基于路易2020的道路BIM正向設(shè)計(jì)應(yīng)用研究

鄒俊杰

關(guān)鍵詞 道路;BIM;正向設(shè)計(jì);路易2020

中圖分類(lèi)號(hào) TU17 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2022）04-0007-03

0 引言

隨著道路運(yùn)輸?shù)目焖侔l(fā)展，傳統(tǒng)道路工程暴露出信息傳遞效果差、生產(chǎn)及管理效率低的問(wèn)題[1]，因此在道路工程中應(yīng)用BIM技術(shù)解決問(wèn)題具有相當(dāng)廣泛的應(yīng)用前景。建筑信息模型（BIM），是一種工程數(shù)據(jù)模型。它基于三維數(shù)字技術(shù)，集成了建筑工程項(xiàng)目的各種相關(guān)信息[2]。從提出到現(xiàn)在已經(jīng)數(shù)十年，經(jīng)歷過(guò)萌芽、生成和發(fā)展三個(gè)階段。由于BIM具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性五大特點(diǎn)[3]，目前BIM概念在建筑領(lǐng)域已深入人心，發(fā)展異常迅猛，在我國(guó)越來(lái)越多的基礎(chǔ)設(shè)施類(lèi)建設(shè)工程中也開(kāi)始逐步應(yīng)用。

在全球市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨白熱化的大背景下，傳統(tǒng)CAD技術(shù)已經(jīng)明顯跟不上時(shí)代的發(fā)展步伐，而應(yīng)用BIM技術(shù)為道路設(shè)計(jì)開(kāi)展一條新途徑，將會(huì)成為未來(lái)主流的發(fā)展方向[4]。BIM作為引導(dǎo)交通行業(yè)走向信息化的一種高層次技術(shù)，能促進(jìn)設(shè)計(jì)階段乃至整個(gè)項(xiàng)目周期的效率大大提升，質(zhì)量也能得到保證，成本大幅度降低。

1 BIM平臺(tái)

BIM目前的發(fā)展存在各種各樣的問(wèn)題，從未來(lái)的發(fā)展方向來(lái)看，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展、國(guó)家政策、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的完善以及工程案例經(jīng)驗(yàn)的增加，BIM技術(shù)必將走向成熟，為大眾所接納，完成一次新的設(shè)計(jì)革命[5]。由此可見(jiàn)，利用提出基于BIM的道路正向設(shè)計(jì)更具有創(chuàng)新價(jià)值，對(duì)于創(chuàng)造社會(huì)效益具有重要意義。當(dāng)下，在國(guó)外主要有Autodesk、Bentley等BIM平臺(tái)，國(guó)內(nèi)有路易、公路工程設(shè)計(jì)BIM系統(tǒng)等BIM平臺(tái)。目前已有單位和個(gè)人利用成型的BIM軟件不斷進(jìn)行國(guó)內(nèi)本地化的二次開(kāi)發(fā)。隨著B(niǎo)IM軟件在功能方面和本地化開(kāi)發(fā)的不斷完善，BIM技術(shù)將產(chǎn)生更大效益。

基于上述發(fā)展趨勢(shì)，廣聯(lián)達(dá)等軟件商也意識(shí)到二維的設(shè)計(jì)并不符合今后的發(fā)展趨勢(shì)，目前正在大力研發(fā)三維設(shè)計(jì)功能，廣聯(lián)達(dá)鴻業(yè)軟件商宣傳三維設(shè)計(jì)功能為“鴻業(yè)BIM”。緯地軟件商基于數(shù)模技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了一套路、橋、隧、涵、墻、土方、仿真、交通、地質(zhì)多專(zhuān)業(yè)集成的三維CAD解決方案，稱(chēng)為“緯地BIM”。

該文以某二級(jí)公路項(xiàng)目為例，使用廣聯(lián)達(dá)鴻業(yè)路易2020作為BIM建模平臺(tái)，進(jìn)行道路BIM正向設(shè)計(jì)。路易2020符合國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)師的使用習(xí)慣，其擁有道路BIM設(shè)計(jì)、道路施工圖設(shè)計(jì)、交通設(shè)施設(shè)計(jì)三個(gè)部分。道路BIM設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)過(guò)程即建模過(guò)程，將二維與三維設(shè)計(jì)習(xí)慣相結(jié)合，學(xué)習(xí)成本大幅降低，能輕松創(chuàng)建三維道路模型;施工圖設(shè)計(jì)在傳統(tǒng)施工圖軟件功能的基礎(chǔ)上，結(jié)合新需求，對(duì)出圖功能進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，豐富的可配置項(xiàng)加上靈活簡(jiǎn)便的調(diào)整方式能夠滿足眾多設(shè)計(jì)院的出圖要求;交通設(shè)施設(shè)計(jì)可以快速設(shè)計(jì)完成交通設(shè)施并進(jìn)行三維建模。

