BIM技術在城市道路建設中的優勢與應用研究

李 軍

深圳市交通公用設施建設中心 廣東 深圳 518040

1 BIM技術概述

BIM的全稱為Building Information Modeling（建筑信息模型），是科學技術與經濟發展下衍生出的產物，也是新時代工程建設領域的重要技術之一[1]。在BIM技術的基礎上，工作人員可以依據項目建設要求，創設立體性的數字模型，借助3D、4D甚至是5D的信息模型處理方案，通過數字化加工提高工程建設水平。在城市道路建設工作中，BIM技術可以貫穿于工程建設的整個生命周期，符合不同階段建設標準。BIM技術所具備的主要特點就是可視性、仿真性，隨著近幾年BIM技術在工程領域的大范圍應用，各種BIM技術軟件不斷涌現，這就為道路建設工作帶來了便捷[2]。

2 城市道路建設工作面臨的挑戰

在城市化發展速率持續加快的背景下，道路建設工作的難度不斷提升，建設工作所面臨的挑戰也越來越多。首先，城市道路的復雜性與多元性不斷加劇，例如，在城市道路設計中，需要考量的不僅要包含交通需求、建設用地等資源保障和水文地質地形因素，還需要考量城市特點、歷史傳承和周邊社區群眾需求，而這些因素之間又處于相互碰撞、相互影響的狀態，這就需要建設管理人員具有清晰的頭腦與綜合的能力，否則將會使得道路建設工作混亂無序，推進困難，建設進度和質量難以保障。

其次，因為城市中土地資源較為稀缺，道路施工作業需要在有限的場地內展開，這就需要建設管理人員做好總體建設規劃，做好精準計劃與控制，全方位發揮出每一寸土地的作用。同時，城市道路一般處于較為密集的城市環境中，道路建設還應該考量對周邊環境與區域交通帶來的影響，因此建設工作還需要合理調配[3]。

最后，因為城市道路的應用標準持續提升，建設管理工作也應該確保高水平、高效率。這就需要建設管理人員在滿足規劃交通功能的基礎上合理謀劃，做好建設規模和各項指標之間的綜合論證，同時還需要建設管理人員進行科學的項目管理，以此確保道路工程的建設順利高效，避免耗費過多資源。

上述挑戰，都使得道路建設工作成了一個十分復雜與困難的任務。但是在BIM技術的幫助下，建設管理人員可以從“規、建、管、養”一體化著手，設立項目級BIM應用平臺，推行BIM正向貫穿式設計，利用勘查、設計創設的立體直觀模型，在項目前期做好道路選線、保障要素核查、管線碰撞檢查、交通仿真等，在項目建設期做好工程構架分析，采用實時反饋機制，做好建設實施計劃，合理調配建設資源，全面提升建設質量。并且，BIM技術還可以更好地促進團結協作，提升設計與施工之間的協同程度?？偠灾?，要想攻克建設工作中的難點與挑戰，那么就應該發揮出BIM技術的作用，以此實現道路工程建設質量的提升。

3 BIM技術在城市道路建設中的優勢

3.1 體現建設意圖

BIM技術的應用有效實現了立體信息模型的創設，在立體模型的直觀展示下，避免了傳統二維平面建設方式在表現力度上的不足，可以直觀地將城市道路施工完畢后的效果圖進行展示，工作人員也可以更加直觀地看到工程投放應用后的視覺效果，由此可見，將BIM技術應用在道路建設中，可以更好地表達建設意圖。

3.2 模擬分析能力強

在道路建設進程中，BIM技術可以進行參數化建模，從而達成了建設對象的迅速模擬與調節，在BIM建?；A上的路橋、管網、綠化協調建設，有效降低了工程方案中矛盾點與沖突問題，提升建設質量。BIM技術在建設的初始時期，就將道路施工完畢后的效果進行展示，在表現完成整體效果的同時，還可以對其特點全面分析。這樣一來就可以實現建設人員在建設初期看出工作中的不足之處，并立刻對建設方案與設計思路調節優化，這就是BIM技術在道路工程模擬能力的顯現。

3.3 輔助性較強

在經濟發展水平持續進步的背景下，城市框架也隨之變大，道路工程也向著立體性、多元性趨勢前進，這就顯現出了傳統二維建設方式的弊端。區域地質環境復雜、地形高差過大等原因，會導致二維平面建設產生較大誤差；地下管廊的興建關系著多種建設專業，無法協調統一；景觀綠化屬于橫斷面的主要構成部分，但是在二維層面無法顯現出景觀效果。這些因素都將會影響道路建設的實效性與道路工程順利施工。但是，BIM技術的應用，可以借助三維立體模型對工程量精準確定，第一時間幫助工作人員協調各專業、各工種，完美地顯現出工程后期景觀效果，實現施工作業有序開展。因此，BIM技術具有良好地設計、施工、建設管理的輔助性作用，在道路建設中具有廣闊發展前景。

