)生時(shí)間，智慧工地云平臺(tái)、普華powerBIM可視化工程管理協(xié)同平臺(tái)和Web管理平臺(tái)端同步記錄問題發(fā)生的各種信息，顯示項(xiàng)目區(qū)域間發(fā)生安全問題的頻率和狀態(tài)，為項(xiàng)目安全生產(chǎn)提供問題保障。通過光感傳感器、運(yùn)維平臺(tái)與報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)合使用，對(duì)各種原因誤入施工范圍內(nèi)的人員發(fā)出警報(bào)，保障行人的安全。

進(jìn)度管理：將進(jìn)度計(jì)劃文件與模型文件、工程量清單等進(jìn)行鏈接，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)匯總，使現(xiàn)場(chǎng)任意節(jié)點(diǎn)的施工進(jìn)度及所需資源能實(shí)時(shí)查看，同時(shí)可以對(duì)實(shí)際進(jìn)度和計(jì)劃進(jìn)度進(jìn)行對(duì)比，為編制人員、材料、資金等資源計(jì)劃提供參考。

質(zhì)量管理：通過三維模型和平臺(tái)的應(yīng)用，進(jìn)行三維可視化交底、方案模擬、資料掛接、變更管理等方式，增加交底的準(zhǔn)確性、加快項(xiàng)目信息的傳遞，為保障施工質(zhì)量提供保障。

3、實(shí)例分析BIM技術(shù)在市政道路中的應(yīng)用

3.1 工程概況

本項(xiàng)目為某市政道路工程，機(jī)場(chǎng)中軸大道是銜接場(chǎng)外集疏運(yùn)道路與場(chǎng)內(nèi)交通系統(tǒng)的主要進(jìn)出場(chǎng)道路，全線長(zhǎng)約4.5km，（其中高架段約1.1km，向南與場(chǎng)外機(jī)場(chǎng)中軸大道南段銜接，地面段約1.3km，隧道段約2.1km，向北與場(chǎng)外機(jī)場(chǎng)中軸大道北段銜接），道路段紅線寬度123m；主路高架橋主線為雙向十車道，輔道規(guī)模為雙向六車道，主輔路之間通過匝道銜接。進(jìn)出場(chǎng)道路包括中軸大道主線、中軸大道輔道、工作區(qū)平行匝道、工作區(qū)平行匝道、輔道調(diào)頭彎匝道、工作區(qū)銜接匝道、工作區(qū)銜接匝道、南北貫穿隧道東線、南北貫穿隧道西線。航站區(qū)道路包括航站區(qū)地面道路、進(jìn)場(chǎng)路匝道。雨水、污水等附屬工程：航站區(qū)及沿中軸大道敷設(shè)的雨水、污水工程及其附屬工程。工期緊要求高，業(yè)主對(duì)BIM技術(shù)應(yīng)用非常重視，明確提出需要采用BIM技術(shù)應(yīng)用，并在招標(biāo)文件中列出了具體要求。

3.2 BIM總體策劃

本項(xiàng)目在實(shí)施初期策劃了完整的BIM應(yīng)用解決方案，明確了應(yīng)用內(nèi)容、流程、標(biāo)準(zhǔn)、組織、計(jì)劃及具體應(yīng)用措施等，并按照策劃內(nèi)容組織實(shí)施過程管理，順利實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)與施工全過程BIM綜合應(yīng)用。本工程基于bentley以及revit軟件進(jìn)行建模，并使用這些自研軟件進(jìn)行正向設(shè)計(jì)和三維建模，再組合使用其他軟件開展BIM應(yīng)用，并實(shí)現(xiàn)了各軟件之間的模型和信息共享，旨在借助BIM技術(shù)手段，合理優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，提高設(shè)計(jì)效率，控制施工進(jìn)度，減少工期，降低成本投入，從而提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和施工管理水平，保障項(xiàng)目的順利完成，并為后續(xù)的項(xiàng)目運(yùn)維管理提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

本工程BIM協(xié)同平臺(tái)是基于普華powerBIM開發(fā)的面向工程參建各方的施工項(xiàng)目管理軟件，包含項(xiàng)目總覽、設(shè)計(jì)、施工、進(jìn)度、質(zhì)量、安全、合同、投資、系統(tǒng)等管理功能模塊，支持對(duì)各類靜態(tài)或動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的錄入和修改，可把BIM軟件創(chuàng)建的模型和信息，按照時(shí)間關(guān)系導(dǎo)入5D數(shù)據(jù)庫（3D模型+1D時(shí)間+1D內(nèi)容），實(shí)現(xiàn)對(duì)模型和信息的統(tǒng)一整合和管理，為設(shè)計(jì)階段和施工階段的BIM應(yīng)用提供平臺(tái)支持。