2 道路三維數(shù)字化地形創(chuàng)建

三維數(shù)字化地形，即設(shè)計(jì)范圍內(nèi)地表的三維幾何表示。是應(yīng)用路易2020進(jìn)行三維道路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，也為道路平縱橫設(shè)計(jì)、工程量計(jì)算等提供了數(shù)據(jù)源。當(dāng)三維數(shù)字化地形圖發(fā)生變更時(shí)，由于路易2020參數(shù)驅(qū)動(dòng)、約束聯(lián)動(dòng)[6]的工作機(jī)制，路易會(huì)根據(jù)平面路線自動(dòng)更新與之聯(lián)動(dòng)的自然縱斷面、邊坡、路基橫斷面等對(duì)象。

路易2020創(chuàng)建三維數(shù)字化地形可利用多種渠道和數(shù)據(jù)源。一是可通過(guò)聯(lián)機(jī)地圖在線下載項(xiàng)目所在地的衛(wèi)星圖片和DWG地形圖;二是利用勘測(cè)所得項(xiàng)目所在地DWG地形圖;三是勘測(cè)所得項(xiàng)目所在地地形數(shù)據(jù)文件。路易2020在創(chuàng)建三維數(shù)字化地形時(shí)，會(huì)自動(dòng)分析地形數(shù)據(jù)源，利用空間上距離最近的高程點(diǎn)進(jìn)行Delaunay（德洛內(nèi)）三角剖分來(lái)創(chuàng)建三角網(wǎng)，然后以此構(gòu)建三維數(shù)字化地形[7]。河流、建筑等地貌在BIM技術(shù)的支持下，可在三維數(shù)字化地形中真實(shí)還原出來(lái)，為后續(xù)的工程設(shè)計(jì)提供可靠的資料。

路易2020對(duì)三維數(shù)字化地形具有豐富的分析計(jì)算功能。例如可通過(guò)2D平面圖-圖片（以光柵圖像方式繪制高程彩色圖）、2D平面圖-填充（以平面填充繪制高程彩色圖）、3D高程圖（以三維面繪制高程彩色圖）3種方式進(jìn)行高程分析，如圖1所示。

3.1 平面設(shè)計(jì)

道路的平面線形是公路三維線形在水平面的投影。一般采用導(dǎo)線法和曲線法對(duì)道路平面線形進(jìn)行設(shè)計(jì)。而在路易2020中主要采用導(dǎo)線法、曲線法、單元接線法3種方法進(jìn)行平面路線設(shè)計(jì)。

該文采用導(dǎo)線法和曲線法相結(jié)合的方式，來(lái)對(duì)路線平面線形進(jìn)行設(shè)計(jì)。在簡(jiǎn)單線形段利用導(dǎo)線法快速確定線位，在復(fù)雜線形段利用曲線法靈活布線。以此揚(yáng)長(zhǎng)避短，充分利用兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，提高設(shè)計(jì)效率。通過(guò)上述方法完成項(xiàng)目平面設(shè)計(jì)，如圖2所示。

當(dāng)項(xiàng)目的平面線形設(shè)計(jì)完成后，接著進(jìn)行的路線的縱斷面設(shè)計(jì)。路易2020中縱斷面線形設(shè)計(jì)分為兩個(gè)步驟：一是根據(jù)之前創(chuàng)建的地形曲面來(lái)生成自然縱斷面，二是利用縱斷面設(shè)計(jì)工具來(lái)創(chuàng)建設(shè)計(jì)縱斷面。

在路易2020中，“縱斷拉坡設(shè)計(jì)”多視口窗口分為平面視圖區(qū)、縱斷視圖區(qū)、橫斷視圖區(qū)三個(gè)部分。平面視圖區(qū)主要作用是顯示平面道路信息、對(duì)應(yīng)縱斷拉坡位置以及在拉坡后在該區(qū)域顯示各變坡點(diǎn)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，包括變坡點(diǎn)等數(shù)據(jù)、豎曲線半徑、前直線長(zhǎng)、前坡、后直線長(zhǎng)、后坡、外距、切線長(zhǎng)、豎曲線長(zhǎng)。可以在列表中直接修改上述各項(xiàng)數(shù)據(jù)。在設(shè)置中勾選規(guī)范檢查后，對(duì)不符合規(guī)范的數(shù)據(jù)，將在列表中紅顯?？v斷視圖區(qū)主要作用是顯示縱斷拉坡圖信息，通過(guò)縱斷面拉坡工具，結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)創(chuàng)建設(shè)計(jì)縱斷面。橫斷視圖區(qū)顯示道路橫斷信息。包括樁號(hào)、版塊、自然地面線、標(biāo)高等信息。首行默認(rèn)窗口在進(jìn)行動(dòng)態(tài)拉坡時(shí)會(huì)實(shí)時(shí)更新為拉坡點(diǎn)橫斷信息。通過(guò)添加按鈕可添加道路多個(gè)位置的監(jiān)視樁，如圖3所示。

