BI M技術(shù)在城市道路設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)與應(yīng)用研究

喬冠棟

（太原市建筑設(shè)計(jì)研究院，太原 030002）

1 引言

城市化進(jìn)程中，人們對(duì)城市道路設(shè)計(jì)提出了更多的要求，并且隨著道路建設(shè)環(huán)境的復(fù)雜化，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式已經(jīng)無法滿足城市道路的設(shè)計(jì)要求。BIM技術(shù)的應(yīng)用可創(chuàng)新城市道路設(shè)計(jì)方法，降低道路設(shè)計(jì)難度，幫助設(shè)計(jì)人員更準(zhǔn)確地計(jì)算城市道路設(shè)計(jì)參數(shù)，提升我國(guó)城市道路設(shè)計(jì)水平，促進(jìn)城市交通體系的進(jìn)一步完善。

2 BI M技術(shù)相關(guān)概述

BIM即建筑信息模型，是新時(shí)期工程建設(shè)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一，是信息技術(shù)飛速發(fā)展的產(chǎn)物?；贐IM技術(shù)，相關(guān)人員可結(jié)合工程建設(shè)需求，建立數(shù)字化的信息模型，用3D、4D乃至5D的數(shù)據(jù)模型處理建設(shè)方案，并以此通過數(shù)字化的加工與管理提升工程設(shè)計(jì)質(zhì)量。城市道路設(shè)計(jì)中，BIM技術(shù)可貫穿項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)的整個(gè)生命周期，滿足不同階段的建設(shè)要求。BIM技術(shù)的主要特點(diǎn)是協(xié)同化、可視化、仿真化及數(shù)據(jù)化。隨著近年來BIM技術(shù)在工程建設(shè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，各類BIM軟件層出不窮，為城市道路工程設(shè)計(jì)提供了極大的便利[1]。

3 城市道路設(shè)計(jì)難點(diǎn)分析

城市道路是城市交通系統(tǒng)的重要組成部分，其設(shè)計(jì)質(zhì)量關(guān)系著城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展速度，影響著人們的生活水平。但在城市道路設(shè)計(jì)中存在較多的實(shí)際問題，導(dǎo)致城市道路設(shè)計(jì)難度較大。但隨著BIM技術(shù)的引進(jìn)，設(shè)計(jì)人員可利用BIM 3D模型驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的可行性，提前排查設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，更合理地控制城市道路設(shè)計(jì)中的各項(xiàng)參數(shù)[2]。

4 BI M技術(shù)在城市道路設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)

4.1 提升設(shè)計(jì)效率

傳統(tǒng)的城市道路設(shè)計(jì)均采用2D設(shè)計(jì)模式，適用于道路建設(shè)條件良好的區(qū)域。但對(duì)于周圍影響因素較多的城市道路，線路分布、周圍路況、地質(zhì)條件等都會(huì)對(duì)城市道路設(shè)計(jì)效率產(chǎn)生影響，導(dǎo)致城市道路設(shè)計(jì)進(jìn)度緩慢。BIM技術(shù)則可憑借自身可視化的技術(shù)特征，建立數(shù)據(jù)模型，立體地呈現(xiàn)城市道路建設(shè)區(qū)域的地形條件、環(huán)境條件，幫助設(shè)計(jì)人員計(jì)算設(shè)計(jì)參數(shù)，并用具象化的3D設(shè)計(jì)圖紙，使設(shè)計(jì)人員可以多角度地分析設(shè)計(jì)方案的可行性，篩選最佳的城市道路設(shè)計(jì)方案，高效地完成設(shè)計(jì)方案[3]。

4.2 降低設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)

