BIM在市政道路設(shè)計中的應(yīng)用分析

吳小英　鄧楊楊

摘 要：文章從BIM在我國的應(yīng)用現(xiàn)狀出發(fā)，結(jié)合相關(guān)工程設(shè)計經(jīng)驗及公司管理體驗，分析了BIM在市政道路設(shè)計中的優(yōu)勢以及面臨的挑戰(zhàn)，并基于實際工程案例分享了BIM在市政道路設(shè)計中的經(jīng)驗，旨在為BIM在市政道路設(shè)計中的應(yīng)用與推廣提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：BIM；市政道路；應(yīng)用

中圖分類號：U412 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）21-0097-02

Abstract： Based on the application status of BIM in China， combined with relevant engineering design experience and company management experience， this paper analyzes the advantages and challenges of BIM in municipal road design. Based on practical engineering cases， the experience of BIM in municipal road design is shared in order to provide some reference for the application and promotion of BIM in municipal road design.

Keywords： BIM； municipal roads； application

1 概述

BIM的全稱為建筑信息模型（A Building Information Model），美國國家BIM標(biāo)準(zhǔn)（NBIMS）將BIM定義為以三維數(shù)字化技術(shù)為基礎(chǔ)，對建設(shè)項目的物理特性及功能特性進行數(shù)字化表達，它可以提供一個數(shù)字化的信息的共享平臺，在項目實施的各個階段，項目的參與者可以共同管理數(shù)據(jù)庫，并進行協(xié)同作業(yè)[1]。

2 BIM在我國工程設(shè)計中的應(yīng)用現(xiàn)狀

何關(guān)培等（2011）的研究顯示大多數(shù)受訪者沒有使用過BIM（39%），其中設(shè)計企業(yè)使用占比遠(yuǎn)高于其他企業(yè)（施工、監(jiān)理、運營等），設(shè)計企業(yè)占比高達64%。[2]

AutoDesk的研究報告（2015）顯示，受訪企業(yè)中使用BIM的企業(yè)在數(shù)量上占據(jù)了絕對優(yōu)勢（84%），且大多數(shù)工程設(shè)計企業(yè)（62%）對BIM的使用前景持樂觀態(tài)度，并認(rèn)為其可以帶來良好的效益，但由于各方面條件的限制以及缺乏直接有效的動力（甲方要求、政府支持等），接近半數(shù)的設(shè)計企業(yè)（46%）BIM使用率較低（低于15%）。[3]

BIM在我國工程設(shè)計行業(yè)尚未普及，但使用率總體呈上升態(tài)勢，多數(shù)企業(yè)正在嘗試或準(zhǔn)備嘗試BIM在工程設(shè)計中的應(yīng)用，不少大型設(shè)計企業(yè)已經(jīng)成功完成基于BIM技術(shù)的設(shè)計案例[4][5]。BIM在我國工程設(shè)計行業(yè)正處于快速發(fā)展的階段。

3 BIM在市政道路設(shè)計中的應(yīng)用優(yōu)勢及面臨的挑戰(zhàn)

3.1 BIM在市政道路設(shè)計中的應(yīng)用優(yōu)勢

3.1.1 設(shè)計精度高

（1）對條件資料的讀取、分析更精確。相比于傳統(tǒng)設(shè)計軟件以點、線為基礎(chǔ)的模擬分析模式，BIM可建立三維化的數(shù)字模型，并根據(jù)條件資料中的離散信息，擬合出信息更完備的模型。并且可以較為便捷的查詢、編輯模型中每一個點的信息。例如，在建立工程場地模型時，BIM可根據(jù)地形圖中的高程點、等高線信息進行模擬，建立由連續(xù)曲面構(gòu)成的地形模型，在系統(tǒng)中更加逼真的還原設(shè)計條件，為下一步的設(shè)計工作做好充分的準(zhǔn)備。（2）工程量計算更精準(zhǔn)。a.信息利用率更高.傳統(tǒng)的設(shè)計模式通常采用點、線式片段化計算，不可避免地會造成一些信息丟失。BIM系統(tǒng)的連續(xù)模型可較為精確地反映每一個斷面的變化，計算單元更小。例如，在進行土石方計算時，傳統(tǒng)計算方法為每20m一個斷面，讀取斷面信息，即計算模型簡化為這20m范圍內(nèi)原地面高程呈線性變化趨勢，這與工程實際情況存在一定偏差。而BIM系統(tǒng)在原地面信息充足的情況下，曲面模型可完整的反應(yīng)每個斷面的變化情況，將誤差縮小到較小范圍。b.圖面與數(shù)據(jù)庫關(guān)聯(lián)，設(shè)計完畢后相關(guān)工程量可直接輸出。BIM系統(tǒng)中，各模型不僅存在CAD的圖面表達，數(shù)據(jù)庫中也存在著數(shù)字化信息，當(dāng)設(shè)計完成后，系統(tǒng)可直接將圖面信息以數(shù)字的形式顯示出來。相比于傳統(tǒng)的設(shè)計后人工統(tǒng)計，統(tǒng)計效率和質(zhì)量都更有保障。