3.3 BIM模型創(chuàng)建

3.3.1 構(gòu)件化建模方法

設(shè)計(jì)階段的BIM模型主要分為針對(duì)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行模型的深化和重建工作，主要體現(xiàn)為：

（1）土石方與地基處理工程模型需要進(jìn)行重新建模：原地面地形地貌已發(fā)生變化，需要對(duì)原地面地勢(shì)模型進(jìn)行重新建模；施工過程中的檢驗(yàn)批土石方模型需要隨著施工進(jìn)度時(shí)時(shí)重建。

（2）排水工程模型需要進(jìn)行重新建模：排水工程的路線圖紙發(fā)生變更，原排水溝BIM模型溝體的高程、溝體結(jié)構(gòu)厚度等尺寸不符合圖紙要求；原設(shè)計(jì)排水溝BIM模型的節(jié)點(diǎn)均未建?；蚝?jiǎn)單處理，需要重新建模；原設(shè)計(jì)排水溝BIM模型均未進(jìn)行鋼筋建模，施工BIM階段需要對(duì)鋼筋模型進(jìn)行重建。

（3）道面工程模型局部需要進(jìn)行修改、部分需要進(jìn)行重建、部分需要深化：道面板未進(jìn)行分縫和刻槽處理，需要對(duì)原BIM模型進(jìn)行局部深化修改；道面標(biāo)志標(biāo)識(shí)模型需要進(jìn)行提量，需要對(duì)原設(shè)計(jì)BIM模型進(jìn)行底漆細(xì)化；原設(shè)計(jì)BIM模型的傳力桿、拉桿等存在碰撞、位置擺放不對(duì)等問題，需要對(duì)原模型進(jìn)行修改。建模的內(nèi)容及具體方法如下：

1）土石方與地基處理工程

對(duì)排水溝的填挖方土石方量進(jìn)行精確計(jì)算并與設(shè)計(jì)工程量進(jìn)行對(duì)比。

①建立原始地形

通過CNCCBIMOpenRoads的過濾地形功能提取復(fù)測(cè)的原地面高程數(shù)據(jù)從而形成三維地形圖。為后面的土方計(jì)算做數(shù)據(jù)依據(jù)。

②建立排水溝路線的平面、縱斷面。

③建立溝渠開挖橫斷面模板并通過廊道功能建立溝渠開挖模型，然后統(tǒng)計(jì)出工程量（填挖方量）。

④使用CNCCBIMOpenRoads的出工程量表工程對(duì)整個(gè)開挖出土石方數(shù)量計(jì)算表。按照每20米一段出工程量。用以輔助施工。

邊坡模型由于設(shè)計(jì)圖紙變更，原設(shè)計(jì)邊坡BIM模型無法使用，需要根據(jù)新建立的排水溝模型的外邊線提取邊坡坡腳線，進(jìn)行邊坡建模；

原設(shè)計(jì)模型邊坡模型中的護(hù)坡處理、六棱柱磚等模型均未體現(xiàn)，故該部分的模型需要重新建立，利用Microstation將護(hù)坡六棱磚做成單元進(jìn)行匹配放置。

2）排水工程建模（多種類排水溝的影響，交匯節(jié)點(diǎn)的影響）

①依照溝體開挖斷面同樣思路進(jìn)行路線的平縱斷面建模，依照設(shè)計(jì)斷面進(jìn)行橫斷面建模，在橫斷面模板中設(shè)置參數(shù)控制橫斷面變寬變高，實(shí)現(xiàn)溝體的參數(shù)化設(shè)計(jì)。

②按照伸縮縫的要求，20米繪制一節(jié)溝渠，中間留出2cm的伸縮縫。通過把溝渠主體轉(zhuǎn)化成智能實(shí)體之后，使用Microstation進(jìn)行泄水孔的建模。每500米范圍內(nèi)設(shè)置一條檢修步道。

③溝渠的節(jié)點(diǎn)處，使用Microstation的基本功能，畫好面，拉伸、剪切、布爾運(yùn)算等操作，建模節(jié)點(diǎn)的底板、側(cè)墻、頂板、擋土墻等結(jié)構(gòu)模型。然后通過其精確坐標(biāo)系移動(dòng)到對(duì)應(yīng)高程和坐標(biāo)位置上。

