市政基础设施工程管理中BIM 技术的应用研究

近年来，城市建设步伐不断加快，各类市政基础设施工程呈现出系统复杂、规模庞大、管理周期长等显著特征。无论是城市道路、桥梁隧道，还是地下综合管廊、雨污水系统，其规划、建设与运维已成为城市可持续发展的重要支撑。然而，在实际操作过程中，由于多专业交叉作业、地下空间资源紧张以及信息传递效率低等因素，传统的管理手段往往难以满足现代市政工程对精细化、可视化和高效协同的要求。在此背景下，BIM 技术凭借其信息集成、三维可视化和全生命周期管理等技术优势，正逐渐从建筑工程领域拓展至市政基础设施建设，为破解管理瓶颈、提升工程质量与效率提供了新路径。

一、市政基础设施工程管理概述与BIM技术原理

（一）市政基础设施工程的特点

市政基础设施工程涵盖的类型广泛，包括城市道路、桥梁、隧道、雨污水排水管网、照明系统、电力通信管道、燃气输配系统等，构成城市运行的基础支撑体系。此类工程通常具有建设区域分布广、工程量大、涉及专业门类多、建设周期长和管理环节复杂的特点。由于工程往往穿越人口密集区或功能敏感区域，施工活动需面对交通疏解、噪音控制、地下空间限制等多重环境约束，管理难度显著增加 [1]。特别是在老城区改造、地下综合管廊建设等项目中，需同时协调电力、通信、燃气、给排水等多专业管线的布设与运行条件，稍有不当就可能导致安全事故或后期运维困难。因此，设计阶段对空间冲突的精确识别与排布优化尤为关键。

（二）传统工程管理存在的问题

在传统的工程管理模式中，设计主要依赖二维图纸，信息表达有限，难以全面反映工程空间关系与复杂交叉情况。不同专业之间的协作多依赖纸质资料与口头协调，极易出现图纸不一致、信息传递滞后等问题，导致施工阶段出现大量设计变更与返工现象，严重影响工程进度与成本控制。此外，缺乏统一的信息平台使得设计、施工、监理、运维各参与方之间形成“信息孤岛”，工程数据无法在各阶段间高效流转，项目管理更多依赖项目经理的经验判断，缺乏数据支持，难以实现科学决策与动态管控。

（三）BIM 技术原理与优势

建筑信息模型（BIM）技术是一种以构建包含几何形态、空间关系与工程属性的三维数字模型为基础的综合性工程管理工具。其核心在于构建一个跨学科、全周期的信息共享平台，将建筑构件的形状、材料、尺寸、工程量、构造做法、维护信息等整合到统一模型中，实现“可视化、可模拟、可协同”的工作模式。BIM 支持参数化建模，任何构件参数变更都会自动更新关联模型，极大提高设计的准确性和效率。同时，BIM 平台通过碰撞检测、4D 进度模拟、5D 成本管理和 6D 运维模型等功能，使工程从设计到运营形成闭环数据流。例如，在市政道路工程中，BIM 模型可集成路基结构层的压实度要求（如压实度 ⩾95% 、CBR 值 ⩾8% ）、路面材料信息（如 SBS 改性沥青类型）、排水系统布设与交通标志位置信息，实现精细化设计与后期高效维护。施工方还可通过 BIM 模型模拟施工流程、安排资源进场顺序，合理规划吊装路径、施工段划分与临时交通组织，提升工程执行效率与安全水平。

