基于BIM技術(shù)的道路工程三維可視化協(xié)同設(shè)計(jì)研究

李曉夢 熊月平

摘 要：本文基于BIM技術(shù)的發(fā)展，結(jié)合我國道路工程建設(shè)現(xiàn)狀，著眼于BIM技術(shù)在道路工程三維設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢，研究了基于Civil 3D與Infraworks為主線的道路工程三維可視化協(xié)同設(shè)計(jì)應(yīng)用，以期提高道路工程設(shè)計(jì)質(zhì)量與效率，減少返工，節(jié)約成本。

關(guān)鍵詞：道路工程;BIM;Civil 3D;三維可視化;協(xié)同設(shè)計(jì)

中圖分類號：U412.3文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2020）02-0023-02

Abstract： Based on the development of BIM technology and the current status of China's road engineering construction， this paper focused on the advantages of BIM technology in 3D design of road engineering， and studied the collaborative design application of 3D visualization of road engineering based on Civil 3D and Infraworks， with a view to improving the quality and efficiency of road engineering design， reducing rework and saving cost.

Keywords： road engineering;BIM;civil 3D;three-dimensional visualization;collaborative design

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市化進(jìn)程的推進(jìn)，道路工程的設(shè)計(jì)、施工過程對工期、質(zhì)量和技術(shù)的要求也越來越高。道路工程的設(shè)計(jì)與建設(shè)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要各階段銜接順暢和協(xié)同作業(yè)。BIM技術(shù)作為一種先進(jìn)的設(shè)計(jì)手段和管理平臺，正推動著整個(gè)工程建設(shè)領(lǐng)域的變革，加強(qiáng)BIM技術(shù)在道路工程三維可視化協(xié)同設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究具有重要意義。

1 BIM技術(shù)概述

BIM技術(shù)即建筑信息技術(shù)，主要應(yīng)用的是數(shù)字信息技術(shù)，其原理是將項(xiàng)目相關(guān)數(shù)據(jù)集成建立數(shù)據(jù)信息模型，可以實(shí)現(xiàn)信息共享和協(xié)同作業(yè)。BIM技術(shù)是目前土建、機(jī)電、交通、水利等各專業(yè)建設(shè)領(lǐng)域大力推廣的一項(xiàng)新技術(shù)。從二維CAD過渡到以BIM技術(shù)為核心的三維模型設(shè)計(jì)，將是未來計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢。按照集成信息的特征，BIM模型可以分為3D模型、4D模型、5D模型乃至nD模型。

2 BIM技術(shù)在道路工程設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢

BIM技術(shù)可以應(yīng)用于道路工程中，具體表現(xiàn)為道路信息模型。道路信息模型技術(shù)有效應(yīng)用了三維數(shù)字技術(shù)，借助相關(guān)軟件，可實(shí)現(xiàn)道路工程三維動態(tài)設(shè)計(jì)和分析，具有三維可視化、協(xié)同化、仿真化和精細(xì)化的特點(diǎn)[1]。利用BIM技術(shù)及相關(guān)理念，可以促進(jìn)道路工程設(shè)計(jì)信息的多專業(yè)共享、設(shè)計(jì)修改的動態(tài)關(guān)聯(lián)、設(shè)計(jì)成果的三維直觀展示、設(shè)計(jì)成果的仿真分析，從而使道路設(shè)計(jì)更加精細(xì)、仿真，減少返工浪費(fèi)，優(yōu)化方案抉擇，確保道路工程設(shè)計(jì)能夠達(dá)到預(yù)期[2-3]。

當(dāng)前，人們可以將Civil 3D與Infraworks作為主線，進(jìn)行道路工程三維可視化協(xié)同設(shè)計(jì)。

Civil 3D是在AutoCAD基礎(chǔ)上推出的一款面向基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)的建筑信息模型解決方案，以基于三維模型創(chuàng)建設(shè)計(jì)的工作方式與設(shè)計(jì)對象之間的交互作用實(shí)現(xiàn)三維自動化動態(tài)設(shè)計(jì)，主要應(yīng)用于三維地形處理、場地規(guī)劃、道路設(shè)計(jì)、雨污水排放系統(tǒng)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域。當(dāng)設(shè)計(jì)要素變化時(shí)，地形曲面、縱斷面、橫斷面、標(biāo)注等均以動態(tài)方式鏈接自動變化，極大降低重復(fù)工作量，能夠更快、更輕松地評估多種設(shè)計(jì)方案、優(yōu)化決策并生成最新的圖紙[4-5]。

Infraworks是一款建造基礎(chǔ)設(shè)施模型的設(shè)計(jì)工具，軟件突破性地建立了3D場地可視化技術(shù)，可幫助設(shè)計(jì)人員創(chuàng)建豐富的三維場地模型，能夠高效、快捷地管理地形、地物以及大型基礎(chǔ)設(shè)施等模型并協(xié)助加速設(shè)計(jì)流程，生成三維實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)方案，促進(jìn)決策者對項(xiàng)目全方位、多角度系統(tǒng)的理解，以便做出更好的決策。

3 基于BIM技術(shù)的道路工程三維可視化協(xié)同設(shè)計(jì)

