BIM技术在市政道路与桥梁设计中的应用

董祯保

（云南平捷工程设计咨询有限公司，云南昆明 650228）

BIM技术是基于模型的技术流程，以自身信息模拟仿真系统设计出一个虚拟的数学模型。随着我国对道路交通建设的重视，人们加强了对公路建设工程中采取的施工技术手段和应用材料的研究。我国道路建设团队将BIM技术引入到市政的道路建设设计中来可以合理协调好各个阶段关系，优化道路设计的工作效率，提高市政道路建设的设计和建设质量，最终引领市政道路工程的全新发展。

1 BIM技术概述

BIM（Building Information Modeling），建筑信息模型的应用，由 Autodesk公司在2002年提出，它可以应用于建筑信息的集成化，建筑设计、施工、工程运行等各种信息全部始终集中在一个三维模型的数据库中，建筑设计团队、工程承接施工方、设施运营部等各个方面的参与者都可以基于BIM进行协同合作，以实现提高工作效率、不浪费资源、降低生产成本、实现可持续发展。

通过建立虚拟建筑工程模型是BIM的核心，模型拥有完整的、与实际情况相符的建筑工程信息是采用的数字化技术。此信息库既包括建筑物构件的几何信息、专业属性和状态信息，还包括空间、运动行为（非构件）的状态信息。

BIM技术具有以下五个优势：

1.1 建筑设计过程优化性

建筑设计、施工、工程运营的整个过程是一个在不断优化的过程，而BIM可以在此基础上优化得更好。一般优化的过程受信息、复杂程度和时间三个因素的影响，没有完整准确的信息，做不好合理且符合要求的优化结果。BIM模型可以提供包含物理信息、规则信息、几何信息等建筑物本身存在的信息，还可以给出建筑物经过一系列变化之后的实际存在信息。在建筑物设计复杂程度较高时，团队本身无法掌握的建筑物全部信息，此时必须需要相关的技术和设备的援助。现代的建筑物的复杂程度超乎大多数团队人员的能力极限，而BIM及其所配套的各种各样的优化工具可以将复杂项目优化，使其操作简单。

1.2 建筑设计项目可视化

对于建筑行业来说，运用可视化的场景是非常多的，比如说拿到设计师给出的图纸，各个构件用线条和数据的形式呈现在图纸上，而真正的构件形式却需要建筑行业的员工去想象[1]。BIM技术利用可视化将图纸上的线条和数据以一种三维立体实物图展现在人们面前。虽然现在建筑行业也有类似的效果图，但是效果图除了大小、颜色和位置信息之外没有更多可以表现构件的信息，缺乏构件之间的互动和及时反馈。BIM技术是一种构件之间的互动和反馈的过程进行可视化，可视化的结果不仅可以生成设计的效果图和报表，而且更重要的是，对项目整个设计、建造结果、运营模式进行沟通、交流、讨论、决策都在可视化的状态下。

1.3 建筑设计项目模拟化

在设计阶段，BIM可以做模拟实验来模拟一些设计上需要模拟的东西，例如对日照模拟、节能模拟、紧急疏散模拟、热能传导的模拟。模拟性不是单单只模拟出建筑设计的实物模型，更重要的是模拟在真实世界不能操作的事物。在招标和施工过程中根据施工的组织设计进行4D模拟实际施工，以此来确定安排合理的方案进行指导施工。

1.4 建筑设计与相关工作的协调性

建筑业中的重要内容就是协调，协调是施工单位、业主和设计单位相互配合的工作。在设计当中，常常因为各专业的设计师之间沟通交流不到位，出现专业碰撞问题，如果再实施过程中遇到一些问题，就要组织相关人员进行协调开会，找出施工过程问题出现的原因和解决方案，然后做出变化更正的补救措施来解决问题。BIM技术帮助处理这种问题就体现了协调性服务，它可以根据建筑信息模型在建造前对专业碰撞产生的问题来协调，生成可提供的协调数据。BIM的协调作用还可以应用于解决防火区和其他设计布置、电梯井和其他设计布置及地下排水分布和其他设计布置等各种实际施工过程中的布置协调。

1.5 建筑设计的可出图性

BIM技术可应用于普通常规建筑设计图纸，也常应用于对建筑物进行可视化展示、模拟、协调、优化来使工程表达更完善，并生成专业图纸和深化图纸。

2 BIM技术在市政道路设建筑的应用

2.1 BIM技术在市政道路地势地形的分析应用

在工程项目的分析环节中，利用BIM技术结合具体的数据信息建立相匹配的3D模型来设计市政道路工程。在建立市政道路工程项目模型时，需要分析项目施工地的地形地势、环境因素、测量数据等，包括施工个重要地形点的高程等数据，更重要的是结合整个施工地的初始地形分析，为BIM技术的应用奠定可靠的数据基础[2]。相关的工作人员通过BIM技术对市政道路收集的数据做出相应的模拟，合理高效地控制整个工程施工过程。

以工作人员收集的市政道路的工程数据进行整合，建立工程数据资源信息库，通过软件整合分析，将数据导入工程的信息化模型之中，进而保证市政道路的工程设计可行性的提高，而且避免了各种设计所带来的风险，使道路工程顺利进行施工。

