基于BIM的市政道路優(yōu)化與設(shè)計(jì)

王寶石

（甘肅省建設(shè)設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，甘肅 蘭州 730050）

目前，在市政道路設(shè)計(jì)工作中，可應(yīng)用BIM 技術(shù)軟件主要為Civil 3D 軟件、3ds Max Design 軟件、Navisworks 軟件、Sketch UP 軟件以及Arc GIS 軟件等[1]。利用BIM 軟件，可以獲得市政道路三維模型，在此基礎(chǔ)上，可以完成分析設(shè)計(jì)方案、評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)方案等工作。

1 基于BIM的市政道路優(yōu)化與設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)

1.1 三維模型設(shè)計(jì)

在BIM 技術(shù)軟件基礎(chǔ)上，三維模型設(shè)計(jì)是重要優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)。三維模型設(shè)計(jì)可以讓設(shè)計(jì)工作者高效處理地形圖，使用BIM 技術(shù)軟件可以生成地面線，如果后期存在線位調(diào)整的現(xiàn)象，那么可以讓調(diào)整后線位高程得出，幫助設(shè)計(jì)工作者節(jié)約時(shí)間。除此之外，針對(duì)市政道路優(yōu)化設(shè)計(jì)中的交叉口渠化設(shè)計(jì)工作，使用BIM 技術(shù)軟件也可以使其高效開(kāi)展[2]。

1.2 信息交互共享

BIM 軟件構(gòu)建模型可以使數(shù)據(jù)信息得到展現(xiàn)，在具體評(píng)審設(shè)計(jì)的過(guò)程中，可以使用數(shù)字化方式使所有人員參與至評(píng)審工作中，使方案評(píng)審的直觀性得以提升。與此同時(shí)，道路工程師可以直接傳送路線信息、縱斷面信息以及曲面信息給結(jié)構(gòu)工程師，在BIM 技術(shù)軟件中完成箱形涵洞、橋梁以及多種交通結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)工作，實(shí)現(xiàn)多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)目標(biāo)。

1.3 工程計(jì)算分析

應(yīng)用BIM 技術(shù)軟件，利用DEM 方法，可以有效計(jì)算設(shè)計(jì)曲面、現(xiàn)有曲面土方量信息，使用Civil 3D 軟件，可以使土方調(diào)配表得以生成，進(jìn)而得出合理挖填距離、移動(dòng)土方量以及具體移動(dòng)方向，為后續(xù)施工順利開(kāi)展奠定基礎(chǔ)。

1.4 施工模擬檢查

在市政道路設(shè)計(jì)中，利用BIM 技術(shù)軟件可以讓傳統(tǒng)設(shè)計(jì)工作中存在的設(shè)計(jì)缺陷得到有效規(guī)避，如不同專業(yè)設(shè)計(jì)碰撞、難以識(shí)別設(shè)計(jì)錯(cuò)誤等。與此同時(shí)，使用BIM 技術(shù)軟件開(kāi)展施工模擬工作，可以在項(xiàng)目建設(shè)開(kāi)始之前對(duì)施工規(guī)劃予以評(píng)估，有效降低施工成本。

2 基于BIM的市政道路優(yōu)化與設(shè)計(jì)應(yīng)用

在市政道路優(yōu)化與設(shè)計(jì)應(yīng)用中，主要技術(shù)操作流程為：應(yīng)用Civil 3D 處理分析地形圖，完成線型設(shè)計(jì)；對(duì)成果格式標(biāo)準(zhǔn)化處理，三維模型采用IFC，允許用戶交互，資源共享；對(duì)技術(shù)方案進(jìn)行優(yōu)選；計(jì)算工程量、施工模擬、設(shè)計(jì)景觀出圖。

2.1 圖形處理分析

在市政道路設(shè)計(jì)工作中，勘測(cè)單位需要對(duì)多種勘測(cè)技術(shù)予以應(yīng)用，其應(yīng)用BIM 技術(shù)軟件，設(shè)計(jì)師可以轉(zhuǎn)化地形數(shù)據(jù)信息為高程三維圖形，使用Civil 3D 軟件中的命令功能，可以讓高層信息加入高程點(diǎn)，讓地形曲面三維圖形得以生成，之后可以剔除粗差點(diǎn)，并開(kāi)展高程與流域分析工作，使基礎(chǔ)定線準(zhǔn)確性得到保證，為后期市政道路設(shè)計(jì)、施工工作奠定基礎(chǔ)。