3.1.2 可視化操作，直觀性更佳

（1）繪圖時可實時計算。在BIM系統(tǒng)中圖面信息可實時關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)信息，實時計算的數(shù)據(jù)信息可為設(shè)計提供參考。土方平衡是道路縱斷面設(shè)計的一個重要參考因素，傳統(tǒng)軟件設(shè)計時需憑設(shè)計師的工程經(jīng)驗拉好縱坡，計算土方，然后根據(jù)土方平衡情況對縱斷進行調(diào)整。BIM系統(tǒng)可在拉坡時實時顯示填挖土方數(shù)據(jù)，以便設(shè)計師可根據(jù)實時動態(tài)數(shù)據(jù)調(diào)整縱坡，這將極大提高縱斷設(shè)計效率。（2）三維視圖，可充分展現(xiàn)各設(shè)計元素的相對位置關(guān)系。BIM系統(tǒng)不僅可以將二維平面圖面及數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)相互轉(zhuǎn)換，也可將數(shù)據(jù)庫信息轉(zhuǎn)化為三維視圖。在三維視圖中，各設(shè)計元素的相對位置一目了然，這為市政道路設(shè)計，尤其是附屬管線設(shè)計提供了極大便利。各管線之間是否相互沖突，管線高程是否存在明顯不合理等傳統(tǒng)設(shè)計軟件需要反復(fù)核算的問題，在BIM系統(tǒng)中可簡潔直觀的表示出來。（3）設(shè)計成果可以視頻的形式呈現(xiàn)。設(shè)計成果的匯報也是設(shè)計過程中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，如何在有限的時間里高效、高質(zhì)量的與甲方溝通，也是設(shè)計企業(yè)工作的重要方向之一。目前，比較常見的做法是將設(shè)計成果制作成效果圖、多媒體等圖像、影像文件，時間、金錢成本高企。BIM系統(tǒng)則在一定程度上為這個問題提供了解決方案。設(shè)計完成后，BIM系統(tǒng)可直接導(dǎo)出視頻文件，以及可和主流動畫、影視后期軟件兼容的三維模型。可在很大程度上提高溝通效率，降低溝通成本。

3.2 BIM在市政道路設(shè)計中面臨的挑戰(zhàn)

3.2.1 設(shè)計企業(yè)管理者

基于BIM的設(shè)計系統(tǒng)與傳統(tǒng)的設(shè)計系統(tǒng)理念不同，結(jié)構(gòu)框架也千差萬別。BIM系統(tǒng)的應(yīng)用意味著現(xiàn)有生產(chǎn)管理系統(tǒng)甚至生產(chǎn)管理制度需要重新構(gòu)建，短期內(nèi)管理成本的增加無法避免。此外，使用BIM需要的配套硬件設(shè)施也是一筆不小的投入。并且，目前國內(nèi)尚無十分成熟的全BIM設(shè)計系統(tǒng)應(yīng)用案例，缺乏成熟經(jīng)驗。總的來說，對設(shè)計企業(yè)管理者來說，推行BIM試錯成本較高，大力實施還需慎重考慮。

3.2.2 軟件技術(shù)支持

雖然分階段的BIM設(shè)計已經(jīng)可以實現(xiàn)，但BIM數(shù)據(jù)和CAD數(shù)據(jù)互用性較差，也是一個亟待解決的問題。這個問題引發(fā)了諸多設(shè)計企業(yè)的擔(dān)憂，他們認(rèn)為采用BIM可能導(dǎo)致與其他不使用BIM的部門合作受阻。這也是中國設(shè)計企業(yè)不采用BIM的主要原因之一。[3]