④對(duì)于暗溝的傳力桿等細(xì)部構(gòu)件，我們先制作好傳力桿單元，然后通過放置單元的功能批量放置，這樣既實(shí)現(xiàn)了構(gòu)件庫的建立，又保證了文件的輕量化。

3）道路工程建模

①道路基層

道路的平縱橫斷面和溝渠的建模方式一致，不做重復(fù)贅述，道面基層采用線模板的方式進(jìn)行建模。

②路面工程

使用路面的邊線和中線形成一個(gè)地形，然后用面模板的工程把地形賦予路面結(jié)構(gòu)層。

③圍界

采用Microstation對(duì)圍界模型進(jìn)行放樣，然后創(chuàng)建成單元，進(jìn)行布置。

④標(biāo)線

將場(chǎng)道工程的標(biāo)線復(fù)制出來，在CNCCBIMOpenRoads中使用壓印功能把標(biāo)線印到已制作好的道面上，同時(shí)提取標(biāo)線曲面，分別生成底漆和面漆模型。經(jīng)測(cè)試復(fù)核，壓印標(biāo)線精確度符合標(biāo)準(zhǔn)。

⑤鋼筋建模

根據(jù)施工需要及設(shè)計(jì)要求，建立鋼筋節(jié)點(diǎn)、施工縫節(jié)點(diǎn)、變形縫節(jié)點(diǎn)、異性混凝土節(jié)點(diǎn)等模型。

鋼筋部分運(yùn)用Prostructures，常規(guī)構(gòu)件可以通過自動(dòng)拾取構(gòu)件的截面參數(shù)和形狀，并且可以通過不同的形狀自動(dòng)選擇鋼筋的初步布置方式；

異形構(gòu)件主要是解決主筋和箍筋，不管布置主筋還是箍筋，對(duì)于異形體都可以批量的布置，不需要一根一根的去布置；鋼筋的方向，可根據(jù)構(gòu)件提取的導(dǎo)向線來控制。并且可以通過不同的鋼筋顯示模式控制鋼筋：支持單線模式、線框模式、草圖模式、渲染模式。

3.3.2 方案展示和驗(yàn)證

本項(xiàng)目施工場(chǎng)地復(fù)雜，大型設(shè)備與材料物資經(jīng)常運(yùn)輸存在一定交叉協(xié)調(diào)困難，本項(xiàng)目在大型設(shè)備進(jìn)出場(chǎng)及吊裝方案編制實(shí)施前，擬采BIM通過預(yù)先設(shè)立的大型設(shè)備進(jìn)場(chǎng)及運(yùn)輸路線，采用BIM技術(shù)模型進(jìn)行大型設(shè)備進(jìn)場(chǎng)及運(yùn)輸?shù)跹b模擬，驗(yàn)證施工方案的可操作性，優(yōu)化施工方案。

3.3.3 虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)優(yōu)化

基于BIM多專業(yè)合成模型，結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）新技術(shù)手段，制作了整個(gè)工程項(xiàng)目的交互式漫游場(chǎng)景，對(duì)景觀設(shè)計(jì)方案進(jìn)行以下多處優(yōu)化。（1）通過沉浸式漫游體驗(yàn)，驗(yàn)證了橋下廣場(chǎng)的景觀設(shè)計(jì)方案；（2）根據(jù)虛擬代入體驗(yàn)結(jié)果，優(yōu)化了部分浮雕、燈光及綠化的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)；（3）橋梁下部通過以浮雕、綠化覆蓋、夜景亮化等方式優(yōu)化，弱化了與文物本體的正面沖擊，使之與古運(yùn)河整體風(fēng)貌相協(xié)調(diào)。

3.3.4 交通仿真優(yōu)化

建基于BIM模型，制作的項(xiàng)目全景瀏覽鏈接，可以通過分享鏈接在PC端直接打開、瀏覽項(xiàng)目模型。

3.3.5 輔助設(shè)計(jì)及復(fù)核

（1）多專業(yè)協(xié)同三維設(shè)計(jì)

在協(xié)同工作環(huán)境中，依據(jù)項(xiàng)目BIM應(yīng)用實(shí)施策劃要求，搭建項(xiàng)目各專業(yè)BIM設(shè)計(jì)模型，包括道路工程、橋梁工程主體及其附屬的地質(zhì)、土建、管線等，以及工程周邊市政管線、地面交通系統(tǒng)等BIM模型創(chuàng)建。

（2）設(shè)計(jì)方案可視化效果表現(xiàn)

