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对BIM技术在市政道路工程全过程管理中的价值研究
冉茂亮，曹李圆
（四川同兴达建设咨询有限公司，四川 成都 610000）
摘 要：市政道路工程具有工期短、地下管线复杂、投资巨大、对周边环境影响大的特点。 伴随社会经济的转型发展和宜居型城市的建设，市政道路建设也逐渐向快速、绿色、友好方向发展。 BIM技术的可视性、协调性、模拟性等特点为市政道路工程的全过程管理措施提供了一些参考。
关键词：BIM技术；市政道路；模型创建；优化设计
1 市政道路工程的现状
伴随国家中心城市的出现，城市虹吸效应等的影响，一线、二线城市的规模也在成倍地扩张，各类公共交通设施的日趋完善，私家车数量急剧增加，使得大城市人们的活动半径从之前的5km左右延伸到如今的50km左右，生活和工作的节奏更加紧迫，对道路的通行要求越来越大。
由于以往城市的建设过多地考虑人口控制，经济规划和发展意识不够，交通规划体系的宏观研究缺少超前性，综合交通的信息化建设滞后，工程建设领域的信息化建设甚至比农业领域还落后。城市交通体系是由人、车、路、给排水管网系统、环境等一系列因素构成的有机体，是具有体感度和生命力的人居空间，怎样构建宜居舒适、安全快捷、绿色和谐的城市道路交通体系显得尤为重要。同时，这也是下一代城市空间建设和吸引力提升的发力点。
2 市政道路工程的特点
据我国《城市道路交通规划设计规范》GB50220——95 的要求，我国城市道路分为快速路、主干路、次干路和支路四类。城市道路交通体系存在很多建设特点：施工用地紧张；阻断既有交通体系，必须进行交通疏解方案论证；在通过郊区跨越公路、铁路和通过商业区、居住区等路段进行上下交通无缝衔接等方面存在设计困难、施工难度大的问题；存在着军用光缆、给水、排水、燃气、通信电缆等综合管廊建设和融合问题；基于海绵城市建设的排水系统改造问题；城市景观绿化效果展示问题等。
BIM作为科技发展的最新成果，如何运用BIM技术，给工程界带来新的变革。结合BIM技术的特点，将道路工程作为研究对象，通过对具体方面的应用进行分析，明确认识到BIM技术能够很好地满足道路工程在新时代的要求，推动道路工程建设的全面发展。
3 BIM技术及其优势
在传统的市政道路设计当中,主要是利用CAD的二维构图技术来对整体工程进行设计，其特点是一种将复杂的三维空间构图转化到了二维空间之上。这种构图虽然在设计过程中会比较简便，工作量相对较小，可同时会导致一部分数据出现丢失的情况，并对工程实际情况没有准确的描述。而BIM技术是一种三维数据处理系统，它能够将工程设计之中的各个步骤给予完整的表现,并可以搭建起一个模拟模型,使得施工方和投资方人员能够更直观地观察到工程完工以后的形象，这样就能够最直接地表达工程设计的意图。同时,对于各子模型数据划分的越仔细,其能够表达的设计意图也就越充分。在设计过程中,由于BIM技术可以进行自定义参数的设计,因此对于复杂的设计内容也能够进行准确的描述。在传统工程项目之中,其所涉及到的施工技术较为单一,设计意图也比较单一,因此能够利用二维方式来进行表达。但是现代市政道路工程的设计极其复杂,必须要通过BIM技术予以表现。
4 市政道路工程项目管理中的BIM价值体现
4.1 项目概况
羊西线（蜀西路、西芯大道一线）道路改造工程（以下简称羊西线工程）位于成都市，起于三环路羊犀立交，止于成灌高速绕城节点。该工程是连接成都市中心城区与高新西区、都江堰市的一条重要市域快速通道，是成都市构建的“三环十七射”市域快速路网重要组成部分，也是成都市通往川西的旅游黄金通道。该工程设置主线下穿隧道2座（现状金科南路下穿、新建天河路下穿）、新建支线下穿1座（迪康大道支线下穿）；主线上跨桥2座（上跨土龙路、金粮路），上跨桥及隧道总长2.74km；信号灯控制平交口4处；新建人行过街天桥7座，迪康大道节点慢行地道1处；慢行过街系统总计13处；涉及轨道线路有规划9号线2期、规划28号线、规划12号线，以及在建有轨电车2号线和现状铁路西环线。
4.2 临建场地规划
在项目实际施工的时候,施工现场的施工车辆和施工人员较多,如果施工材料堆放在临时通道,可能导致交通拥堵,给施工现场带来巨大的安全隐患,不利于施工现场安全文明的保证。该工程利用BIM技术将临建驻地与场地进行三维化建模，更加直观、高效地进行布置规划，在不同的环境条件下对临建场地进行模拟，综合各阶段的场地位置变换及调整，利用场地模型对场地建设进行模拟分析，避免重复布置。临建场地规划如图1所示。
图1 临建场地
4.3 道路建设模拟
BIM技术在市政道路建设中发挥着至关重要的作用，其以道路信息及相关数据为基础，通过建立建筑信息虚拟模型，使用Autodesk Civil3D，可以核对线路逐桩坐标，实现道路空间的模拟、车道组件的精准应用，确保市政道路设计方案实施的合理性。
