BIM技術(shù)在市政道路工程中方案階段的應(yīng)用研究

陸黃超

摘? 要：運(yùn)用BIM的三維可視化技術(shù)+傾斜攝影三維實(shí)景地形，可以實(shí)現(xiàn)市政道路的虛擬仿真漫游，能將市政道路工程設(shè)計(jì)方案全方位真實(shí)的呈現(xiàn)出來，更有利于方案的比選、分析和決策。BIM的多專業(yè)信息整合功能還有利于市政道路工程的信息存儲和查詢，相當(dāng)于建立一個道路工程的可視化三維模型數(shù)據(jù)庫。

關(guān)鍵詞：BIM;三維可視化;傾斜攝影;信息存儲

中圖分類號：U412.37? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）24-0172-03

Abstract： Using the three-dimensional visualization technology of BIM and the three-dimensional real terrain of tilt photography， the virtual simulation roaming of municipal road can be realized， and the design scheme of municipal road engineering can be presented in all directions. It is more beneficial to the comparison， analysis and decision-making of the scheme. The multi-professional information integration function of BIM is also beneficial to the information storage and query of municipal road engineering， which is equivalent to the establishment of a visual three-dimensional model database of road engineering.

Keywords： BIM; 3D visualization; tilt photography; information storage

1 概述

BIM技術(shù)是在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）等技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的多維模型信息集成技術(shù)，是對建筑工程物理特征和功能性信息的數(shù)字化承載和可視化表達(dá)[1]。完整的BIM技術(shù)應(yīng)用是將各專業(yè)工程信息整合成一個數(shù)字模型，對項(xiàng)目進(jìn)行規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)營管理，其應(yīng)用貫穿于工程全生命周期[2]。

如今市政道路工程的方案設(shè)計(jì)越來越受重視，尤其在工程方案的信息傳遞、表達(dá)、效果展示方面，如存在多層構(gòu)造形式的立交、高架、下穿通道等道路工程，以及道路周邊場景環(huán)境較為復(fù)雜時，平面形式并結(jié)合效果圖的表達(dá)展示方式往往需要大量的文字說明輔助解釋工程方案，而業(yè)主及非專業(yè)人士往往需要大量時間精力理解方案，有時候匯報(bào)展示結(jié)束，業(yè)主可能未完全理解方案的全部內(nèi)容，方案表達(dá)效果較差，直接影響方案的比選和決策。

采用一種更為形象的表達(dá)展示方式尤為重要，如對工程實(shí)時進(jìn)行任意位置、視點(diǎn)、高度基于速度的道路三維全景漫游，再利用衛(wèi)星或者航空數(shù)字影像進(jìn)行模型貼圖處理后，營造出市政道路工程虛擬現(xiàn)實(shí)空間，能夠?qū)こ倘轿恢庇^的表達(dá)。而BIM的三維可視化表達(dá)技術(shù)正適合運(yùn)用于該類工程的效果展示工作。

2 研究思路

市政道路工程所包含的專業(yè)眾多，其主體專業(yè)主要包括：道路、排水、結(jié)構(gòu)和交通設(shè)施，如何創(chuàng)建各專業(yè)BIM三維信息模型并將其整合一起是實(shí)現(xiàn)市政道路三維實(shí)景展示的關(guān)鍵。本次研究主要基于鴻業(yè)路易系列軟件，模型的創(chuàng)建基本采用模塊化設(shè)計(jì)，使建模更加簡便，主要流程如圖1所示。

為更好地展示市政道路工程方案中的各項(xiàng)設(shè)計(jì)內(nèi)容，并考慮模型大小對計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度和漫游展示的影響，本次研究經(jīng)反復(fù)比選確定模型中各專業(yè)所包含的內(nèi)容如表1所示。

3 案例應(yīng)用分析

3.1 項(xiàng)目概況

內(nèi)陸地區(qū)某城市主干路，全長2.5km，其中，道路K0+000～K1+300為主線高架+地面輔道形式，路幅寬56～66.5m;道路K1+300～K2+500為地面主輔路形式，路幅寬45～61m。道路全線包含一個全互通立交，一個部分互通立交，一座人行過街天橋，四個平面交叉口及1200m的高架。

3.2 道路模型

3.2.1 平縱橫設(shè)計(jì)

道路線形設(shè)計(jì)與一般的二維設(shè)計(jì)一致，可采用曲線法或?qū)Ь€法設(shè)計(jì)[3]。生成道路路線后，即可進(jìn)行道路縱斷面設(shè)計(jì)，在縱斷設(shè)計(jì)之前需根據(jù)三維地形數(shù)據(jù)，提取道路中心線位置的自然縱斷標(biāo)高數(shù)據(jù)，之后再進(jìn)行縱斷拉坡設(shè)計(jì)。道路橫斷面的BIM模型將路面結(jié)構(gòu)信息也整合在一起。BIM技術(shù)較傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的優(yōu)勢如表2所示。

3.2.2 交叉口設(shè)計(jì)

在交叉口的BIM設(shè)計(jì)之前需先完成兩條相交道路的平縱橫設(shè)計(jì)，再根據(jù)車速和視距等因素合理設(shè)置轉(zhuǎn)彎半徑，并根據(jù)過街距離增加渠化島及二次過街島。