2.2 BIM技术在市政道路设计中的应用

在市政道路设计的应用中主要有以下三个方面：

2.2.1 道路中心线绘制

后续道路设计的基础就是道路设计中心线的设计。为了保障市政道路设计的成功呈现，利用BIM技术对中心线的绘制是很有必要的，参照市政道路设计标准规定的基本要求对圆曲线的长度、规划线位的拟合、平曲线的长度及半径等因素进行优化和改进。

2.2.2 道路横断面绘制

道路工程作为纵向延伸工程，始终的重点都是道路的横断面设计。断面材料的设置可以统计工程量；节点参数的设置可以变宽道路；根据道路等级和使用需求都可以设计车道布置、宽度设计、人行道设置、路面路基结构设计等。

2.2.3 道路纵断面绘制

在补充完断面数据库后还可以对纵向断面分析设计来完善各处相应的断面信息。根据市政道路的地理条件等实际情况，对现存路面的线路文书编制工作进行落实，BIM构建出完整准确的原地面线，相关工作人员根据构建完成的原地面线完成市政道路设计的拉坡线绘制工作。

2.3 BIM技术在市政管线管网中的应用

传统市政管线对于平面分布图、管线综合横断面和交叉节点图只能够表达一个截面或者说是局部的信息，难以整体分析管线综合信息，致使管线的交叉部分不能完整呈现。

BIM技术能够在施工前对项目工程进行模拟预施工，以预施工的方式检测出管线是否碰撞和交叉，对“碰撞点”进行调整，调整后带来的一系列连锁反应即时反馈到项目工程的其他位置，从而在真正施工时规避这些一些问题发生，不会产生调整的盲点和遗漏，保证完整的管线综合，减少因计划变更和返工带来的损失。

市政管线综合当中BIM设计所标注的都是准确标高，施工人员在后期施工的过程中必须严格按照设计标高施工作业，防止因为标注不完整和控制高程的单一限制造成施工效率和质量的下滑。

3 BIM技术在市政桥梁设计的应用

3.1 市政桥梁设计及施工管理的现状

我国现在对于安全设计一直没有明确的规定和标准，设计人员在结构安全的设计过程中没有根据实际的桥梁情况进行设计，只是依据现有的设计规范，没有采取针对性的措施[3]。在市政桥梁的设计中还应该考虑桥梁的环境、承载量、实际状况和使用年限，这些因素都将会影响市政桥梁工程在之后的通行过程中所存在的各种隐患。

市政桥梁工程的设计在各个方面都需要达到精细，其中包括桥梁的高度角度、桥梁的台面尺寸、钢筋和锚块的角度和长度施工、锚块在桥梁建设过程中的放置等等都需要精细的数据。当前的桥梁设计采用的是软件输入数据，没有对桥梁在实际情况中的数据进行校对精确，而施工复杂导致施工图纸中数据偏差过大都会为后期的安全使用埋下隐患。

市政桥梁的设计涉及的专业多、范围广、难度大，每个施工人员都需要对自己所管理的专业和区域以及施工计划进行沟通，但是大多数的施工人员都缺乏大局意识，容易造成施工质量、进度、安全等一系列问题，影响后期的运营。

3.2 BIM技术应用于市政桥梁的方面

BIM技术在前期设计的各种施工参与方的沟通交流中来解决普通二维图纸给出的信息不完整和直观效果不佳的问题，给前期设计的信息交流和设计提供了可视化，提高了项目设计方案的进度。在后期施工过程中通过BIM技术进行模拟桥梁施工出现的问题来提高施工的安全性，因此BIM技术在市政桥梁设计中发挥巨大的效益。

3.2.1 道路和桥梁节点板间关系的检查

错综杂乱的节点在实际的施工过程中会造成施工进展麻烦，因为在实际环境情况的节点造型和分布都没有固定的规律，所以在一般的市政桥梁工程中要考虑实际施工的道路与桥梁之间的各个节点板间关系。

3.2.2 前期设计的可行性

市政桥梁工程由多个领域的专业人员参与，多个参与方只有当达成共识的时候才能保证桥梁工程建设的顺利。应用BIM技术前期设计方案用参数化、数字化、信息化建立三维模型，用三维模拟图形来演示前期设计的效果[4]。而一些方案表面发现不了存在问题，所以很难判断出能否进行实际施工操作，此时，BIM技术将方案模拟化，随着BIM的数据愈精确、细节愈优化就可以使方案中存在的问题明了地呈现在设计人员面前，再对方案改进和完善就能实现方案的可行性。

3.2.3 设计的校验和冲突检查

设计后期需要对前期的设计方案是否满足现阶段对桥梁建设的标准进行核验，这是一个科学全面的核验，以及对设计方案中存在的问题进行纠正整改。比如说前期设计没有考虑一些管道设计或者是部件的设计不完善产生的碰撞问题都可以在BIM模型中得到完美的解决和优化，避免实际施工的矛盾问题。

4 结语

随着我国的基础设计建设逐步完善，我国建筑行业的主要目标将是道路桥梁的建设，这也将是我国经济发展的重要引擎和重要支撑。引进使用BIM技术会有效提高市政道路与桥梁设计的整体施工管理质量，高效地解决道路与桥梁工作在施工过程中的问题，为我国的建筑项目工程管理行业起到一定的帮助作用。