4.4 规划分析
规划分析是市政道路设计前期的重要环节，其设计优劣会对后续市政道路的设计质量产生重要影响。但传统的场地规划设计主要是通过结合勘查人员所得数据来进行主观分析，精度和效率不高。本工程运用BIM全专业模型，将进度、安全、预制生产等重要信息与模型相挂接，有利于解决传统市政道路规划中存在的信息数据量大、主观思维因素比较严重以及数据分析不准确等问题。尤其是应用BIM系列软件模拟城市道路空间，通过3D可视化手段形象表达业务内容，在增强城市道路规划的智能化和精确性的同时，为管理者做出更合理的决策提供可视化、数字化的分析工具。
4.5 优化管网
羊西线工程新建有雨水、污水、给水、电力、燃气、通信等多种管线，且既有管线复杂，均为地下隐蔽工程，涉及多专业协调，传统设计模式下碰撞检查工作量大且容易出现纰漏。利用BIM技术优化设计思路，可以从专业的角度对碰撞问题进行分析，帮助设计进行完善，以彻底消除管线碰撞。
由于地下管网各专业工作面重合，存在大量交叉作业，传统施工过程各个专业管线施工顺序难以合理安排，容易出现返工。BIM技术还具有较为明显的可视化和优化功能，以明确施工现场的实际情况为基础对项目设计进行优化，本着自下而上的实际施工顺序，对原有的管网和市政管网进行模拟，对不合理的位置进行分析，采取有效的措施加以解决，只有这样才能有效避免地下管网作业的冲突问题。管网模拟如图2所示。
图2 BIM市政道路管网模拟图
4.6 无人机倾斜摄影模型技术
4.6.1 技术原理和优势
倾斜摄影测量技术作为新兴起的高新技术，倾斜摄影测量相较于传统测量，在技术上有巨大优势和潜能。与传统的正向摄影不同，为了配合后期空三算法的实现，其在摄影作业时对待测区域有五个角度的图像获取。通过搭载于飞行平台上的拍摄设备，分别从一个竖直方向、四个相互垂直的倾斜方向（倾斜角一般为 45°）来获取待测区域的图像资料。
在倾斜摄影作业过程中参与人员较少，减少了人力投入及与之伴随的误差。它充分利用了现代计算机的优势性能，解放了许多传统测量的生产力，工作环节对人员需求减少，工作、保养和成本普遍低，降低了三维建模尤其是大范围的区域模型重建的成本。倾斜摄影测量技术具有获取影像全面、获取速度快、后处理自动化程度高等特点，在市政工程管理全过程的应用的潜力无限大。
4.6.2 无人机倾斜摄影模型技术中的土方算量
倾斜摄影模型利用Context Capture View软件平台可以进行单体或者土方的长度、面积和体积的量取，还可以核算土方工程量。传统的土方计算方法存在计算量大、计算精度不高、数据量大等缺点，从地形测量到土方计算结果的获得，人工成本和时间成本都将大大降低，同时测量的精度也会比传统测量方法要高许多。运用倾斜摄影实景3D模型的方法模拟土石方开挖与回填，在直观有效地开展土石方的挖运分析与运算基础上，做到土方平衡计算的精确化与精细化，可节约解决争议的时间，对项目成本管控发挥重要作用。倾斜摄影采集的正射影像可以结合 Global Mapper 生成地形三维等高线，并与 BIM 技术相结合从而实现地下室基坑土方工程量的计算，在计算精度满足要求的前提下，极大地提高了工作效率，为工程场地平整规划、场地布置、土方工程量计算等方面的应用提供技术指导。
4.6.3 无人机倾斜摄影模型技术中的模型整合
倾斜摄影模型可以在LSV平台中与BIM模型进行整合，利用地理场景配置，通过动态效果演示，对三维场景进行可视化情景再现或者预案推演，方便差异化对比分析，利于选择最佳方案。通过多方协同推进模型设计工程，也有利于工程建设过程中开展可视化交底、标准化场地布设、图纸会审、现场查看及验收汇报、现场施工作业指导等工作。倾斜摄影模型与BIM模型整合如图3所示。
图3 倾斜摄影模型与BIM模型整合
4.7 动迁分析
运用BIM和倾斜摄影技术进行建模，可实现道路设计与区域实景的有效结合，方便查询土地、不动产等资料，在规划与设计阶段能够定量计算出道路施工时需要拆迁的地块与建筑，并进一步评估拆迁面积、影响人口数量等，以便提前做出决策，采用最优方案，为动拆迁工作提早做好准备，合理降低市政道路建设的时间和经济成本。道路动迁分析如图4所示。
图4 道路动迁分析
5 结语
为了更好地将BIM应用于市政道路项目的全过程管理中，需要精心策划，标准先行，注重过程管理。BIM技术在市政道路建设中可以提高建设质量、降低施工管控难度、提前发现图纸问题、优化管综设计，但在各工种的协同合作上力度不足。在未来BIM发展中，要大力探索BIM技术与全过程工程咨询的融合，提升BIM在全过程管理中的价值，推动我国建筑行业的发展逐渐朝着更加积极的方向发展。
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