BIM技術(shù)應用在市政道路設(shè)計中的優(yōu)勢及阻力

李展杰

引言

BIM（Building information modeling/Building information model）是指建筑信息建模/建筑信息模型，根據(jù)建設(shè)項目的相關(guān)信息資料，建立了建筑模型，并通過數(shù)字信息仿真技術(shù)對建筑物的真實信息進行模擬。它具有可視化、協(xié)調(diào)、仿真、優(yōu)化和映射五大特點。在今天的工程BIM應用中，它不再局限于建筑工程本身，而是將BIM技術(shù)應用到市政道路工程中。

1 BIM理念概述

BIM最初的含義是表示通過三維數(shù)字化，建立了建設(shè)項目的所有相關(guān)信息模型，現(xiàn)在則作為一種理念引申至其他工程應用上。

BIM是一種設(shè)計理念，Revit只是應用BIM技術(shù)的一個軟件。實際上采用這個理念的軟件有很多，比如用于高端機械設(shè)計的達索、CATIA、Bentley的多個產(chǎn)品、Graphisoft的ArchiCAD等。雖然該軟件沒有明確強調(diào)這個術(shù)語，但它是基于BIM概念的。事實上，特別是在市政道路設(shè)計方面，用當今的Revit各系列軟件去做都不合適的。

2 BIM應用與市政道路設(shè)計的優(yōu)勢

（1）明確表達設(shè)計意圖

傳統(tǒng)的二維設(shè)計方式由于復雜的三維平面化成二維空間，因此不可避免地造成一些數(shù)據(jù)的丟失，使得設(shè)計成果不能明確設(shè)計意圖，甚至出現(xiàn)多意性理解。

BIM的設(shè)計結(jié)果是一個三維數(shù)字化信息模型，它應該是項目完成后的外觀，從而真實地表達設(shè)計意圖。并且子模型和屬性劃分得越細，設(shè)計意圖就表達的越充分和唯一。此外，BIM工具的一個特點是很容易設(shè)計自定義參數(shù)組件，因此可以描述非常復雜的問題。

這個問題在更復雜的項目中更為突出，正是由于這個原因，先進的高端機械制造業(yè)和建筑業(yè)早就研究了這個問題，并采用了類似的解決方案。以前道路工程對于三維空間的復雜性比較低，而且各個項目之間的相似度很大，所以業(yè)主、設(shè)計、施工、監(jiān)理方都可以依靠經(jīng)驗來理解。但隨著社會的發(fā)展，城市范圍內(nèi)的工程越來越復雜，他們也更能反映設(shè)計院的核心價值，將有越來越多的創(chuàng)新工程，給水排水工程出現(xiàn)了更為復雜的結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的二維設(shè)計方法就達不到效果了。

（2）強大的分析和模擬能力

這是BIM的一個重要優(yōu)勢，因為設(shè)計階段可以直觀地看到項目完成后的外觀，可以在此基礎(chǔ)上進行演示和調(diào)整。對于設(shè)計師來說，問題可以及時找到。對于主人，心理上的期望偏差也可以及時了解，以便在出始階段消除問題。在傳統(tǒng)的二維設(shè)計模型中，復雜工程的三維建模往往需要明確表達設(shè)計意圖，這一過程是人工成本和實時性的差異，需要進行調(diào)整。在BIM模式下，設(shè)計結(jié)果包括三維模型，設(shè)計調(diào)整同時自動調(diào)整三維模型。

此外由于BIM模型包含了豐富的信息，可以提供專業(yè)的仿真分析和數(shù)據(jù)支持的盡可能準確的結(jié)論，使項目的論證和施工交底變得有效。

（3）精確計算工程量

在傳統(tǒng)的設(shè)計模式中，道路工程量的計算采用橫斷面法計算，如道路土方量、路面工程量等，地形起伏較大或平面較為復雜時誤差較大。管道工程井身結(jié)構(gòu)的工程量主要以標準圖和經(jīng)驗估算為基礎(chǔ)，誤差較大。但在BIM設(shè)計模式中，因為每個子模型的精確的幾何和屬性數(shù)據(jù)，并能得到精確的體積、面積、長度、數(shù)量，可根據(jù)土方量計算精度之間的路基表面和自然地形表面的設(shè)計，甚至可以在一個專業(yè)的計算工具輔助下獲得精確的模板量等，這些計算是自動的，不需要手動輸入。

