BIM技术在市政道路设计优化方面的应用分析

伴随着城市道路工程的不断发展和完善，城市道路工程的建设项目越来越多。在常规的市政道路设计已经不能很好地适应城市道路工程的实际需要的情况下，大力推进BIM技术在城市道路设计流程中的操作运用，有着十分重大的实际意义。1BIM技术综述BIM技术的核心思想是通过信息技术和建筑行业的不断发展而产生的一种新型建筑设计及建造模式，即利用信息技术对建筑工程进行信息化管理，使建筑工程项目中的设计、施工、运营和维护等各个阶段达到信息共享。BIM技术主要包括信息模型、信息数据库、信息管理平台和应用软件等四个部分。它将工程项目中的所有设计、施工等数据进行整合，并将工程项目的各项信息融合在一个统一的数据库中，从而提高工程项目的质量，缩短施工工期。1.1信息模型BIM技术的核心在于将建筑信息通过统一的数据模型进行表达，使之成为具有真实属性、相互关联并能够对建筑项目全生命周期进行模拟和优化的一种数字化表达形式。其主要包括：1)几何信息模型，主要表示建筑的位置、尺寸、构造等基本信息；2)结构信息模型，主要表示建筑的各种构件及其组合关系；3)施工信息模型，主要表示建筑的施工顺序、材料供应、协调关系等[1]。1.2信息数据库信息数据库是指建筑工程项目的所有相关信息数据，包括：工程项目中的设计方案、施工图纸、工程量计算等。BIM技术可以将各种数据进行整合，并以统一的格式存储在数据库中。各参与方都可以通过BIM系统对信息进行提取、更新和管理，并根据需要，对信息进行加工和处理。1.3信息管理平台信息管理平台是一个综合信息管理系统，其功能包括：组织结构管理、信息集成、工作流引擎、标准管理、应用服务平台等。BIM信息管理平台通过对建筑工程项目中的设计、施工、运营及维护等各个阶段数据进行整合，从而实现对建筑工程项目的综合管理，提高建筑工程项目的质量。目前，BIM技术已经在我国广泛应用于工程项目的设计、施工和运营阶段，在实现工程项目信息化方面发挥了巨大作用，它也是建筑业发展的必然趋势。1.4应用软件BIM技术的应用软件主要包括BIM设计软件、BIM施工模拟软件和BIM运维管理软件。BIM设计软件是进行BIM设计的基础平台，主要用于在BIM模型中进行各种建筑信息的提取和应用。BIM施工模拟软件是为了解决施工项目中存在的问题而开发的，通过对施工过程进行模拟，实现工程项目设计与施工的信息整合。BIM运维管理软件主要用于对工程项目实施全过程、全方位的维护和管理，对工程项目运行过程中出现的问题进行分析，从而提高工程项目运行效率。2BIM与相关数字化技术应用2.1GIS（地理信息系统）技术GIS提供地理空间信息，BIM提供了建筑物和基础设施的三维模型。通过将BIM和GIS整合，可以实现空间数据和建筑模型的融合，从而更好地分析和管理建筑物在地理空间上的位置和关系。例如，在城市规划中，可以利用BIM和GIS相结合的技术，进行建筑物的可视化分析和空间冲突检测。2.2IoT（物联网）技术IoT可以将传感器和设备连接到互联网，实现对建筑物和基础设施的实时监测和控制。通过将BIM和IoT整合，可以实现建筑物的智能化管理和运维。例如，可以通过传感器和设备收集建筑物的实时数据，然后将这些数据与BIM模型进行对比，以实现建筑物的智能维护和优化[2]。2.3虚拟现实（VR）、增强现实（AR）技术利用VR技术，可以在建设项目的初期阶段就对建筑模型进行虚拟漫游和可视化展示，帮助设计团队和业主更好地理解和评估设计方案。还可以对市政道路工程的现场施工进行模拟，更直观的对施工现场进行分析，得出相应的数据逻辑关系，进而帮助工程制定合适的施工方案。3BIM技术在市政道路设计中的优点3.1精准展示项目设计方案BIM技术可以通过三维建模和可视化展示，将道路设计方案以更直观、生动的方式呈现出来。设计师可以通过BIM软件在虚拟环境中创建道路模型，并在模型中添加各种要素，如道路线型、标志、交通设施等。可以更直观地传达道路的整体布局和设计效果，从而更好地进行设计决策和方案优化。3.2工程量的计算更精确传统的工程量计算方法依赖人工，效率低下且易出错。而BIM技术通过3D建模，能直观呈现建筑物细节，精准模拟施工过程，从而更准确地计算工程量。此外，通过将BIM模型与时间、成本等信息结合，生成数据分析图表，可用于预测项目成本、制定预算计划、优化施工流程等，为项目团队提供决策支持，使工程量计算更为精细和全面。3.3提供强有力的模拟分析BIM技术允许设计师进行交通模拟和地质模拟分析。交通模拟技术可以在虚拟环境中模拟交通流量、车辆通行以及人行道等方面的情况，从而预测和评估不同设计方案在交通方面的性能，进而优化道路设计、提高道路的交通效率和安全性。例如，设计师可以通过模拟不同时段的交通流量来确定最适宜的路宽、车道数量和交通标志位置等[3]。此外，我们还可以运用BIM技术对地质状况进行建模和模拟。通过这种模拟技术，设计师可以更加直观地了解地质结构、土质类型以及地下水等情况，从而确定适宜的路基处理方案、排水系统设计等。进行地质模拟可以大大提高道路设计的精准性和可靠性，有助于提高设计质量和整体效益。