3.4 多領域協調

城市道路建設涉及勘察、設計、施工、建設、審批等多個主體，具有制約因素多、有一定不可預見性等特點，工程各參與主體的溝通成本高，協調時間長。而BIM技術的引進與應用，可以依托三維地理信息模型分析技術，有效打通項目BIM基礎上的資源保障因素核查、工程方案、建設計劃、建設成本、成果模擬、信息管控等環節，實現了工程方案的互動性調節，預先解決了可能產生的矛盾問題，進行對工程建設實施全過程的實時監督，有序協調了工程各個參與主體之間的關系，確保工程的建設更加順利。

4 BIM技術在城市道路建設中的應用

4.1 工程勘察

工程勘察成果是道路設計的重要依據，勘查BIM的應用主要建立在BIM+GIS的數據融合基礎上。利用傾斜（正射）攝影、激光點云、數字地圖測繪成果等建立實景模型，在融合地質信息模型、既有管線模型和規劃控制邊界條件后，擬建道路沿線的空間信息、地質信息和設計邊界條件可做可視化展示，為后續道路設計和方案論證提供數據支撐。

場地仿真模型是在數字測繪地形圖基礎上融合傾斜（正射）攝影、激光點云等建立，能直觀反應工程區域內地形地貌、周邊道路、建（構）筑物和重點區段植被信息等內容。場地仿真模型可以直觀反饋設計方案需要拆遷的建（構）筑物的數量、面積、產權單位和拆遷成本等內容，可以為后續道路設計工作提供直觀選線依據。

水文地質模型是在勘查鉆孔數據基礎上建立，能直觀反應地形地貌、勘察基礎對象（鉆孔、取樣試驗、原位測試、地質調查點等）和地質對象（巖土層、地下水、風化面、不良地質等）的內容，能為道路、橋梁、隧道等結構布置提供重要設計依據。同時，通過地質BIM數據庫積累，也可為后續工程勘察數據的查找、驗證和利用提供方便。

地下管線模型是在管線調查基礎上建立，能直觀反映沿線管線位置、大小、材質、種類等空間及屬性信息，直觀顯示管井位置、深度、附屬物、屬性等信息。在疊加管線專項規劃數據后，可將道路管線設計和管線碰撞檢查工作由傳統平面轉變為立體三維，提供所見既所得的可視化展示。

4.2 道路設計

道路設計較為復雜，需要考量多方面因素，如地形、交通量、環保等，以往所用的設計方式一般為設計人員手動計算、繪圖，不但耗費大量時間，也容易產生設計失誤。通過BIM技術的使用，設計人員可以快速創設出一個立體精準模型，涵蓋道路設計所有信息，如勘查BIM+GIS模型的三維地形、水文地質信息，匹配地形的平縱橫及豎向設計，沿線道路、橋梁、隧道和立交設置、配套管線等。借助BIM技術中的EICAD軟件可分別設定道路中心線和各項線性參數，在確定道路設計中橋梁、隧道和立交的參數信息后，設計人員可以利用BIM技術中的3D軟件，創設全參數化的道路BIM模型。

道路BIM模型為設計人員提供的立體三維視圖，使設計者可以清晰掌握道路設計的實際形狀、特點和設計參數，精準描述設計內容。模型中信息的互通互聯，在做某一位置的設計改變時，能實現實時動態調整和進行交互檢查。道路BIM模型中的參數也能根據情況反復修改與調整，可有效提高設計速度和設計質量。

更關鍵的是，BIM技術可以展開多元化模擬與分析，如交通量分析、安全性評價等，這些分析成果可以為道路設計提供有力依據。同時，設計BIM的應用還可以積累BIM構件庫，為推行全行業的標準化設計打下堅實基礎。

設計模型的輕量化展示也是BIM應用的重要組成部分，BIM的輕量化展示可以將設計成果直觀的呈現給受眾，跨越專業鴻溝表達設計思想和設計理念。通過整合BIM+GIS設計模型、視頻和文字，BIM的輕量化展示不僅可以應用于各種溝通匯報場景，還可以使得受眾在電腦端、網絡端流暢加載瀏覽，為道路建設的信息溝通和建設決策提供有力支撐。

4.3 計量統計

BIM技術有著良好的信息收集與分析能力，可以持續性收集道路工程中的相應資料與施工建設階段形成的信息，并在海量資料中精準提取重點數據，分類輸入至信息庫，根據運行規則完成施工量統計以及信息核算工作。以道路項目中的土方量計算為實例進行說明，如若使用傳統的統計方式，那么工作人員應該預先計算出土方量近似數據，在微積分原理的基礎上模擬斷面面積，最終得到斷面體積與土方量，計算的精準性較差，容易出現嚴重的失誤問題。但是如若應用BIM技術，則可以在軟件中創設DEM數字模型，計算原始地面與建設地面之間的體積差，形成橫斷面采樣線，在實測信息坐標數據與建設高程的基礎上形成三角網，計算網中各個三棱柱的填方量、挖方量。這樣一來大幅降低了失誤問題的出現幾率，提升了建設精準度。