（4）提高協(xié)同能力

由于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)容越來越精細，幾個人完成一個項目就不太可能了，這就需要更多的專業(yè)人員緊密地結(jié)合在一起。這種協(xié)作不僅存在于不同的專業(yè)之間，同一專業(yè)內(nèi)部也需要，這就需要使用設(shè)計工具進行協(xié)作，這正是BIM擅長的。

在傳統(tǒng)的二維設(shè)計模式中，不同設(shè)計師之間的協(xié)作主要是通過圖層復制粘貼來實現(xiàn)的，也有部分院建立了協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)，但大多數(shù)使用的方式更類似于上述方式，只需將您的圖形或文件存儲在服務器上并進行訪問控制。這種方法通常只解決較低層次的協(xié)同作用，更精細的協(xié)同就達不到了。例如，分配道路的每邊坡度，每個平交道口，每個立交橋都要分配給不同的人去做。在傳統(tǒng)的二維模型中，這些高耦合并行的工作往往是很難工作的，因為平面圖作為主要的設(shè)計結(jié)果，是由許多相互關(guān)聯(lián)的線和詞組成的，只是把所有人的工作成果合起來就是非常困難和容易出現(xiàn)錯誤的。

在BIM解決方案中，這個問題得到了解決。由于基于BIM的設(shè)計過程可以被認為是信息模型的建立過程，這種模式有很多的子模型，（如Revit的族）組成，這些子模型內(nèi)高內(nèi)聚、低耦合關(guān)系，并且模型之間的耦合是明確的（即某些子模型會影響到哪些子模型是明確的），所以很容易合并，并且能立即發(fā)現(xiàn)沖突。由于子模型之間的低耦合性，可以分配給不同的人來設(shè)計，從而實現(xiàn)協(xié)同。

除了在設(shè)計單位內(nèi)部進行協(xié)調(diào)，BIM還可以實現(xiàn)不同社會部門之間的巨大協(xié)同作用，從而達到最佳的綜合社會效益。

3 BIM在鴻業(yè)市政軟件中的應用

3.1 設(shè)計過程即3D信息模型搭建過程

在路立得中，道路模型又細分為幾個種子模型，有的是子模型，又是由較細的子模型組成，如橋梁建筑物，由主梁、蓋梁、墩、系梁、承臺、樁等十多種子模型組成。設(shè)計結(jié)果詳細介紹了各邊坡，每個橋墩都是不同的子模型。在設(shè)計過程中，對這些子模型進行了設(shè)計和構(gòu)造，并且可以隨時調(diào)整參數(shù)。

3.2 符合國內(nèi)習慣

國外BIM軟件在國內(nèi)使用的阻力首先就是設(shè)計習慣不同，路立得完美地融入到傳統(tǒng)的設(shè)計模式中，把大多數(shù)造型操作轉(zhuǎn)化為設(shè)計過程，特別是對于簡單的項目，設(shè)計過程與傳統(tǒng)完全相同。國外BIM軟件在國內(nèi)使用的另一大阻力是不能夠提供符合國內(nèi)習慣的出圖，路立得充分考慮了這個問題，提供完全符合國內(nèi)習慣的平面圖、縱斷設(shè)計圖、道路地圖、高程數(shù)據(jù)圖、超寬圖，斷面圖等，以及各種標志和各種表類。

3.3 協(xié)同支持

由于BIM概念的實現(xiàn)，軟件中充分考慮了協(xié)同處理，一方面是同一軟件中不同設(shè)計者之間的協(xié)作，另一方面它與其他軟件協(xié)同工作。

