基于BI M技术的市政道路设计研究

赵晶宇，李聪

（1.湖南省建筑设计院集团股份有限公司，长沙 410000；2. 长沙市公共工程建设中心，长沙 410000）

1 引言

BIM 技术起源于美国，并逐渐传播至欧洲、日本及韩国等发达国家。现如今，BIM 技术应用在发达国家已相对成熟，呈现出科学研究创新潜力与实战应用能力均较强的特征。BIM技术在我国的应用时间相对较晚，但现阶段BIM 技术在我国的研究进程和推广速度呈现出异常迅猛的态势，且研究成果的先进水平已接近发达国家。相较于现有研究，本文从道路横纵断面、结合管网综合铺设等市政道路设计环节入手，为市政道路设计效果的优化提供理论指导。

2 市政道路设计中BI M技术应用要点

将BIM 技术实际应用于市政道路设计中时，涉及多方要点，只有充分把控每个要点，才可满足技术应用效果提升的目的。具体而言，BIM 技术在市政道路中的应用要点主要体现在以下层面。

2.1 准备工作

准备工作是市政道路设计中必不可少的环节，在准备环节需明确市政道路项目中BIM 技术的具体应用思路（见图1）。

图1 市政道路工程BI M技术的应用思路

2.1.1 资料对接与模型构建

在开展市政道路设计前，应以BIM 技术的实际应用需求为基准，完成相关资料的收集，包括图纸、合同文本、市政道路设计任务书及设计说明类资料等，在此基础上对市政道路的建设条件和BIM 技术在其中的应用思路加以明确，为后续工作做好铺垫。

除此之外，相关技术人员还需以市政道路的工程设计方案为依据，同时落实勘察或监测道路施工现场的工作。为充分发挥BIM 技术效果，在市政道路设计期间可借助该技术搭建协同优化设计模型，从而达成全面控制市政道路整体布局的目标。在协同优化模型中，应融入若干模拟板块，从而保证模型功能，一般而言，需涵盖管线综合碰撞检查模块、设计图纸审核模块、三维信息存储模块等，同时借助BIM 技术数据库功能，在市政道路工程项目正式开始前导入所需数据，同时对每个模块的内容进行存档保留，为后续验收工作奠定基础[1]。

2.1.2 地形图绘制与处理方法

在市政道路工程项目设计期间，常需借助地形图这一重要依据，将其效能进行有效发挥，一般来说，市政道路项目及其周边地形勘查工作需安排专业化的测量人员开展测量工作，之后将测量结果转变为二维地形图或三维地形图，并将生成的地形图提交给市政道路项目的设计人员，为其设计工作提供参考。但是，为有效避免地形图中存在形式各异的地形数据或错误信息及混乱图层，防止增加数据处理期间的工作量，设计人员需通过BIM 技术对地形图进行处理，使之成为更完善的带高程三维地形，在此过程中需借助Civil 3D 软件中的相关功能。

在生成此类三维地形过程中，可依托Civil 3D 软件中的“地形点赋值”功能，将市政道路工程场地的高程信息输入高程点，或依托“转换文本点”功能，使地形图文本转变为高程信息，最终建立地形曲面三维模型，在该模型中需将粗差点予以剔除，对高程进行分析，实现高程线的精准定位。

2.2 市政道路横纵断面设计

对BIM 技术的可视化优势进行研究后，在市政道路设计时需对道路路面的横纵组合效果进行考量，从而有效降低道路不协调现象的发生概率。在常规的市政道路中，其横断面存在多个组成要素，如图2 所示。

图2 常规市政道路横断面构成要素

借助协同模型的可视化窗口，可达成市政道路路基纵面和平面信息显示的实时化，同时，可视化窗口还具备单独命令待选功能，从而实现更改和设计市政道路横纵断面参数的目标。在可视窗口中，纵视图分布于右上角，平面视图分布于左上角。这之中同样涵盖自然地面线的标高信息与市政道路的桩编号位置信息。就实际情况看，在对市政道路的横纵断面进行设计时，若桩编号的分布位置与约束规则不相符，将造成路基填挖合理性不足。为避免此类现象发生，可借助曲线极限最小半径对横断面的规范标准予以确定。在具体测量期间，控制平面距离的难度较低，但纵断面的控制需面临较多困难。在这种情况下，为优化设计效果，可借助BIM 技术模拟市政道路的动态行车轨迹，同时将道路设计优化标准设定为最佳行车视距，防止产生较大的填坑或挖坑情况。在实际生活中，车辆在行驶期间存在凹、 凸两种类型的竖曲线，当曲线半径较小时，将对行车人员的视线产生阻碍，即出现视距安全问题。基于此，计算凹曲线和凸曲线的极值半径能较好地控制视距安全问题，曲线极值半径计算可采取如下公式：