4探索BIM技术在市政道路设计中的实际运用随着城市建设项目的多样化发展，市政道路的设计工作变得越来越复杂。为了适应城市发展，BIM技术提高市政道路设计效率、减少错误、优化施工过程和提升运维管理水平并促进BIM技术在市政道路建设中的高效应用，这具有重要的实际意义[4]。当前市政道路专业常用BIM设计软件为Autodesk公司的Infraworks、Civil3D、Revit系列软件及Bentley公司的ORD系列软件。本文以成都市草金路改造工程为例，基于Autodesk系列设计软件，分析BIM技术在市政路桥规划设计中的应用（如图1所示）。图1草金路BIM模型总装图4.1项目简介草金路为起于三环的快速路，往外延伸为成温邛快速路。本次改造范围为成温邛快速路二环，全长约14.4km，结合在建的地铁17号线统筹实施。改造内容主要包括道路、交通工程、桥隧工程、管线工程、照明工程、智能交通工程、景观化绿工程等市政配套工程。4.2技术路线与传统的二维设计相比，基于市政道路BIM正向设计在路线规划时便结合范围周边区域的三维数字地形（条件充分的还可使用倾斜摄影实景模型），直接在三维环境中进行可视化设计。这不仅能为设计师提供直观的现状效果，方便进行多种设计方案比选，还能实现参数的精准计算和调优，使方案汇报与修改变得更加便捷[5]。4.2.1概念设计概念设计阶段，利用Infraworks软件自动读取卫星地图，生成三维地形，还可载入倾斜摄影实景地形，让我们在真实的三维环境中快速建立道路和桥梁的概念模型，并快速放置护栏、路灯、标线等附属设施。通过实时变换工程量，方便估算造价，为方案比选和业主决策提供了极大的便捷，从而提高了设计效率并降低了设计成本。4.2.2方案设计在方案设计阶段，直接将Infraworks软件设计的路线信息导入中预先导入Civil3D，获取道路中心线的平曲线、竖曲线要素和坡度、坡长等指标，根据提取的原始地形，通过构件编辑器，对路缘石、挡土墙和放坡等进行道路横断面详细设计，不仅节省了外业测量的时间，还提高了设计质量。通过导入的标准，可以自动检测设计是否符合规范，从而避免了手工查询的繁琐过程。4.2.3施工图设计在施工图设计阶段，将道路方案模型导入Revit软件，设置中心模型，并在此基础上完成桥梁、景观等其他专业的协同设计，完成整个项目的细节设计与构件建模。通过模型，截取桥梁横断面，完成桥梁专业部分图纸直接输出，减少出图工作量，提升设计效率。4.2.4设计校审本项目为改造项目，工程涉及专业多，项目现状复杂。在模型总装阶段，还需要进行碰撞检测，以减少出图错误，确保工程的合理性。为了优化检查流程、节约时间和人工成本，我们利用BIM轻量化技术导出各个专业的设计模型，结合场地现状模型进行碰撞检查。在设计阶段就快速检测出潜在的冲突，避免在施工过程中出现相应问题而导致返工与浪费。同时基于模型，导出项目工程量，作为造价专业计算的辅助依据。提高了项目的设计质量。4.3项目的BIM技术拓展应用（1）基于VR+实景倾斜摄影技术的方案策划决策利用VR技术虚拟环境，结合三维实景模型，精准高效地完成项目场地模拟，对方案的合理性与科学性进行可视化分析，对项目重点、难点、高风险点方案进行决策。（2）基于BIM+实景倾斜摄影技术的智慧规划通过Dynamo完成结构计算模块化工具编写。自动读取桥梁模型结构数据进行计算，提高设计及计算的效率，同时计算结果可写入模型中作为后续应用（如配筋计算）的数据使用。相比传统二维设计采用Excel表格输入数据进行计算，BIM正向设计能够更充分更全面的对数据进行利用。（3）全过程全专业的协同设计通过服务器作为中转站，将中心文件放置在服务器上，实现信息的实时传递，保证每个人都能及时获得最新的设计图纸，大大减少了各专业间提资料的等待时间。同时设置中心文件的方式保证了模型文件和版本的统一，减少了模型版本的混乱，文件便携且不易出错。（4）专业族库构建对桥墩、桥台、路缘石等需要定制族的构件，进行族库的建立。然后完成对相应的构件的添加、替换（如图2所示）。图2道路桥梁构件族库5BIM在实际运用中的阻碍与优化措施BIM技术拥有强大的模拟分析能力、高精度协调性以及多领域协同等众多优势，然而，BIM技术在具体应用中也会遇到一定的阻碍：（1）人才缺乏：当前，BIM技术已广泛应用于住宅建设，但其应用于城市道路设计的相关技术尚处于摸索与研究之中。BIM技术在道路设计中的应用也尚未普及，目前的道路设计人员难以运用BIM正向设计完成工作任务，通常需要单独配备BIM建模师基于二维设计图纸翻模。优化措施：提供培训和教育，提高团队成员的BIM技能和知识水平。可以组织培训课程、研讨会和工作坊，以帮助团队成员掌握BIM技术和工具的使用。（2）文件格式不统一：由于市政项目参与专业众多，目前尚无一款BIM软件支持所有专业完成设计。因此，设计师需采用多种BIM设计软件，完成项目设计工作，而文件输出结果的格式并不一致，在不同的软件或者是在不同的版本之间，都会出现数据无法进行正常的传送的问题。优化措施：行业协会牵头，完善三维设计体制机制，建设市政行业统一数