BIM技术条件下的市政道路桥梁设计研究

郑大伟 严 明

（中交第一公路勘察设计研究院有限公司，南京 2 11100）

在市政道路桥梁等城市基建工程项目中，需要对工程的施工环境及施工过程进行全面分析，预判并解决相关项目问题。要达到这一目标，以建筑信息化模型构建为主要形式的BIM技术，在市政道路桥梁设计中大有用武之地。

1 BIM 技术基本概述

BIM 技术即建筑信息化模型技术，主要是采用三位数字建模技术，对建筑物体构建可视化3D 数字模型，然后围绕建筑主体结构及道路桥梁主要节点进行三维动态设计及仿真模拟，进而使工程及建筑桥梁等能够在可视化、系统化及模块化下实现预期设计目标。在国家倡导建造智慧型城市的背景之下，道路桥梁设计及施工需要在理念上有所革新，赋予道路桥梁设计信息化特征，而BIM 技术则有效满足了这一需求[1]。

在具体应用上，BIM 技术在三维模型中将主项及分项工程的设计周期、进度安排、技术参数等信息融入其中，针对道路桥梁项目，在模型构建前的绘图环节，结合CAD 软件的使用，使道路桥梁设计细节更加精细。在BIM技术应用到道路桥梁设计中时，首先要明确道路桥梁BIM 三维模型各构成要素，主要要素如下：桥梁、道路、路桥附属物、地面模型、隧道、地形地貌、房屋建筑等。这些要素先通过实体测绘，然后将要素导入到系统中，使用分割法及归并法进行要素的单独建模，最后整合拼接成为完整模型系统。

2 BIM 技术在市政道路桥梁设计中的技术优势

2.1 算量精确，优化市政道路桥梁工程整体成本

在BIM 技术条件下，市政道路桥梁的工程数据信息可以被获取并在模型中体现，如此就为道路桥梁的工程量计算提供了技术支撑，在路桥设计预算、施工预算及后续管理维保环节可以通过数据参数的类比及调用，提高预算编制的精度，加快施工管理速率，从而优化工程项目的成本支出。具体而言，在BIM 技术下，道路桥梁设计的模式、投资成本、进度等基本信息可以随时从系统模型中获取，通过对这些信息的掌握，道路桥梁工程设计人员可以根据数据参数来对设计理念及施工管理方案加以调整，确保项目在满足设计质量标准的同时，提高项目经济效益产出。

2.2 视觉突出，保证市政道路桥梁工程决策质量

BIM 技术提供的技术解决方案主要借助三维渲染技术及3D 立体化建模技术对工程项目进行解析，这一过程带有较明显的视觉属性，可以为设计人员提供更为直观的设计视野[2]。而在对市政道路桥梁的关键部位，如路基设计、支护工程、桥梁墩台布局、桥梁受力分析等，通过BIM 技术进行建模，这些部位三维渲染会更具精度和速度。外加上BIM 三维模型具备的参数化及数据化功能，可以对市政道路桥梁设计全过程提供决策支持，各个专业板块的设计人员在同一平台上开展设计，可以及时传递设计成果，对信息数据进行实时共享，如此可降低设计失误概率。此外，由于BIM 技术条件为市政道路工程虚拟施工创造了可视化环境，针对市政道路设计及施工中的问题也可以通过虚拟呈现的方式展示，进而为项目各方协同设计及管理做好铺垫。

2.3 弥补传统市政道路桥梁工程设计模式弊端

市政道路桥梁在设计时需要考虑到路桥的寿命周期，在设计关头即考虑到后续维保管理，避免因设计失误而增加路桥安全隐患[3]。传统市政道路桥梁工程设计过程中，存在不结合具体实际盲目套用设计规范及经验的现象，在桥梁构造上数据参数计算不到位，道路桥梁的合理性及可扩展性不足。而在道路桥梁设计图纸编制环节，缺乏多角度及全方位审查措施，一些制约影响路桥寿命周期的参数及因素未得到及时发现，道路桥梁安全隐患事故时有发生。BIM 技术的出现凭借其技术层面的高精度控制优势，在解决这些设计弊端问题时可形成针对性方案，极大提高市政道路桥梁安全性。