式中，q凹为凹形曲线极值最小半径，m；t为市政道路工程项目施工期间出现的离心加速度，m/s2；r为视距曲线长度，m；q凸为凸形曲线极值的最小半径，m。当凸形曲线长度超出视距时，采用式（2）进行计算，当凸形曲线长度小于视距时，采用式（3）进行计算；ω为视距与曲线之间的夹角，（°）；e1为视距曲线中凸形曲线的长度，m。

以差异化的曲线极值最小半径作为依据时，能对市政道路设计期间的施工速度进行有效控制，从而使市政道路投入使用后，驾驶人员的行车视觉环境更加舒适。在对市政道路的横断面宽度和高度进行计算时，将道路行驶车辆的视距曲线作为标准，一方面可保证市政道路的设计与建设效果满足优化规范，另一方面，还能在最小纵坡和最大纵坡的限制条件下，保障行驶速度不同的车辆稳定性和安全性。

2.3 复杂管网铺设综合规划

常规情况下，当市政道路工程的横断面与纵断面铺设长度不同时，将生成差异化的工程建设空间。当通过最小半径长度对市政道路的横纵断面进行优化设计之后，还需重点建设道路路基[2]。一般来说，在市政道路路基的施工建设阶段，需要对地下区域的各种管路网线的铺设进行综合考虑。城市地下区域存在多种类型的管路网线，包括通信管道、燃气管道、电力管道及排水管道等，从本质上说，这些地下管线均属于地下隐蔽工程，一旦在市政道路工程施工建设期间对其造成破坏，将产生恶劣后果。为此，在市政道路工程设计期间需对地下区域存在的复杂管网进行综合规划，从而协调不同管线。基于BIM 技术构建的协同优化模型，全方位检查市政道路施工场地及周边区域的不同管线，掌握管网铺设期间是否存在碰撞情况，避免施工期间出现错误铺设管线的情况，对施工周期和成本投入规模的缩减产生消极影响。

依托BIM 技术构建的综合管网可视化碰撞模型，能模拟分析市政管网的排布形式，及时发现其中存在的问题并整改，为保证复杂管线铺设方式的合理性提供保障。

2.4 市政道路中心线设计

设计人员需对道路中心线的位置加以确定，同时有效把控多方影响因素[3]。与此同时，设计人员还需根据相关要求对设计方法进行调整，举例来说，需保证曲线长度和圆曲线半径得到有效控制。在地形图中，道路中心线的位置需合理恰当，在将该要素分割成若干段后，需借助BIM 技术有效处理每段线路，确定道路中心线的位置。另外，还需要在地形图中输入市政道路路线名称，并以市政道路具体情况和标签样式为依据，有效调整道路中心线。

2.5 市政道路建模

市政道路工程项目中往往会涉及大量复杂的内容，施工工序也非常烦琐，因此，市政道路设计难度较大。在这项工作中，通常需要应用多领域的专业性知识，不仅如此，一般还会涉及全方位分析资料、数据和信息的内容。同时，对于市政道路工程整体而言，市政道路设计方案会对工程总量和迁移规划市政道路产生直接影响。基于这种情况，依托于BIM 技术，可以实现分析和统计周边区域地形相关数据和新消息的目的，并在此基础上完成市政道路模型的创建。在此模型中，能够清晰地呈现各类事物的高程和坐标，技术人员在对数据和信息进行查看时也可以更加便利，如果存在问题，能更加迅速地查明，从而采取恰当的措施对问题和误差进行有效调整，保证整体的设计效果。

此外，设计人员通过建模还能科学规划市政道路周边的设施，合理布局路标配置与线路选择等，为市政道路设计的完善化提供支撑。借助BIM 技术开展市政道路建模的过程中，还要合理设置道路基建，同时，通过运用差异化颜色、图案、及方式表示道路所处地区的地形起伏变化和设施，例如，地理事物或建筑物的形状、高度以及密度等，使模型更加直观、更加清晰，保证工作人员能够对周边地形进行更加直观的分析。

3 结语

总体而言，BIM 技术在市政道路工程中的应用可以为设计效果的优化提供强大支撑，保障最终完成的线路布局更加合理、更加直观。在未来的发展中，相关领域需要对BIM 技术更加重视，同时积极引入现代化技术软件等工具，在市政道路工程项目中将这一技术的优势和作用切实发挥出来，促使设计与施工效果不断提升。