在設(shè)計(jì)縱斷面完成后，可通過(guò)路易2020的縱斷面規(guī)范檢查和檢查模塊對(duì)完成的設(shè)計(jì)縱斷面進(jìn)行檢查，不符合的需要對(duì)設(shè)計(jì)縱斷面進(jìn)行調(diào)整直至完全符合。

4 超高加寬設(shè)計(jì)

路易2020內(nèi)置依托于國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)規(guī)范的超高計(jì)算功能。在路易2020道路工具欄中選中“道路超高與加寬”。在超高窗口中完成平曲線超高設(shè)計(jì)。路易2020內(nèi)置依托于國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)規(guī)范的加寬計(jì)算功能，前面同超高的流程進(jìn)入到加寬設(shè)計(jì)界面，根據(jù)路線中定義的圓曲線半徑、設(shè)計(jì)車(chē)長(zhǎng)（軸距+前懸掛），以及橫斷中定義的板塊和車(chē)道數(shù)據(jù)，加上指定的加寬方式、加寬方向、套用規(guī)范或者指定計(jì)算條件分別計(jì)算每車(chē)道板塊的加寬數(shù)據(jù)。

5 橫斷面設(shè)計(jì)及裝配

道路橫斷面裝配是由一組部件（如行車(chē)道部件、人行道部件、邊坡部件等）按照一定的邏輯組裝后的部件集合[8]。

在路易2020中，組件是裝配的基礎(chǔ)，是道路建模的基本構(gòu)成。不同的組件方案構(gòu)成不同的橫斷面。路易2020中有許多預(yù)設(shè)組件，方便用戶根據(jù)實(shí)際工程項(xiàng)目進(jìn)行修改，提高設(shè)計(jì)效率。與此同時(shí)，在將組件方案裝配到三維道路模型的過(guò)程中，需要設(shè)置邏輯條件使得組件方案能在不同橫斷面上靈活布置。然而預(yù)設(shè)組件一般不能很好地滿足項(xiàng)目需求。此時(shí)，路易2020提供組建方案管理模塊來(lái)創(chuàng)建自定義組件方案。自定義組件方案中包含板塊方案、邊坡方案等。在確定路基標(biāo)準(zhǔn)橫斷面后，對(duì)路基橫斷面分別進(jìn)行組件方案設(shè)計(jì)。

綜上，在路易2020中可以通過(guò)兩種方式創(chuàng)建裝配。一種是通過(guò)路易2020組建方案管理里已有的組件方案來(lái)進(jìn)行裝配。第二種方式是在新建項(xiàng)目時(shí)，通過(guò)已有裝配創(chuàng)建或直接新建方案，在此基礎(chǔ)上按所需內(nèi)容裝配成編輯符合要求的橫斷面，如圖4所示。

6 三維道路模型創(chuàng)建

在路易2020工具欄中點(diǎn)擊創(chuàng)建道路命令，彈出“創(chuàng)建道路”對(duì)話框。該命令可以單獨(dú)創(chuàng)建路線，也可以直接創(chuàng)建出帶道路全屬性的模型。選擇了“道路裝配”后確定自定義組件方案或者已有組建方案，選擇需要?jiǎng)?chuàng)建三維模型的路線，同時(shí)確定地形曲面，根據(jù)之前確定下來(lái)的平縱橫數(shù)據(jù)，路易2020會(huì)沿著路線平、縱方向要素線，將設(shè)置好的組件根據(jù)邏輯規(guī)則布設(shè)路基橫斷面，形成三維帶狀實(shí)體，完成公路三維模型的構(gòu)建，如圖5所示。

該文深入研究了BIM技術(shù)在道路三維設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，總結(jié)出基于BIM技術(shù)設(shè)計(jì)道路的流程。流程涵蓋三維數(shù)字化地形的創(chuàng)建及分析、道路平縱橫設(shè)計(jì)、超高加寬設(shè)計(jì)、自定義組件方案創(chuàng)建、三維道路模型創(chuàng)建。研究?jī)?nèi)容如下：

（1）研究基于路易2020的三維數(shù)字化地形創(chuàng)建與分析。

（2）研究對(duì)導(dǎo)線法和曲線法去蕪存菁完成道路平面路線設(shè)計(jì)，并利用路易2020 BIM特性在縱斷面設(shè)計(jì)中充分考慮了路線平面和路基橫斷面。

（3）研究基于路易2020的BIM模型創(chuàng)建方法，及平、縱、橫與三維數(shù)字化地形自動(dòng)關(guān)聯(lián)更新。

同時(shí)，在明確了道路BIM正向設(shè)計(jì)理念和方法之外，還考慮到道路工程除平縱橫設(shè)計(jì)，橋涵等結(jié)構(gòu)物的設(shè)計(jì)需要更深入研究，希望后來(lái)者創(chuàng)建更完善的道路BIM設(shè)計(jì)平臺(tái)。

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