BIM技術(shù)具有仿真性特點(diǎn)，可以仿真模擬城市道路設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)人員不僅可根據(jù)城市道路工程仿真模型細(xì)化道路設(shè)計(jì)，完善城市道路設(shè)計(jì)內(nèi)容，還能利用BIM技術(shù)建立城市的3D地形圖，直觀地呈現(xiàn)道路建設(shè)區(qū)域的地貌條件（見圖1），使設(shè)計(jì)人員可以掌握設(shè)計(jì)方案的實(shí)施難點(diǎn)與設(shè)計(jì)重點(diǎn)，提前排查設(shè)計(jì)階段的風(fēng)險(xiǎn)隱患，降低城市道路設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)。

圖1 某城市道路設(shè)計(jì)階段BI M軟件演示圖

5 BI M技術(shù)在城市道路設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用

5.1 道路縱斷面設(shè)計(jì)

縱斷面設(shè)計(jì)是城市道路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵內(nèi)容，設(shè)計(jì)人員可按照城市道路的整體設(shè)計(jì)要求應(yīng)用BIM軟件，建立道路縱斷面BIM模型。模型可立體地呈現(xiàn)道路設(shè)計(jì)中縱斷面的實(shí)際情況，使設(shè)計(jì)人員通過縱斷面設(shè)計(jì)功能繪制道路縱斷面設(shè)計(jì)圖。（1）設(shè)計(jì)人員可應(yīng)用OpenRoads Designer、InRoads、GEOPAK-MX、PowerCivil等BIM軟件創(chuàng)建道路設(shè)計(jì)BIM模型。（2）在軟件中分別創(chuàng)建“主線路縱斷面”“道路縱斷面設(shè)計(jì)線路”等設(shè)計(jì)任務(wù)，輸入道路設(shè)計(jì)前的勘測(cè)數(shù)據(jù)信息后，該軟件可自動(dòng)繪制縱斷面曲線切線、路面、曲面，生成可視化的縱斷面BIM設(shè)計(jì)模型[4]。（3）設(shè)計(jì)城市道路縱斷面的坡線時(shí)，BIM軟件的“縱斷面布局”功能可自動(dòng)繪制完整的道路縱斷面圖，幫助設(shè)計(jì)人員檢驗(yàn)道路縱斷面設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵參數(shù)，優(yōu)化縱斷面布局設(shè)計(jì)。（4）道路縱斷面設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員可依照BIM模型實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)重要路段的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，在線修改部分設(shè)計(jì)參數(shù)。在此過程中，BIM軟件可自動(dòng)關(guān)聯(lián)縱斷面的實(shí)體設(shè)計(jì)及其他設(shè)計(jì)模型中的實(shí)體設(shè)計(jì)，便于在發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中有沖突問題時(shí)及時(shí)修改、優(yōu)化縱斷面設(shè)計(jì)。具體關(guān)聯(lián)情況如圖2所示。

圖2 道路縱斷面設(shè)計(jì)實(shí)體的關(guān)聯(lián)圖

5.2 道路線路設(shè)計(jì)

線路設(shè)計(jì)中工作的關(guān)鍵在于道路中心線的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員只有提前設(shè)計(jì)好道路中心線，確定道路主線，才能為后期施工做好準(zhǔn)備，減少道路建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)。（1）設(shè)計(jì)人員可基于BIM技術(shù)建立道路信息模型，模型是利用道路周圍地形數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)信息建立的3D實(shí)體模型。在航空數(shù)字影像技術(shù)、衛(wèi)星攝影技術(shù)的支持下，可在BIM軟件中形成虛擬的道路空間。然后根據(jù)立體的道路建筑區(qū)域設(shè)計(jì)道路線路，確定道路中心線[5]。（2）結(jié)合BIM信息模型，制作道路平面路線，并結(jié)合道路設(shè)計(jì)一覽表中道路起點(diǎn)、終點(diǎn)的相關(guān)信息，補(bǔ)充平面路線圖中的設(shè)計(jì)參數(shù)。用Civil3D軟件生成可視化的道路線路圖，完成基礎(chǔ)設(shè)計(jì)后，設(shè)計(jì)人員可操作軟件，轉(zhuǎn)換中心線。（3）設(shè)計(jì)人員可結(jié)合現(xiàn)有的線路圖確定道路線路設(shè)計(jì)中橋梁、隧道、涵洞位置，以及道路線路上的里程標(biāo)、路燈、護(hù)欄等附屬設(shè)施的設(shè)計(jì)，細(xì)化道路設(shè)計(jì)內(nèi)容。

