BIM在市政道路設(shè)計中的應用探索

文/徐鵬 濟南市市政工程設(shè)計研究院（集團）有限責任公司 山東濟南 250101

1、BIM應用與市政道路設(shè)計的優(yōu)勢

1.1 明確表達設(shè)計意圖

傳統(tǒng)二維設(shè)計方式因為要把復雜的三維空間展平到二維空間中，所以不可避免導致一些數(shù)據(jù)的丟失，使設(shè)計成果不能明確表達設(shè)計意圖，甚至出現(xiàn)多意性理解。

BIM方式的設(shè)計成果因為是一個三維數(shù)字化的信息模型，就是工程完成后應該成為的樣子，所以真實地表達了設(shè)計意圖。并且子模型和屬性劃分得越細，設(shè)計意圖就表達得越充分和唯一。另外，BIM工具的一大特性就是能很容易設(shè)計自定義參數(shù)組件，所以能描述清楚非常復雜的問題。

這個問題在越復雜的工程中表現(xiàn)得越突出，也正因如此。復雜度更高的高端機械制造業(yè)、建筑業(yè)更早地關(guān)注了該問題，并使用了類似的解決方案。以前道路工程因為三維空間復雜度相對較低，并且各工程之間的相似性很大，以至于業(yè)主、設(shè)計、施工、監(jiān)理各方能夠靠經(jīng)驗進行理解，問題不大。但隨著社會發(fā)展，城市范圍內(nèi)高架互通之類的復雜工程越來越多（它們也更能體現(xiàn)設(shè)計院的核心價值），創(chuàng)造性工程會越來越多，給排水工程也出現(xiàn)了越來越多的異性復雜構(gòu)造物，傳統(tǒng)二維設(shè)計手段也就力不從心了。

1.2 強大的分析和模擬能力

這是BIM的一大顯著優(yōu)勢，因為設(shè)計階段就能直觀看到工程完成后的樣子，可以在此基礎(chǔ)上進行方案論證和調(diào)整。對于設(shè)計人員來說，有問題可以及時發(fā)現(xiàn)；對于業(yè)主來說，和心理預期有偏差也能及時知道，這樣就可以把問題消滅在萌芽階段。在傳統(tǒng)二維設(shè)計模式中，對于復雜工程往往需要三維建模以明確表達設(shè)計意圖，這個過程是手工的且代價大時效性差，并且方案調(diào)整后需要重新進行。而在BIM模式中，設(shè)計成果就包含三維模型，設(shè)計調(diào)整則同時調(diào)整三維模型，自動而高效。

另外因為BIM模型包含了豐富的信息，能為專業(yè)的分析模擬提供盡可能多的數(shù)據(jù)支撐，從未得到精確的結(jié)論，使方案論證、施工交底等變得高效。

1.3 提高協(xié)同能力

隨著目前市政工程項目規(guī)模越來越大，設(shè)計難度越來越高，設(shè)計內(nèi)容越來越細，三兩個人完成一個項目已不現(xiàn)實，這就需要多專業(yè)人緊密協(xié)作。這樣的協(xié)作不只是不同專業(yè)之間的，同一專業(yè)內(nèi)部也需要，這就要求使用設(shè)計工具必須有協(xié)同能力，而這也正是BIM的強項。

在傳統(tǒng)二維設(shè)計模式中，不同設(shè)計人員之間的協(xié)作主要靠分圖層拷貝粘貼或引用實現(xiàn)，也有部分院經(jīng)歷了協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)，但多是采用類似的上述方式實現(xiàn)，只不過是把圖形或文件集中存儲到服務器上并加以權(quán)限控制罷了。采用這種方式通常只能解決較低層次的協(xié)同問題，對于更精細的協(xié)同力不從心。例如，需要把一條路的每段邊坡、每個平交口、每座互通立交分給不同的人去做。在傳統(tǒng)二維模式中，這些高耦合的工作往往很難并行，因為作為主要設(shè)計成果的平面圖由很多相互關(guān)聯(lián)的線條和文字組成，僅僅把所有人的成果合并起來就是非常困難和易錯的。

在BIM解決方案中，這個問題迎刃而解。因為基于BIM的設(shè)計過程可以看作是對信息模型的搭建過程，這個模型有很多子模型組成，這些子模型之內(nèi)高內(nèi)聚，之間低耦合，并且子模型之間的耦合是明確的（即某個子模型會影響到哪些其他子模型是明確的），所以很容易合并，并且能立即發(fā)現(xiàn)沖突情況。因為子模型之間的低耦合性，它們可以分配給不同的人負責設(shè)計，從而實現(xiàn)協(xié)同。