在設(shè)計(jì)方案中，根據(jù)橋梁不同設(shè)計(jì)方案要求，創(chuàng)建相應(yīng)的橋梁BIM模型，以三維可視化的形式展現(xiàn)方案的設(shè)計(jì)理念、思路和細(xì)節(jié)表現(xiàn)，輔助設(shè)計(jì)方、業(yè)主、政府相關(guān)部門協(xié)調(diào)溝通，便于進(jìn)行設(shè)計(jì)方案比選和快速?zèng)Q策。通過可視化直觀方式，看出不同設(shè)計(jì)方案條件下的主橋結(jié)構(gòu)以及周邊環(huán)境之間的相對(duì)空間位置關(guān)系，有助于設(shè)計(jì)人員改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，輔助業(yè)主進(jìn)行方案決策。

（3）工程設(shè)計(jì)方案漫游

以規(guī)劃的項(xiàng)目道路、橋梁BIM模型為基礎(chǔ)，結(jié)合無人機(jī)航拍的周邊環(huán)境模型、市政管線模型及地下建構(gòu)筑物模型，直觀展示工程整體設(shè)計(jì)方案成果，進(jìn)行仿真漫游，虛擬展示工程建成實(shí)景并判斷周邊環(huán)境的影響，尤其是線路與現(xiàn)狀路網(wǎng)及相關(guān)工程的關(guān)系，橋梁匝道口位置、?？空九c周邊環(huán)境的關(guān)系等，在方案階段妥善處理與周邊建構(gòu)筑物的關(guān)系，避免錯(cuò)漏碰缺，輔助設(shè)計(jì)方案優(yōu)化。

（4）碰撞檢查與三維管線綜合

本項(xiàng)目橋梁上部結(jié)構(gòu)中鋼筋及波紋管密集的情況，通過建立鋼筋及鋼束結(jié)構(gòu)BIM模型，對(duì)BIM模型進(jìn)行碰撞檢測(cè)，優(yōu)化設(shè)計(jì)圖紙，輔助現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)協(xié)助方案優(yōu)化，有效減少了鋼筋與預(yù)應(yīng)力波紋管的沖突問題，提升施工效率和品質(zhì)。

（5）工程量復(fù)核

根據(jù)設(shè)計(jì)清單工程量統(tǒng)計(jì)要求，采用BIM技術(shù)手段對(duì)工程土建等工程量輔助統(tǒng)計(jì)，核對(duì)設(shè)計(jì)統(tǒng)計(jì)量與BIM工程量，復(fù)核差異較大的項(xiàng)，提高工程算量的準(zhǔn)確性。

（6）景觀藝術(shù)方案動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)

基于前期方案建立的周邊地表、市政管線等模型，并根據(jù)景觀設(shè)計(jì)方案資料創(chuàng)建景觀綠化方案模型，整合各專業(yè)設(shè)計(jì)方案BIM模型，以三維可視化仿真形式展現(xiàn)橋梁、道路關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)景觀方案的設(shè)計(jì)理念、思路和細(xì)節(jié)表現(xiàn)，輔助設(shè)計(jì)單位、建設(shè)單位、政府等相關(guān)部門進(jìn)行景觀綠化方案協(xié)調(diào)溝通，優(yōu)化和穩(wěn)定景觀綠化設(shè)計(jì)方案。

（7）橋梁裝修效果仿真

基于橋梁BIM模型可快速完成多個(gè)裝修方案模型，對(duì)方案進(jìn)行可視化展示，體驗(yàn)橋梁建成后真實(shí)環(huán)境，有助于方案的優(yōu)化和快速落地。

（8）BIM+VR沉浸式體驗(yàn)

本橋梁為變截面結(jié)構(gòu)，針對(duì)異形漸變結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量控制的難點(diǎn)，結(jié)合BIM模型找出異形結(jié)構(gòu)中關(guān)鍵部位及復(fù)雜工藝工序的最優(yōu)方案，使用“BIM+VR”的形式進(jìn)行技術(shù)交底，提升工程品質(zhì)。

結(jié)語：

綜上所述，BIM技術(shù)在我國現(xiàn)代道路工程建設(shè)中發(fā)揮著重要作用，基于BIM技術(shù)可以高效完成工程設(shè)計(jì)與優(yōu)化，在計(jì)算工程量、攻克施工難點(diǎn)和提高施工質(zhì)量、安全方面具有極為突出的作用，同時(shí)在后續(xù)運(yùn)維管理過程中都能發(fā)揮較大作用。