2.2 線形設(shè)計(jì)優(yōu)化

2.2.1 平面設(shè)計(jì)

在市政道路線形設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)工作者需要對(duì)緩和曲線最小長(zhǎng)度、圓曲線最小半徑以及公共交通站距、車(chē)道寬度等數(shù)據(jù)信息進(jìn)行全面考量，保證設(shè)計(jì)車(chē)速要求以及設(shè)計(jì)通行能力要求得到滿足。具體技術(shù)操作如下：通過(guò)對(duì)“從對(duì)象創(chuàng)建路線”命令予以點(diǎn)擊，然后選擇規(guī)范文件選項(xiàng)，可以生成設(shè)計(jì)路線，路線元素中的黃色嘆號(hào)可以讓不符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求的情況得以顯示，利用“路線布局參數(shù)”可以進(jìn)行有效修改，保證路線與設(shè)計(jì)要求高度相符，最后可以讓2 條設(shè)計(jì)路線進(jìn)行有效對(duì)比，利用此種方法，可以讓設(shè)計(jì)工作者兩路線規(guī)劃工作得以高效完成，讓數(shù)據(jù)信息得到直觀把握。

2.2.2 橫斷面設(shè)計(jì)

如果市政道路橫斷面設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，那么利用BIM 技術(shù)軟件往往可以發(fā)揮出明顯優(yōu)勢(shì)。應(yīng)用Civil 3D 軟件中的橫斷面編輯器，就可以靈活裝配各個(gè)部件，道路模型以及橫斷面具有密切聯(lián)系，可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)更新，如圖1 所示。

與此同時(shí)，在具體設(shè)計(jì)過(guò)程中，利用代碼可以表示橫斷面中的線元素、點(diǎn)元素，利用點(diǎn)可連接要素線，利用線可以連接為曲面。在具體操作技術(shù)中，應(yīng)注意代碼集管理工作，后期應(yīng)利用代碼對(duì)各種曲面以及要素現(xiàn)進(jìn)行操作。部分代碼歸納為表1。

表1 部分代碼歸納

圖1 橫斷面編輯器

2.2.3 縱斷面設(shè)計(jì)

縱斷面設(shè)計(jì)過(guò)程中，市政道路設(shè)計(jì)工作者利用BIM 技術(shù)軟件可以讓原曲面縱斷面得以生成，具體操作技術(shù)如下：首先，需要對(duì)設(shè)計(jì)路線予以選擇，然后需要設(shè)定數(shù)據(jù)源是原地形曲面，讓地形曲面縱斷面得以生成，利用此種方法，可以讓數(shù)據(jù)信息處理分析準(zhǔn)確性得到保證。在空白處，可以繪制縱斷面圖，在縱斷面線基礎(chǔ)上對(duì)多種因素進(jìn)行全面考量，完成縱斷面設(shè)計(jì)工作，與此同時(shí)，設(shè)計(jì)工作者利用“縱斷面柵格視圖”功能，可以讓豎曲線坡度、半徑等指標(biāo)得以有效查看。

2.3 道路土方計(jì)算

在傳統(tǒng)市政道路土方量計(jì)算工作中，方格網(wǎng)法、斷面法以及等高線法得到了廣泛應(yīng)用，此類(lèi)方法只能求出近似數(shù)值，并且會(huì)受到市政道路不同地形的影響。利用BIM 技術(shù)軟件，可以使用DEM（數(shù)字高程模型）法對(duì)土方量進(jìn)行有效計(jì)算。具體操作技術(shù)如下：首先，應(yīng)完成設(shè)計(jì)地表面區(qū)域以及初始地表面區(qū)域DEM 模型予以構(gòu)建；然后，可以利用技術(shù)軟件進(jìn)行比較分析，完成土方量計(jì)算工作，利用三維模型，可以讓比較結(jié)果準(zhǔn)確性得到保證[3]。