2、BIM技術(shù)在市政道路設(shè)計中的應用

2.1 地形圖處理

勘測單位提供的地形圖通常有兩種，一種為三維地形，即地形圖中的高程點的標高即為實際高程；另外一種是二維地形，即地形圖中的高程點的實際高程均為0，具體高程由數(shù)字在高程點旁標注。以三維地形圖為例，高程點均為帶有Z坐標的圖塊。（1）打開圖層管理器，將高程點以外的圖層反向選擇，然后凍結(jié)；（2）點擊曲面菜單下的創(chuàng)建曲面命令，打開創(chuàng)建曲面對話框，選擇相應的圖層、名稱和曲面類型。然后點擊確定。（3）點擊工具空間的曲面樹形菜單，打開定義工具欄，在圖形對象上點擊右鍵，選擇添加，在彈出的對話框中選擇塊。點擊確定。（4）框選所有高程點，按回車鍵。（5）曲面創(chuàng)建完成，可用對象查看器查看所創(chuàng)建的曲面。

2.2 道路中心線設(shè)計

道路設(shè)計首先要確定道路中心線線位，設(shè)計人需考慮各控制因素，按照規(guī)劃確定的線位進行擬合，并按照規(guī)范要求適當調(diào)整圓曲線半徑、長度、緩和曲線長等曲線要素。（1）將初步確定好的道路中心線插入地形圖中。（2）將道路中心線轉(zhuǎn)換為多段線。（3）單擊路線菜單下的從多段線創(chuàng)建路線，選中道路中心線。在彈出對話框中輸入路線名稱，選擇路線樣式和路線標簽集，然后單擊確定。

2.3 道路縱斷面設(shè)計

目前國內(nèi)常用的道路設(shè)計軟件的縱斷面設(shè)計功能，基本流程為先編制原地面線文件，然后生成原地面線，再在生成的原地面線上繪制拉坡線，并調(diào)整拉坡線直至滿足設(shè)計要求為止。然后將拉坡線儲存為豎曲線設(shè)計文件，再調(diào)用原地面線文件、豎曲線文件生成最終的道路縱斷面設(shè)計圖。Civil 3D采用三維地形為設(shè)計的基本資料，地面線可以直接通過“從曲面創(chuàng)建縱斷面”命令生成。且道路中心線修改之后，地面線會自動更新，節(jié)省了設(shè)計時間和精力。使用“按布局創(chuàng)建縱斷面”可進行拉坡線設(shè)計。設(shè)計縱斷面繪制完成后，查看自動生成的豎曲線要素和坡度、坡長等指標，如發(fā)現(xiàn)不滿足規(guī)范，則點擊編輯縱斷面形狀命令，在彈出的子工具條中，點擊縱斷面布局參數(shù)命令，打開布局對話框。然后點取邊坡點，在布局對話框中修改邊坡點里程樁號、邊坡點標高、豎曲線半徑、坡度、坡長等參數(shù)。

2.4 道路橫斷面設(shè)計

（1）點擊道路下拉菜單，單擊創(chuàng)建裝配命令，在彈出對話框中輸入裝配名稱，然后單擊確定。（2）在屏幕任意位置單擊鼠標，將插入一個中部帶有圓形標記的豎線，這條豎線即是裝配的基準線，也即道路中心線。（3）調(diào)出道路菜單下的“部件工具板選項板”，利用程序自帶的部件完成裝配。（4）先裝配出標準橫斷面，再根據(jù)以后的設(shè)計需要添加其余裝配，由于Civil 3D具有動態(tài)關(guān)聯(lián)特性，對道路制定了不同的裝配或者修改了裝配部件的參數(shù)后，道路模型可以快速、即時更新。

2.5 道路建模

點擊道路下拉菜單，單擊創(chuàng)建道路命令，按照提示選擇路線、縱斷面和標準橫斷面裝配。在彈出對話框中，根據(jù)道路寬度的變化創(chuàng)建相應的區(qū)域，并為道路組件指定相應的邏輯目標。

結(jié)語：

BIM是設(shè)計理念的一次飛躍，正在引發(fā)工程設(shè)計領(lǐng)域的又一次革命，雖然暫時會有一些阻力，但設(shè)計走向BIM是必然趨勢，作為相關(guān)方要把握住這個機會。