二、BIM 技术在市政基础设施工程管理中的具体应用

（一）在设计阶段的应用

在市政道路、桥梁等基础设施的设计阶段，BIM 技术能够基于高精度的地形测绘数据（如RTK 测量数据或无人机航测模型）建立完整的三维场地模型，为线路选型、竖向控制与交叉冲突预判提供可视化基础[2]。设计人员利用 Revit、Civil 3D、InfraWorks 等软件工具可在模型中直观展现道路断面结构、桥梁构造细节及地下管线走向，实现地上与地下工程的协同设计。例如，在某城市道路改造项目中，BIM 模型集成道路横断面布置（车道宽度、路缘带、非机动车道、人行道）、桥下净空、交通信号控制点及人流分析数据，通过模型直观展现道路沿线功能复合区布局，并进行交叉口交通仿真，辅助决策者选择更优路线方案。BIM 中的碰撞检测功能（如 Navisworks Clash Detective）能自动识别构件间物理冲突。以地下综合管廊设计为例，可精确模拟电力舱、燃气舱、给排水舱、通信舱等管线布局，满足规范所要求的舱间净距不小于 0.5m ，并预留检修空间与通风走道。在某地轨道交通配套管廊项目中，通过BIM 模型提前发现电缆支架与风管冲突 30 余处，设计阶段即完成修改，避免后期返工。此外，BIM 支持结构、机电、暖通、给排水等多专业协同建模（如IFC 标准格式下的模型集成），实现统一协调。设计单位可输出统一的汇总模型（Federated Model），并对关键构件设定参数化规则。例如在泵站设计中，模型中嵌入水泵扬程（如 H=18m）、流量（如 Q=220L/s）、电机功率（如 15kW）等运行参数，并结合管道阻力曲线进行最优设备选型与布置，提高系统整体能效比。

（二）在施工阶段的应用

施工阶段是BIM 落地最为深入、价值最易体现的阶段。BIM 模型可导入进度管理系统（如Primavera P6 或 MS Project），形成 4D 进度模拟模型，将施工计划与模型构件绑定，生成动态施工流程动画。项目管理人员可据此优化关键路径、安排机械进场、合理分段分区施工。例如在城市轨道交通车站施工中，通过 BIM 模型模拟盾构掘进流程、衬砌拼装节奏、临时支护方案，合理配置每台设备的作业窗口，减少等待时间和资源浪费[3]。在施工现场管理方面，BIM 可结合激光扫描设备（如Leica BLK360、FARO Focus）定期获取现场“实景点云”数据，并与BIM 模型比对，实现施工进度和精度的动态监控。在某高架桥施工中，项目团队每周进行一次桥墩与盖梁点云扫描，自动比对设计模型，检测几何偏差是否超过 ±5mm ，确保结构精度。在质量追踪方面，施工构件如混凝土构件可在 BIM 模型中标注其强度等级（如 C40）、施工批次、养护时间等信息，并与试块检测数据、进场检验记录建立绑定关系。例如，在一座大型立交桥施工中，每根钢筋笼都通过二维码与模型绑定，可溯源至出厂厂家、钢号（如HRB400）、直径（ ）、进场批次、检验报告编号等，实现全过程质量可控。BIM 还可与清单计价软件（如广联达、鲁班算量）联动构建5D 成本模型，将模型构件与预算项关联，实现从初设到竣工的全过程造价动态控制。例如，某市政桥梁工程中，将桥面防水层、铺装层（SMA-13 型沥青混合料单价约为 550 元 / 吨）等信息建模后，系统可模拟不同材料选择、厚度变化对总造价影响，辅助造价优化与投资决策。

（三）在运维阶段的应用

市政工程进入运营期后，其管理成本远高于建设阶段。据统计，市政基础设施的全生命周期成本中，运营维护占比可高达 60%-70%, 。传统运维依赖纸质资料、人工巡检和经验判断，不仅信息滞后、效率低，还难以形成闭环数据管理。而 BIM 在运维阶段的集成应用正逐步破解这一难题。BIM 模型可嵌入传感器数据接口，与物联网平台（如SCADA 系统）打通，实现实时监测与可视化预警。以地下雨水管网系统为例，通过BIM 模型集成流量计、水位计、压力传感器等设备（如PH 值探测器量程 0-14 ，误差 ±0.05 ），可实时掌握各节点运行状态，自动识别淤积、倒灌风险，并生成智能维修工单，提高响应效率[4]。在某污水提升泵站改造项目中，运维人员通过BIM 平台远程查看泵组运行频率、电机电流、震动值等数据，当振动频率超过 2.5mm/s 即自动报警并生成维护建议，保障设备运行安全。同时，运维人员可通过移动终端或 AR 眼镜访问 BIM 模型，在现场定位故障构件、调用历史维修记录、查看施工图纸及材质参数，实现“所见即所得”的信息服务。例如在桥梁养护中，基于定期检测数据（如裂缝宽度、钢筋锈蚀等级），可在模型中为每个构件打标签，进行结构状态评级，分类制定养护计划（如一年检查、三年整修、五年大修等），从而形成精准化、计划性的桥梁管理策略。此外，BIM 模型具有可更新性，在设备更换、构件维修、系统升级过程中，原始模型可实时修正，构建真实反映当前状态的“数字孪生”基础平台，为今后的扩建、改造或灾后重建提供可靠的三维数据支撑。