4 BIM在市政道路設(shè)計中的應(yīng)用

4.1 建立地形三維模型

首先根據(jù)原始地形圖高程點及等高線讀取信息，建立原始地形三角網(wǎng)絡(luò)，再根據(jù)景區(qū)建設(shè)單位提供的場地整平數(shù)據(jù)，對原始地形進行編輯，獲得道路設(shè)計條件地形。

4.2 道路平、縱、橫設(shè)計

與傳統(tǒng)設(shè)計模式不同，使用路立得設(shè)計時，并不依賴圖面的繪制，主要信息主要通過對話框的形式進行交互。輸入完成后，可直接繪制出相應(yīng)的圖面。縱斷設(shè)計時，可實時顯示土方數(shù)據(jù)，為設(shè)計師提供參考。平、縱、橫數(shù)據(jù)若有更改，其他相關(guān)數(shù)據(jù)可一并更新（見圖1）。

4.3 管線設(shè)計

管線設(shè)計依托于道路設(shè)計時建立的曲線地形資料。設(shè)計時可以通過三維查看功能直觀清晰地觀察各管線的相對關(guān)系，碰撞檢查功能可提示相互沖突的管線，減少設(shè)計失誤（見圖2）。

4.4 設(shè)計成果輸出

設(shè)計成果可導(dǎo)出為視頻或exe小程序，可較為直觀地反映設(shè)計成果。管線設(shè)計成果可和道路設(shè)計成果集成，在同一個視頻（程序）內(nèi)進行展示。并可進行多角度的展示和分析。但目前路立得5.0出2D施工圖能力較弱，需通過鴻業(yè)市政10.0軟件進行轉(zhuǎn)換。

本案例為我公司在BIM市政道路設(shè)計應(yīng)用中的一次探索與嘗試，由于條件所限，本案例并未采用全階段BIM設(shè)計，但對深刻理解BIM設(shè)計理念以及BIM的意義有了更深刻的認(rèn)識，同時為以后采用全BIM設(shè)計做好了一定的準(zhǔn)備工作。

5 結(jié)束語

信息技術(shù)的發(fā)展以及中國經(jīng)濟的騰飛為BIM在建筑工程領(lǐng)域的發(fā)展打下了堅實基礎(chǔ)；工程難度的增加以及對工程效率、效益的追求為BIM在工程設(shè)計行業(yè)的應(yīng)用創(chuàng)造了良好的條件。本文介紹了BIM的產(chǎn)生背景以及在中國工程設(shè)計行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀，分析了BIM在市政道路設(shè)計中的優(yōu)勢與挑戰(zhàn)，并且基于實際案例分享了BIM在市政道路設(shè)計中的相關(guān)經(jīng)驗。目前BIM在市政道路設(shè)計中有較好的應(yīng)用場景，對提升設(shè)計效率及設(shè)計質(zhì)量頗有益處，雖然面臨許多困難與挑戰(zhàn)，但總的來說應(yīng)用前景廣闊。

參考文獻：

[1]National Institute of Building Science building SMART alliance. National Bim Standard United-States Version 3[R].2015：2-3.

[2]中國房地產(chǎn)協(xié)會商業(yè)地產(chǎn)專業(yè)委員會，中國建筑協(xié)會工程建設(shè)質(zhì)量管理分會，中國建筑學(xué)會工程管理研究分會，中國土木工程學(xué)會計算機應(yīng)用分會.中國工程建設(shè)BIM應(yīng)用研究報告（2011）[R].2011：10-12.

[3]AutoDesk，DodgeData & Analytics，CH-Business-Value-BIM-China-2015[R].2015：7-13.

[4]高書克.BIM技術(shù)在市政道路設(shè)計中的應(yīng)用[A].中國土木工程學(xué)會計算機應(yīng)用分會，中國建筑學(xué)會建筑結(jié)構(gòu)分會計算機應(yīng)用專業(yè)委員會.第十七屆全國工程建設(shè)計算機應(yīng)用大會論文集[C].2014.

[5]上海市政工程設(shè)計研究總院（集團）有限公司.BIM和PLM技術(shù)在市政工程三維設(shè)計中的應(yīng)用[J].中國勘察設(shè)計，2012，28（12）：68-77.