3 BIM 条件下市政道路桥梁设计要点

3.1 市政道路桥梁场地选址规划设计中的BIM 技术应用

市政道路桥梁工程在立项建设后，除了在原有路桥基础上进行扩建外，如涉及到新修道路及桥梁隧道建设，首要考虑内容要素是路桥工程场地选址规划。只有合理选择路桥工程地址，才能使市政道路桥梁的交通枢纽作用充分发挥。而场地规划状况也会对市政道路桥梁设计质量产生直接影响。传统设计模式框架下，市政道路桥梁工程场地规划设计主要采用项目勘察人员进入现场勘察获取数据的方式完成，这一规划设计方式一方面需要大量人力物力，勘察设计的效率也受到影响，另一方面采用人工勘察规划设计时容易出现数据参数不精准或存有误差的情况。为此，要使市政道路桥梁场地规划分析兼具效率及精度，可以引入BIM 技术，对规划设计进行补充完善[4]。

相关要点有：第一，BIM 技术对市政道路桥梁工程场地规划进行高精度展现，主要是通过对设计及施工场地范围内的平面元素进行提炼，将其在模型中表示出来，达到一目了然的效果。例如，BIM 可以推进道路桥梁的无纸化设计及施工进程，在规划设计阶段建模，快速清晰地实现信息的传递，项目方可以大幅节约设计时间。在计划表设置，路桥结构制作及架设中，如钢结构状态设计及安装，混凝土浇筑都可以被纳入到模型内。第二，在路桥设计及施工各个阶段场地的布置及转换上，要优化不同阶段场地布置状况，借助地形勘测软件对场地建立模型并做好路桥排水系统及标高系统的策划。例如，在地形中导入标高方格网，为道路排水及标高设计提供参数依据，避免过多挖填方。第三，BIM 技术与地理信息系统的结合应用，可以提高路桥设计的智能化水平，使用BIM 软件模拟道路空间及车流荷载量，可对道路等级及具体设计标准加以清晰展示，避免传统设计思路下可能出现的信息数据不足及精度欠缺问题。第四，在市政道路桥梁规划选址后，需要对路桥周边景观同步进行设计，为了保持工程与景观的协调一致，避免工程对周边生态造成影响，可以使用BIM 技术进行景观模型的构建，为设计人员提供可视化场景。

3.2 市政道路桥梁工程量统计中BIM 技术的应用

市政道路桥梁工程建设体量大，涉及到的分项工程多，整个建设周期内的工程量同步较大，这就给市政道路桥梁工程量统计增加了难度[5]。为解决这一问题，通过引入BIM 技术，可以对市政道路桥梁工程量进行智能批量化统计，然后借助路桥工程算量软件，实现工程量的自动统计，以确保工程量清单准确高效。以BIM 技术为基础而出现并应用的算量软件较多，例如，斯维尔算量软件等，通过该算量软件可以达到算量模型的快速匹配，然后引用相应的计算规则，对市政道路桥梁的数据进行测量，直至形成路桥工程量清单。比如，在道路桥梁混凝土构件工程量核算上，根据BIM 模型，参考构件、清单、选定部位等要素，对道路桥梁工程量进行快速计算，可以辅助工程现场计量人员快速达到提量目的。在道路桥梁坐标高程的计算上，一般在路桥设计图纸上仅仅涉及到关键部位控制点的坐标及数据，如现浇箱梁等，这就需要测量人员做好计算放样，工作量较大，外加上匝道线形通常较复杂，在横坡部位存在超高变化，从而极大增加计算难度。借助BIM 技术条件下的算量软件，如Dynamo，可以在浇筑箱梁支模之前，对现浇箱梁边角控制点等间距坐标加以数据抓取，根据该数据测量放样，在确保坐标正确的前提下，能够省去人工计算的时间成本。在道路桥梁土方计算环节，采用Civil 3D 道路建模，可以结合具体实际情况对松散系数数据进行调整，如此可将土方量直接计算得出，同步得出道路面层、基层、边沟等部位的体积及方量。