在軟件中，不同的設(shè)計者可以同時設(shè)計不同的子模型，最后通過數(shù)據(jù)文件或?qū)雭砗喜⒛Ｐ汀Ｄ壳?，?shù)據(jù)庫存儲和協(xié)同工作也已經(jīng)開始，基于離線和在線模式的協(xié)同設(shè)計方法將被提供。

在和其他軟件協(xié)同方面，目前主要通過LandXML和FBX、SKP、DWG 等數(shù)據(jù)文件進行，可以和 Autodesk Civil3D、InfraWorks、3dMax，以及Google Skyetchup等軟件交換信息和模型數(shù)據(jù)。和其他軟件的協(xié)同性更充分，如路立得軟件，可以直接從路立得模型中得到每一個管道，每一個良好的道路板塊位置和高程數(shù)據(jù)，最終的設(shè)計模式也可以結(jié)合。

4 BIM應用的阻力

（1）設(shè)計理念的轉(zhuǎn)變

BIM在一方面意味著設(shè)計工具需要更改應用程序，這意味著個人的軟件的優(yōu)勢喪失，需要重新學習，所以會有一些阻力。但更重要的是，BIM的應用意味著設(shè)計理念需要更新，這是一個2D到3D的思維過程的跳躍，比原來的計算機地圖轉(zhuǎn)換還讓人更難以接受，對設(shè)計師來說是一個痛苦的過程。加上BIM軟件比二維軟件更復雜、更難掌握，產(chǎn)生抵觸心理這是不可避免的。

（2）將增加現(xiàn)階段普通項目的工作量。

現(xiàn)階段對于大多數(shù)普通市政道路工程，或?qū)鹘y(tǒng)二維模型設(shè)計結(jié)果的要求，再加上設(shè)計者對傳統(tǒng)二維設(shè)計模式的熟悉，已形成模式化，這樣就可以輕松完成設(shè)計。然而，在BIM模式中，由于信息較為完善，所需輸入的數(shù)據(jù)較多，而且BIM設(shè)計的隨機性很低，因此有必要做更多的工作。此外，還必須提供符合規(guī)范的二維圖形設(shè)計結(jié)果。在完成BIM模式設(shè)計后，需要增加二維輸出步驟，增加工作量。

（3）社會動力不足。

目前，市政道路工程的BIM應用是從業(yè)主和施工方進行的，動力很小，基本上只是設(shè)計院在推，所以動力不足。對于承包商來說，在較長時期內(nèi)不會有太大動力（除非工程總承包普及），因為設(shè)計變更的缺陷也是造成收入的主要來源之一，在這種情況下，他們采用BIM會大大減少。然而，市政道路工程的業(yè)主通常是政府。他們雖然行為保守，但很容易受到專家、學者等社會力量的影響，具有突發(fā)性決策和決定性影響的可能。

（4）缺乏標準

BIM在市政工業(yè)中的應用剛剛起步。規(guī)格尚未制定。這使得它很難做到這一點，并除去需要增加工作量，導致在這個過程中丟失了一些精確的數(shù)據(jù)。另一方面，BIM不是一個軟件問題，需要多個專業(yè)軟件的合作。缺乏標準會導致數(shù)據(jù)共享困難，無法反映BIM的優(yōu)點。

5 結(jié)語

中國的城市建設(shè)仍處于一個快速發(fā)展的階段，它仍然是一個短平快的道路。精工慢活的創(chuàng)造性項目占比重還比較小，所以在表面上看BIM的需求并不迫切。然而，隨著城市的發(fā)展，從數(shù)量到質(zhì)量，工程基數(shù)量越來越大，項目質(zhì)量越來越高，對BIM的需求也越來越大。BIM是一個飛躍，設(shè)計理念正在引發(fā)工程設(shè)計領(lǐng)域的另一場革命，同時也會有一些阻力，但設(shè)計到BIM是必然的趨勢，相關(guān)方要抓住機遇。

[1]趙杰.淺談市政道路設(shè)計中BIM技術(shù)應用的優(yōu)勢及阻力[J].通訊世界，2017（13）：143～144.

[2]卞春霞.談市政道路設(shè)計中BIM技術(shù)的應用原則[J].通訊世界，2017（07）：214～215.

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