3.2.3 立交設(shè)計(jì)

立交的平縱橫設(shè)計(jì)同一般道路BIM設(shè)計(jì)方法類似，需要注意的是立交兩條匝道交匯處的縱斷標(biāo)高及坡度盡可能一致，以免后續(xù)縱斷傳坡試算通不過。立交的出入口設(shè)計(jì)模塊主要有入口、出口、分合流對接三種，可根據(jù)道路等級、設(shè)計(jì)速度合理調(diào)整立交出入口的參數(shù)：加減速車道長度、漸變段長度、鼻端位置和半徑、輔助車道長度和寬度等。

3.3 排水模型

市政道路排水專業(yè)BIM模型主要包含雨污水管道和各類檢查井。

3.3.1 排水管道平面設(shè)計(jì)

根據(jù)道路雨污水規(guī)劃圖，結(jié)合道路高低點(diǎn)，按照道路雨污水管線規(guī)劃斷面位置，繪制雨污水管道平面。管道平面布置后，按照水力計(jì)算結(jié)果對管道規(guī)格和坡度進(jìn)行初步調(diào)整，之后進(jìn)行雨水口布置，完成后，需要將雨水口和雨水檢查井通過雨水口連接管連在一起。

3.3.2 排水管道縱斷面設(shè)計(jì)

豎向設(shè)計(jì)過程的選擇井標(biāo)準(zhǔn)圖號、繪制選擇斷面等功能均要求有節(jié)點(diǎn)地面標(biāo)高，管道縱斷圖設(shè)計(jì)可分如下步驟進(jìn)行：定義管道坡度→定義管道標(biāo)高→雨水口連接管標(biāo)高→管高交互設(shè)計(jì)。完成上述豎向設(shè)計(jì)之后，可以利用碰撞檢測功能，對管道系統(tǒng)標(biāo)高進(jìn)行合理化判斷，是否滿足規(guī)范間距要求。

排水管道建模成功后，即可進(jìn)行三維查看效果（如圖3）。

3.4 橋梁結(jié)構(gòu)模型

高架、立交橋梁BIM模型創(chuàng)建之前需完成道路平縱橫的設(shè)計(jì)，之后確定橋梁上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)方案，再進(jìn)行橋梁規(guī)格定義。橋梁規(guī)格定義主要按以下環(huán)節(jié)進(jìn)行：護(hù)欄定義→主梁斷面定義→上部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)→橋墩規(guī)格設(shè)置→蓋梁墩帽規(guī)格設(shè)置→橋臺規(guī)格設(shè)置。經(jīng)過以上環(huán)節(jié)，便可以完成橋梁上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的基本組件設(shè)計(jì)。

根據(jù)已設(shè)計(jì)橋梁組件模塊，再進(jìn)行路線上的橋梁定義。該環(huán)節(jié)主要工作內(nèi)容為：橋梁分幅定義→定義橋梁起終點(diǎn)→定義橋梁起終點(diǎn)樁號→設(shè)置橋梁跨數(shù)、跨徑和上部結(jié)構(gòu)高。

本工程除高架立交橋梁結(jié)構(gòu)外，還包含過街人行天橋的設(shè)計(jì)，過街天橋的BIM模型創(chuàng)建，同樣采用模塊化設(shè)計(jì)。天橋設(shè)計(jì)之前先定義天橋軸線，之后按以下環(huán)節(jié)分步進(jìn)行：控制輸入梁的上下部結(jié)構(gòu)尺寸→確定橋底凈空→指定橋墩位置和尺寸→定義梯度參數(shù)→設(shè)計(jì)天橋裝飾樣式。

3.5 三維傾斜攝影+道路實(shí)體模型

為更真實(shí)的模擬展示改造道路周邊的復(fù)雜環(huán)境，本次市政道路BIM模型的地形采用無人機(jī)傾斜攝影采集，并生成實(shí)景三維地形，與道路實(shí)體模型合并。

通過三維實(shí)景加BIM的三維模型整合分析，可以清楚地展現(xiàn)道路改造前后對周邊建筑及場地的影響，更加直觀地看出哪些建筑需要拆遷，哪些保留，幫助業(yè)主做出更加準(zhǔn)確的決策。

4 結(jié)束語

（1）市政道路工程應(yīng)用BIM三維可視化表達(dá)技術(shù)可以直觀地展現(xiàn)道路、立交、橋梁、排水、交通設(shè)施和周邊場景等信息的三維實(shí)景狀態(tài)，對于工程方案的比選和決策有著重要作用。

（2）BIM技術(shù)除了三維表達(dá)功能外，還包括很重要的多專業(yè)信息整合功能，信息的整合可以更有利于市政道路工程的信息存儲和查詢，即建立一個可視化的三維模型數(shù)據(jù)庫。

參考文獻(xiàn)：

[1]上海市建筑信息模型技術(shù)應(yīng)用指南[M].上海：上海市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)管理委員會，2017.

[2]清華大學(xué)BIM課題組.中國建筑信息模型標(biāo)準(zhǔn)框架研究[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[3]嚴(yán)作人，陳雨人，張宏超，等.道路工程[M].北京：人民交通出版社，2011.