對各類估算、概算、預算變更、結算等環節進行管理，提前預警，同時做好經濟指標的控制與分析體現BIM對關鍵路線的管理與展示、關鍵工序變化對工期的影響；完善安全管理模塊，拓展安全生產上的應用點，不斷完善風險一張圖，對施工專項安全方案要應用BIM技術模擬施工及技術交底；打造應急指揮模塊，加強數據模型分析，實現全域感知、風險預警、智能決策和應急指揮；完善驗收管理模塊，掌控各類驗收完成情況；完善預警管理模塊，自動對各類質量、安全、投資、進度、信用等監測指標預警；完善信用管理模塊，對從業單位及人員的不良行為、工程造價、招投標、用工實名等信息數據進行監管，建立與履約模塊之間的自動關聯與預警研究BIM輔助計量模塊，實現BIM技術在工程計量上的應用。

4.4 施工應用

施工BIM應用主要在場地仿真模型、工程計量、圖紙復核、施工方案模擬、可視化進度和質量管理、無紙化施工和成果宣傳等方面。

場地仿真BIM模型是集成了設計BIM、施工場地布置和場地仿真視頻的綜合性模型，內容還包含了可更新的傾斜攝影實景、征地拆遷情況和周邊環境控制因素。場地仿真BIM模型是施工BIM應用的核心，其仿真視頻可完整體現周邊環境與新建工程的關系。

工程計量、圖紙復核和施工方案模擬是施工BIM應用的重要場景，工程計量方面不在贅述。圖紙復核是利用BIM模型對道路、橋梁和隧道結構進行復核，對管線設計進行碰撞檢查。方案模擬則是在BIM模型基礎上設定進度參數進行模擬施工，檢查排除施工節點碰撞，合理的制定施工方案和施工計劃。

可視化進度和質量管理也是施工BIM應用的重要組成部分，通過施工BIM對施工進程的實時跟蹤，可實現施工進度的可視化管理。在施工BIM上集成工程材料、機械、人工和檢驗檢測數據后，通過數據分析可對工程各構件的施工質量進行精準管控。除此以外，BIM模型還可以形成詳盡的圖紙與材料清單，為無紙化施工作業奠定了基礎。特別是在設計變更后，BIM模型和相關信息可以與設計圖實時同步更新，能有效提高施工效率和工程建設質量。

成果宣傳也是施工BIM應用的場景之一，施工BIM成果的宣傳除了建筑模型、場地模型、視頻、VR模型等內容的BIM成果展示外，還可以包括360°全景效果圖、鳥瞰圖、局部景觀圖、PPT、漫游視頻動畫等內容，施工BIM成果的宣傳展示能有效將建設期間的實時信息傳達給建設管理者和關注群體，有利于道路建設的協調推進。

4.5 建設管理

建設管理的BIM應用主要圍繞著工程建設過程的可視化管理展開。首先通過項目級輕量化BIM平臺對多源異構三維數據（BIM、實景和影像）進行疊加融合，利用模型輕量化和數據分層加載技術實現在線展示及交互操作，如在BIM模型上進行剖切、壓平、測量、旋轉和漫游，調閱查看模型構件的尺寸、工程量、材質等屬性信息等功能。

其次通過單元劃分和模型構件的關聯，融合工程建設進度、質量、安全、變更等數據，著色BIM模型展示當前施工進展、產值進度、質檢驗收、工程變更、危險源分布、征地拆遷、林地綠地占用等業務信息。

最后利用BIM+GIS平臺，融合接入的物聯傳感數據，分類展示工地實景、人員、設備、施工（結構）、環境等實時監控信息，管控施工現場及施工生產動態。同時，接入路基、路面、橋梁、隧道等施工作業前場設備信息，整合拌合站、裝配式部品部件及預制構件廠、鋼筋加工場、數字質量試驗檢測等生產管理和溯源數據，對接入的數據信息進行建模分析，實時評估施工狀態，實現對工程建設過程的可感知、可計算、可分析、可溯源和可評價，全面提高建設質量。

5 結束語

綜上所述，BIM技術的應用可以更好地提升城市道路設計、施工水平，提高道路建設工作的整體質量。同時，BIM技術的應用也可以為后續的工程驗收、移交管養和運維工作創設全面高效的平臺。雖然我國對于BIM技術的應用與研究起步較晚，但是在科學技術與社會經濟發展進步下，BIM技術在城市道路建設中的全面推行是必然趨勢，相關工作人員也應該積極學習先進技術，充分認識到現階段的不足，加大對BIM技術的研究力度，不斷探索BIM技術與道路建設之間的契合點，充分發揮出BIM技術的價值效用，全面提高道路建設成效。