5.3 道路地形圖的建立

在道路設(shè)計(jì)階段應(yīng)用BIM技術(shù)時(shí)，設(shè)計(jì)人員可基于BIM軟件建立道路地形圖。地形勘測(cè)是道路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)性工作，BIM技術(shù)支持下的3D地形圖可詳細(xì)表達(dá)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的影像因素，更直觀地呈現(xiàn)道路設(shè)計(jì)難點(diǎn)[6]。

設(shè)計(jì)人員可應(yīng)用BIM系列中Revit軟件內(nèi)的LOD100、L500等概念化設(shè)計(jì)功能，初步建立道路設(shè)計(jì)前期的地形圖，在此過程中，設(shè)計(jì)人員可利用大比例尺地形圖作為BIM道路地形圖的基礎(chǔ)信息。生成立體地形圖后，設(shè)計(jì)人員可借助BIM技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，更精準(zhǔn)地規(guī)劃選線，模擬分析城市道路設(shè)計(jì)中的各選線方案，直觀地查看不同選線方案中城市道路與周圍建筑物及地下管線的碰撞情況，篩選出拆遷少、無碰撞的最佳方案。

5.4 道路橫斷面設(shè)計(jì)

城市道路的橫斷面設(shè)計(jì)內(nèi)容包括綠化帶、人行道、非機(jī)動(dòng)行車道、公交站臺(tái)等設(shè)計(jì)內(nèi)容。設(shè)計(jì)過程中還需要考慮交通監(jiān)控、給排水管線、電力通信等因素。隨著BIM技術(shù)的應(yīng)用，相關(guān)人員可利用BIM軟件的仿真特點(diǎn)模擬道路建成后的運(yùn)行、交通情況，同時(shí)根據(jù)道路周圍的環(huán)境系數(shù)確定橫斷面的設(shè)計(jì)參數(shù)，確保城市道路橫斷面設(shè)計(jì)的科學(xué)性。在BIM技術(shù)的支持下，設(shè)計(jì)人員可直接將橫斷面設(shè)計(jì)、道路平面設(shè)計(jì)、縱斷面設(shè)計(jì)集中在同一信息平臺(tái)中，讓設(shè)計(jì)人員通過各設(shè)計(jì)主體的相互關(guān)聯(lián)，更直觀地分析橫斷面組件的設(shè)計(jì)情況，進(jìn)而合理調(diào)整城市道路橫斷面的設(shè)計(jì)參數(shù)。

以利用BIM系列CivilStation Designer軟件設(shè)計(jì)道路橫斷面為例。設(shè)計(jì)人員利用軟件初步完成道路橫斷面設(shè)計(jì)后，可結(jié)合橫斷面的各主體結(jié)構(gòu)細(xì)化設(shè)計(jì)內(nèi)容，或根據(jù)各道路主體結(jié)構(gòu)的BIM信息模型設(shè)計(jì)道路路基、橋梁、涵洞的橫斷面。在CivilStation Designer軟件中，設(shè)計(jì)人員可直接利用軟件中的路基模型對(duì)路基橫斷面進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后分別完成路基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、邊坡設(shè)計(jì)、護(hù)坡設(shè)計(jì)、統(tǒng)計(jì)工程量等工作。

