BIM 技术在城市道路与轨道交通工程设计施工中的运用

引言

随着我国新型城镇化战略深入实施，城市道路与轨道交通作为基础设施核心组成，其建设需求持续增长。然而，此类工程具有涉及专业多、管线布局复杂、施工环境受限等特点，传统二维设计易出现信息断层，施工阶段易因设计疏漏导致返工，不仅增加工期与成本，还可能引发安全风险。BIM 技术以三维数字模型为载体，整合工程全生命周期数据，实现设计、施工、运维阶段的信息共享与协同工作。

一、BIM 技术在工程设计阶段的运用

（一）方案设计优化

传统方案设计依赖设计师经验，难以直观呈现工程整体效果及空间关系。借助 BIM 技术，可快速构建道路线形、轨道走向、构筑物等三维模型，结合地理信息系统（GIS）整合周边地形、建筑、管线等环境数据，模拟不同设计方案的空间布局与功能效果。例如，在城市道路交叉口设计中，通过 BIM 模型可直观展示车道宽度、转弯半径、人行道布局等参数，结合交通流量模拟软件分析通行效率，优化信号配时与路口设计方案；在轨道交通车站设计中，利用 BIM模型模拟乘客流线、站台布局，优化出入口位置与换乘路径，提升运营服务水平。

（二）多专业协同设计

城市道路与轨道交通工程涉及道路、结构、管线、机电、绿化等多个专业，传统设计中各专业独立作业，易出现设计冲突。BIM 技术搭建协同设计平台，实现各专业设计师在统一模型中同步作业。各专业将设计成果上传至平台，系统自动识别专业间的接口问题，例如管线与桥梁结构的空间冲突、道路标高与地下管线的矛盾等。设计师可通过平台实时沟通、修改模型，避免 “错、漏、碰、缺” 问题。

（三）碰撞检测与设计优化

工程设计中，管线交叉、构筑物与管线冲突等问题是引发施工返工的主要原因。BIM 技术依托三维模型开展碰撞检测，通过 Navisworks 等软件对各专业模型进行整合，自动识别碰撞点并生成报告。例如，在城市道路地下管线设计中，将给水、排水、燃气、电力、通信等管线模型整合后，可快速发现管线在同一断面的重叠、交叉问题，设计师根据碰撞报告调整管线标高、走向或管径，提前解决设计冲突。某轨道交通项目通过 BIM 碰撞检测，累计发现管线冲突 320余处，优化设计方案后减少施工返工成本约 800 万元，缩短工期 15 天。

二、BIM 技术在工程施工阶段的运用

（一）施工进度管控

基于 BIM 模型构建 4D 进度管理体系，将三维模型与施工进度计划关联，形成 “时间 - 空间” 一体化的进度模拟模型。通过模型可直观展示各施工工序的先后逻辑、施工时长及空间占用情况，提前识别进度冲突。例如，在轨道交通区间盾构施工中，4D 模型可模拟盾构机推进、管片拼装、同步注浆等工序的进度安排，结合现场施工数据实时更新模型，当实际进度滞后于计划时，系统自动预警并提供进度调整方案，如优化工序衔接、增加施工班组等。某城市道路改扩建项目通过 4D 进度管理，将施工工期从 180 天缩短至 160 天，进度管控精度提升 30% 。

（二）施工成本控制

BIM 技术与成本管理结合构建 5D 成本模型，整合三维模型、进度计划与工程量清单数据，实现成本的动态核算与管控。在施工前，通过模型精确计算分部分项工程工程量，生成工程量清单，避免传统算量的漏算、错算；施工过程中，根据实际进度更新模型，自动核算已完成工程量及对应成本，对比分析计划成本与实际成本的偏差，明确偏差原因。例如，在路基施工中，若实际土方开挖量超出计划量，5D 模型可快速定位超量区域，分析是否因地质条件变化或施工工艺不当导致，及时调整施工方案控制成本。此外，通过 BIM 模型可优化施工资源配置，根据进度计划模拟人工、机械、材料的需求曲线，合理安排资源进场时间，减少资源闲置浪费。

（三）施工安全管理

城市道路与轨道交通工程施工环境复杂，高空作业、深基坑施工、地下管线施工等环节安全风险较高。BIM 技术通过安全模拟与可视化交底，提升安全管理水平。一方面，在施工前构建安全风险模型，识别高风险工序，如深基坑支护、挂篮施工等，通过数值模拟分析支护结构稳定性、施工荷载对周边环境的影响，制定针对性安全防护方案；另一方面，利用 BIM 模型开展安全技术交底，通过三维演示展示危险区域、安全操作规程及应急逃生路线，提升施工人员安全意识。同时，结合物联网技术将现场塔吊、脚手架等设备的运行数据与BIM 模型关联，实时监控设备运行状态，当设备出现超载、倾斜等异常情况时，系统自动报警。

三、基于 BIM 的工程全周期协同管理体系构建

（一）协同管理平台搭建

依托云计算、大数据技术搭建 BIM 协同管理平台，整合设计模型、施工数据、进度计划、成本信息等全周期数据，为建设单位、设计单位、施工单位、监理单位等参与方提供统一的信息交互入口。各参与方可通过平台实时获取项目信息，开展线上审批、沟通协调等工作。例如，施工单位在平台上传施工进度照片、验收报告等资料，监理单位在线审核并反馈意见，建设单位实时掌握项目进展；设计单位针对施工中的设计变更，在平台更新模型并推送变更通知，确保各参与方同步获取最新设计信息。协同管理平台打破了信息壁垒，提升了多方协作效率。

（二）信息共享机制建立

建立标准化的 BIM 信息分类与编码体系，明确各阶段、各专业的信息采集范围、格式及传递流程，确保信息的准确性与一致性。例如，设计阶段需将模型的构件属性、材料参数、设计规范等信息纳入编码体系；施工阶段需补充施工工艺、质量检测、安全记录等数据；运维阶段需完善设备运行参数、维护记录等信息。通过信息共享机制，实现设计信息向施工阶段无缝传递，施工数据为运维阶段提供支撑。例如，轨道交通车站运维阶段，运维人员可通过 BIM 模型查询设备安装位置、型号、供应商等信息，快速开展设备维护与检修，提升运维效率。

结束语

BIM 技术为城市道路与轨道交通工程设计施工提供了数字化、协同化的技术解决方案，在优化设计方案、提升施工效率、降低工程成本、保障施工安全等方面发挥着重要作用。需进一步完善 BIM 技术标准规范，加强产学研融合培养专业人才，推动 BIM 与新技术的深度融合，拓展全周期应用场景。随着 BIM技术的不断成熟与普及，必将为城市交通基础设施高质量发展注入更强动力，助力新型城镇化建设与交通强国战略实施。

参考文献：

[1] 李强，周敏 . 城市道路与轨道交通衔接设计研究 [J]. 交通科学与工程，2022(2) ：85-91.

[2] 王瑾，吴昊 . 基于大数据的城市轨道交通换乘信息优化策略研究 [J]. 城市交通规划与管理，2023(1) ：45-51.