三、BIM 在市政基础设施工程应用中面临的问题与优化策略

(-) 面临的主要问题

当前BIM 技术在市政基础设施工程中的推广仍处于探索阶段，面临诸多现实挑战。首先，标准体系尚不统一，不同项目在建模深度（LOD）、构件族库、信息编码等方面缺乏一致规范，导致模型在设计、施工、运维各阶段之间难以顺利衔接，影响数据流转与协同效率。其次，专业人才缺口明显，部分项目人员尚不具备BIM 建模、冲突检测、数据维护等核心能力，导致技术应用浅层化，无法发挥 BIM 的全过程管理价值。同时，初期投入成本高也是一大制约因素，包括正版软件授权、硬件设备采购以及技术培训支出，尤其对中小企业形成较大压力。此外，平台之间兼容性差也是现实难题，不同厂商的软件工具在模型格式转换时常出现几何损失或属性缺失，影响模型一致性与稳定性。部分市政项目涉及关键基础设施，对数据安全要求严格，信息无法上云，进一步限制了 BIM 在 SaaS 架构或云协同平台中的应用与推广。

（二）优化策略与发展建议

要推动 BIM 在市政工程管理中的高效落地，首要任务是从国家或行业层面推动标准体系建设。应依据现有标准等，制定更加细化、覆盖道路、桥梁、排水、综合管廊等市政专项工程的建模规范、构件族库标准、数据分类与交换接口规则，打通设计、施工、运维各阶段的信息孤岛[5]。同时，应加快BIM 人才体系建设。可通过高校土木类专业开设BIM 方向课程，推动BIM 工程师职业认证体系建设，支持企业建立内部培训机制，提升从业人员的综合能力。对于一线施工单位，还应推动岗位实操培训与平台认证机制，使项目团队真正具备BIM 建模、数据管理与协同操作的实战能力。

在政策层面，应加大财政与政策支持力度，鼓励建设BIM 示范工程与试点项目，特别是在地下管廊、城市快速路、跨区域排水系统等大型市政项目中推进政府主导的技术引导机制。同时，为降低中小企业的技术门槛，可通过政府采购SaaS 服务或开放API 接口，提供标准化、轻量化的 BIM 平台接入方案，助力其以较低成本参与信息化建设。此外，推动 BIM 与 GIS、物联网（IoT）、人工智能（AI）等新兴技术深度融合，是构建“智慧市政”体系的重要方向。在此基础上逐步推进“城市信息模型（CIM）”建设，将单一项目层面的模型管理上升为城市全域资产的数字化管理平台，实现从静态建模向动态感知、预测维护的转型，提升城市基础设施运行效率与服务能力。

总结：

BIM 技术作为市政基础设施工程管理的信息化工具，已逐步展现出其在设计优化、施工控制、运维管理等方面的独特优势。通过三维可视化、多专业协同、数据驱动决策等手段，BIM 有效提升了工程管理的精度和效率，推动市政工程向数字化、精细化方向发展。然而，其在实际推广过程中仍面临标准不统一、技术人才不足、成本投入高等挑战。未来应从制度规范、人才建设与技术融合等多方面入手，构建完善的应用体系，推动 BIM 技术与 GIS、IoT、CIM 深度融合，实现市政基础设施的全生命周期智能化管理，为城市高质量发展提供有力支撑。

参考文献：

[1] 贾设 .BIM 技术在市政道路设计中的应用探讨 [J]. 新城建科技 ,2024,33(12):76-78.

[2] 黄丛慧 , 吕霞 . 基于 BIM 的市政电力通信管道三维模拟与优化设计 [J]. 智能建筑与智慧城市 ,2024,(12):64-66.

[3] 赖 倧 . 市 政 道 路 综 合 改 造 设 计 中 BIM 技 术 的 应 用 [J]. 智 能 建 筑 与 智 慧 城市 ,2024,(11):92-94.

[4] 肖金娣 . 市政建设项目进度与质量管理措施探究 [J]. 产品可靠性报告 ,2024,(11):53-55.

[5] 谢泽锋 . 市政道路施工管理的问题及完善策略研究 [J]. 中国住宅设施 ,2024,(11):169-171.