3.3 市政道路地下管线设计中BIM 技术的应用

市政道路多位于城市人流集中区域，在城市主要道路桥梁部位，前期市政规划中敷设的管线可能需要在道路与桥梁下方穿越，如此就给市政道路工程设计增加了管线协调的难度，如管线的位置方位设计及高程竖向设计等。这一环节与BIM 技术的结合应用主要体现在如下几方面：首先，在市政道路桥梁初期设计环节，应全面收集有关管线的信息资料，通过详尽的信息资料为地下管线的具体敷设方向、管线类型选择、管线性能规格，如管径大小控制等提供进一步优化的条件。其次，采用BIM 技术对市政道路桥梁施工完成后的管线布局进行先期测绘，这一过程可以通过3D 模拟的方式实现。在对模拟模型进行分析研究后，结合地下管线施工图进行印证。第三，针对市政道路桥梁地下管线的BIM 建模，应把握一定的原则方法，一般应遵循先打后小，自上而下的建模顺序，如此能够降低模型后期修改调整的难度。为了检验BIM 模型的有效性，完成建模操作后应及时开展碰撞检测，记录碰撞检测的参数数据，然后形成完整的报告。第四，在市政道路桥梁地下管线的具体尺寸的测定上，为了提高加工生产效率，降低管线配件的制造加工难度，大幅节约管材成本，也可以通过BIM 技术及监控平台对地下管线各元件的尺寸大小进行调控，确定无误后将尺寸数据交由加工制作技术人员进行统一批量制作。第五，采用BIM 技术着重解决市政道路桥梁地下管线预埋阶段可能出现的质量问题及隐患。例如，通过BIM 技术确定管线预留孔方位及尺寸，能够降低预留孔洞位置不符施工要求的概率，而BIM 技术在查找管线套管漏埋上也较为便捷快速。

3.4 市政道路桥梁综合管廊设计中BIM 技术的应用

市政道路桥梁综合管廊设计及管理维护对整个路桥工程的周期寿命有重要影响。在这一环节中，BIM 技术的应用可以贯穿于路桥综合管廊的设计、施工、竣工等全过程阶段。具体而言，其应用要点如下：第一，在综合管廊施工图设计环节，BIM 技术可以应用于入廊管线施工图设计及管廊廊体施工图设计中。选用BIM 技术进行综合管廊工程建模，参考施工影响因素，得出施工设计图纸，指导管廊施工。第二，在综合管廊施工阶段，BIM 技术的应用范围较为广泛，主要涉及到如下几个方面：①对市政路桥综合管廊施工中所用到的设备元件，如预制构件等进行数量、规模、技术方面的模拟。用3D模型的方式明确管廊预制拼接制作、检验、养护等主要步骤，然后满足质量及技术条件后，开展施工现场的拼装吊装作业。②管廊施工方案的执行及监督，尤其是在技术交接重难点上，使用装有BIM 可视化模型软件的移动终端设备，可以针对设计图、施工图、施工数据参数等进行便捷观察和管理，从而提高市政道路桥梁综合管廊设计质量，为后续的管理维护打好铺垫。

4 结语

市政道路桥梁工程作为城市基础设施建设的重要内容，对城市外在形象有直接宣导作用。随着BIM 技术的成熟，传统市政道路桥梁设计弊端及问题得到得以弥补，为智慧型城市的构建提供了新的技术支撑。在具体应用BIM技术时，应对市政道路桥梁设计的各个环节加以综合分析，在主体构造、设备装置、管线布局等主要方面通过数字化可视化模型加以预判，提高路桥设计质量深度。