在此過程中，該BIM軟件具有參數(shù)化道路橫斷面設(shè)計(jì)功能，可以為設(shè)計(jì)人員提供行車道、邊坡、排水溝等設(shè)計(jì)參數(shù)的優(yōu)化功能，同時(shí)生成子設(shè)計(jì)模型，以用于存儲(chǔ)路基加固設(shè)計(jì)、防護(hù)設(shè)計(jì)等BIM信息模型，生成完整的道路路基橫斷面設(shè)計(jì)模型。

5.5 道路立交設(shè)計(jì)

城市道路立交設(shè)計(jì)是道路工程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的重難點(diǎn)問題，BIM技術(shù)在道路立交設(shè)計(jì)中可通過3D信息模型創(chuàng)新道路立交設(shè)計(jì)模式，提升設(shè)計(jì)效率。

具體來說：（1）設(shè)計(jì)人員可借助BIM技術(shù)，建立道路立交模型，模型中包含立交橋結(jié)構(gòu)模型、橋墩設(shè)計(jì)模型、橋面路基設(shè)計(jì)模型等，且模型能夠直觀地呈現(xiàn)設(shè)計(jì)參數(shù)，準(zhǔn)確描述設(shè)計(jì)內(nèi)容。為確保城市道路立交設(shè)計(jì)的可靠性，設(shè)計(jì)人員可采集立交周圍的地形與環(huán)境信息，建立3D模型，優(yōu)化立交設(shè)計(jì)，控制道路立交設(shè)計(jì)方案中的工程量。（2）城市道路立交結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)面臨的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)較為嚴(yán)峻，設(shè)計(jì)人員可利用BIM技術(shù)針對(duì)道路立交結(jié)構(gòu)進(jìn)行碰撞檢查，排查立交設(shè)計(jì)中的碰撞問題，及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)，確保道路立交設(shè)計(jì)方案的可行性。（3）設(shè)計(jì)人員可通過BIM系列的EICAD軟件分別設(shè)計(jì)城市道路立交的平面、縱面及橫截面，確定立交結(jié)構(gòu)中橋梁、隧道的設(shè)計(jì)參數(shù)。之后，設(shè)計(jì)人員基于BIM系列的3D Experience軟件，建立全參數(shù)化的城市道路立交設(shè)計(jì)模型。設(shè)計(jì)人員還可借助3D Experience軟件中的草圖編輯器、多界面實(shí)體功能，分別根據(jù)道路立交的整體設(shè)計(jì)建立城市立交中道路、橋梁的PC/RC箱梁參數(shù)化模型。3D Experience軟件中各設(shè)計(jì)模型中的參數(shù)可反復(fù)修改、調(diào)用，有利于提升設(shè)計(jì)效率。設(shè)計(jì)人員可應(yīng)用軟件中草圖編輯器、個(gè)性化用戶設(shè)計(jì)模塊，調(diào)整模型中橋梁或隧道的鋼箱梁設(shè)計(jì)參數(shù)、橋墩設(shè)計(jì)、橋臺(tái)設(shè)計(jì)參數(shù)，修改完成后將模型中的數(shù)據(jù)導(dǎo)出，編寫資源表，為后期施工提供更詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，使其能夠批量化生產(chǎn)城市道路立交結(jié)構(gòu)。

6 結(jié)語

綜上所述，為保障城市道路設(shè)計(jì)質(zhì)量，相關(guān)人員應(yīng)正確看待BIM技術(shù)在道路設(shè)計(jì)上的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，挖掘各類BIM軟件的設(shè)計(jì)潛能，使其作為城市道路設(shè)計(jì)的輔助工具，從而進(jìn)一步優(yōu)化城市道路設(shè)計(jì)方案。為有效利用BIM技術(shù)，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)結(jié)合城市道路設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，靈活運(yùn)用BIM軟件，針對(duì)性地建立道路設(shè)計(jì)階段的BIM模型，從源頭上降低設(shè)計(jì)質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，提升城市道路設(shè)計(jì)水平，推動(dòng)城市道路設(shè)計(jì)行業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展。