3.1 基于Civil 3D的三維地形曲面與道路模型創(chuàng)建

3.1.1 數(shù)字地形曲面創(chuàng)建。三維地形曲面是三維建模與設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，為道路建模與可視化設(shè)計(jì)提供了原始數(shù)據(jù)。根據(jù)已有地形圖與測量資料，利用Civil 3D軟件提取相關(guān)高程點(diǎn)、等高線、特征線，并刪除粗差點(diǎn)，創(chuàng)建三維數(shù)字地形曲面，可以對地形曲面進(jìn)行高程、坡度、匯水等相關(guān)分析，通過綜合研究考慮地形地貌各項(xiàng)因素，為道路工程設(shè)計(jì)做好各項(xiàng)前期準(zhǔn)備工作。

3.1.2 創(chuàng)建路線中心線。依據(jù)已創(chuàng)建的地形曲面，選擇路線創(chuàng)建工具，設(shè)置道路樣式與名稱，選擇路線布局工具，選擇曲線類型，設(shè)置前、后緩和曲線的長度與默認(rèn)半徑，并結(jié)合給定控制點(diǎn)，創(chuàng)建道路中心線。

3.1.3 創(chuàng)建道路縱斷面。選擇創(chuàng)建曲面縱斷面命令，選擇地形曲面與路線中心線，然后選擇在縱斷面圖中繪制，完成原始地形曲面縱斷面的創(chuàng)建。在創(chuàng)建完成地形曲面縱斷面后進(jìn)行道路縱斷面設(shè)計(jì)，選擇縱斷面創(chuàng)建工具命令，設(shè)置曲線類型與默認(rèn)半徑，采用交點(diǎn)法繪制縱坡，創(chuàng)建變坡點(diǎn)，完成縱斷面設(shè)計(jì)。

3.1.4 創(chuàng)建裝配。裝配是創(chuàng)建道路的重要組成部分，部件是道路裝配的最基本零件。可通過修改Civil 3D軟件已經(jīng)創(chuàng)建好的基本道路裝配特性創(chuàng)建裝配，或利用部件組裝符合工程實(shí)際情況的新裝配。

3.1.5 創(chuàng)建道路模型。路線決定了道路模型的平面走向，縱斷面是道路模型在空間的基準(zhǔn)線，裝配是道路模型的標(biāo)準(zhǔn)橫斷面。點(diǎn)擊創(chuàng)建道路命令，設(shè)置道路名稱，選擇路線、縱斷面、裝配及目標(biāo)曲面，創(chuàng)建道路模型。

3.2 衛(wèi)片的下載與糾偏

為使項(xiàng)目所在區(qū)域建模更加真實(shí)、形象，并為建筑物、道路、隔離帶、綠化等模型的布置提供參考依據(jù)，實(shí)現(xiàn)道路工程三維可視化協(xié)同設(shè)計(jì)，在場地建模中采用衛(wèi)星地圖與實(shí)際地形曲面相貼合的方法。利用LocaSpaceViewer軟件獲取項(xiàng)目所在地高清衛(wèi)片，采用Raster Tools軟件進(jìn)行糾偏，使衛(wèi)片與地形曲面良好貼合。

3.3 基于Revit的三維地物模型創(chuàng)建

地物作為三維場地模型的重要組成部分，對豐富和真實(shí)表現(xiàn)工程場地整體布局情況有重要作用。Revit軟件是BIM主流建模軟件之一，具有參數(shù)化精確建模、實(shí)時(shí)聯(lián)動、顯著提升工作效率等優(yōu)勢，可以用于創(chuàng)建道路交通標(biāo)志牌、標(biāo)志性建筑物等三維模型。

3.4 Infraworks道路工程三維可視化設(shè)計(jì)

Infraworks是一款功能強(qiáng)大的全新設(shè)計(jì)工具和整合平臺軟件，可根據(jù)項(xiàng)目真實(shí)環(huán)境極其方便快捷地創(chuàng)建和編輯道路、隔離帶、水域、綠化等模型，并可進(jìn)行交通模擬分析、可視化展示等操作。

導(dǎo)入已糾偏過的地形曲面、道路曲面以及衛(wèi)片，并設(shè)置好坐標(biāo)系，Infraworks里面會自動生成三維場地模型與道路模型，將Revit創(chuàng)建的地物模型以.fbx格式或者.dae格式導(dǎo)入Infraworks中，并且結(jié)合Infraworks自帶的水域、河流、樹叢等場地要素進(jìn)行場地布景。三維道路與場地模型創(chuàng)建完成后，可以進(jìn)行模擬駕駛、動態(tài)查詢、交通模擬分析等工程應(yīng)用，利用故事板創(chuàng)建器制作三維場景漫游視頻，進(jìn)行道路工程設(shè)計(jì)展示。

4 結(jié)論

本文以BIM技術(shù)的發(fā)展為基礎(chǔ)，以Civil 3D和Infraworks軟件為主線進(jìn)行了道路工程三維可視化協(xié)同設(shè)計(jì)研究。其間利用Civil 3D軟件提取等高線、高程點(diǎn)、特征線等信息來創(chuàng)建地形曲面，利用Revit創(chuàng)建三維地物模型，利用LocaSpace Viewer下載衛(wèi)片，并采用Raster Tools進(jìn)行糾偏，將創(chuàng)建的地形曲面、道路曲面以及衛(wèi)片、地物模型全部導(dǎo)入Infraworks進(jìn)行三維布置，并進(jìn)行交通模型、三維場景漫游等應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)道路工程三維可視化協(xié)同設(shè)計(jì)，使得道路工程的設(shè)計(jì)與展示更加快捷、精確，最終真實(shí)地呈現(xiàn)設(shè)計(jì)成果，縮短設(shè)計(jì)周期，減少返工，節(jié)約成本。

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