2.4 管線綜合設(shè)計(jì)

市政道路設(shè)計(jì)優(yōu)化中，應(yīng)對(duì)道路電力管線、雨水管線、燃?xì)夤芫€、電信管線的設(shè)計(jì)工作進(jìn)行全面考量，在此基礎(chǔ)上保證設(shè)計(jì)綜合性。應(yīng)用BIM 技術(shù)軟件，可以在管線設(shè)計(jì)中開(kāi)展管線碰撞檢測(cè)工作，為設(shè)計(jì)人員提供碰撞信息，保證修改及時(shí)性，讓返工現(xiàn)象得以減少。具體操作技術(shù)如下：利用ArcGIS 軟件對(duì)管線進(jìn)行有效編輯，利用工具庫(kù)以及GIS 組件庫(kù)，讓管線設(shè)計(jì)滿足管理人員要求以及施工單位要求，完成數(shù)據(jù)化處理、協(xié)同設(shè)計(jì)、信息查詢等多種工作。

2.5 施工模擬分析

在市政道路設(shè)計(jì)優(yōu)化階段，需要對(duì)施工情況進(jìn)行全面考量，避免有建筑物破壞現(xiàn)象以及工程事故出現(xiàn)。使用Navisworks 軟件，就可以讓工程項(xiàng)目施工模擬得以實(shí)現(xiàn)，具體操作技術(shù)如下：首先，需要分解軟件中的道路模型，讓多種分項(xiàng)工程得以輸出，為分項(xiàng)工程構(gòu)建曲面，在差異化圖層中進(jìn)行放置；然后，使用Timeliner 控件可以對(duì)分項(xiàng)工程計(jì)劃的開(kāi)始、結(jié)束時(shí)間予以輸入，制作施工模擬動(dòng)畫(huà)。通過(guò)信息高度整合，可以讓施工進(jìn)度預(yù)處理工作完成，為后續(xù)工作開(kāi)展奠定基礎(chǔ)。

2.6 城市景觀設(shè)計(jì)

城市道路設(shè)計(jì)需要與城市景觀設(shè)計(jì)具有高度契合性，為了保證城市道路美學(xué)價(jià)值，需要在城市道路設(shè)計(jì)中考量整體景觀特點(diǎn)。具體操作技術(shù)如下：使用Google Earth 軟件，在市政道路設(shè)計(jì)中提取真實(shí)情況三維模型，使用Civil 3D 軟件可以完成道路三維模型設(shè)計(jì)工作，之后在3ds Max Design 軟件中導(dǎo)入dwg 格式模型，對(duì)其開(kāi)展渲染處理工作，使用Sketch UP 軟件，構(gòu)思設(shè)計(jì)方案，繪制設(shè)計(jì)草圖，最后，可以呈現(xiàn)城市景觀設(shè)計(jì)圖。如在我國(guó)南京市某市政道路工程設(shè)計(jì)中，就使用了3ds Max Design 軟件，完成了模型渲染工作，其城市景觀設(shè)計(jì)如圖2 所示。

圖2 城市景觀設(shè)計(jì)

結(jié)合圖2，和傳統(tǒng)設(shè)計(jì)圖相比，城市景觀設(shè)計(jì)效果圖的具體性、形象性相對(duì)較高，利用此效果圖，設(shè)計(jì)師可以使用多種渠道直觀展示設(shè)計(jì)成果，以獲得群眾理解。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在市政道路工程中，設(shè)計(jì)工作者利用BIM 技術(shù)軟件，通過(guò)做好圖形處理分析、線形設(shè)計(jì)優(yōu)化、道路土方計(jì)算、管線綜合設(shè)計(jì)、施工模擬分析、駕駛模擬分析以及城市景觀設(shè)計(jì)工作，可以讓市政道路設(shè)計(jì)工作高效開(kāi)展，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，進(jìn)而提升市政道路工程設(shè)計(jì)質(zhì)量，為后期順利建設(shè)奠定基礎(chǔ)。