BIM技術(shù)的國際研究概況與我國市政BIM應(yīng)用分析

郭 紅 兵，趙 亞 蘭

(1.陜西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710018； 2.長安大學(xué) 公路學(xué)院，陜西 西安 710064)

在BIM(Building Information Model)技術(shù)應(yīng)用中，三維建筑信息BIM模型的建立與管理是不可或缺的關(guān)鍵工作。但是，在工程全生命周期的不同階段，BIM模型的內(nèi)容、細(xì)節(jié)該如何掌握與要求，各行各業(yè)都一直希望能有一套統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范可以遵循。特別是當(dāng)項(xiàng)目合同中涉及BIM模型的交付時(shí)，項(xiàng)目合同的甲乙雙方更需要在交付BIM模型的內(nèi)容、細(xì)節(jié)上達(dá)成共識(shí)。尤其是對(duì)于乙方而言，明確掌握甲方對(duì)交付BIM模型的預(yù)先期待與要求，才能精準(zhǔn)估算構(gòu)建BIM模型所需投入的資源與成本，并確保所交付的BIM模型能符合甲方后續(xù)的應(yīng)用要求[1]。本文在對(duì)BIM技術(shù)的國際研究概況進(jìn)行系統(tǒng)性綜述的基礎(chǔ)上，深入分析了BIM技術(shù)在我國市政工程設(shè)計(jì)行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀，及其發(fā)展中遇到的主要問題；并對(duì)其發(fā)展前景與技術(shù)路線進(jìn)行了預(yù)測與展望，對(duì)于加快推進(jìn)BIM技術(shù)在我國市政工程中的應(yīng)用具有重要的意義。

1 BIM技術(shù)的國際研究概況

近十余年來，隨著BIM技術(shù)的出現(xiàn)、發(fā)展與推廣應(yīng)用，國內(nèi)外土木工程建設(shè)行業(yè)的許多企事業(yè)單位、業(yè)主實(shí)體和工程公司都希望能夠建立一套統(tǒng)一的BIM技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，以便于工程項(xiàng)目合同雙方在 BIM技術(shù)應(yīng)用方面達(dá)成共識(shí)，甲乙雙方在盡可能降低投入的同時(shí)，均取得預(yù)期目的與效益。

BIM技術(shù)首先是在美國得以應(yīng)用及推廣，并逐步向全世界范圍擴(kuò)展的。在國外土木工程建設(shè)行業(yè)，已經(jīng)有一些大型業(yè)主單位、行業(yè)協(xié)會(huì)、高校與科研機(jī)構(gòu)創(chuàng)建了一些BIM技術(shù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，付諸于實(shí)踐并加以推廣應(yīng)用，取得了良好的實(shí)踐應(yīng)用效果。例如：美國于2007年5月發(fā)布的《美國聯(lián)邦總務(wù)局BIM指南》(General Services Administration BIM Guide-United States)[2]，于2007年12月發(fā)布的《美國國家BIM標(biāo)準(zhǔn)》(National Building Information Modeling Standard-United States)[3]，澳大利亞于2009年7月發(fā)布的《澳大利亞國家數(shù)字模擬指南》(National Guide for Digital Modeling-Australia)[4]，以及英國于2009年11月發(fā)布的《英國現(xiàn)代資本集團(tuán)AEC(UK)BIM標(biāo)準(zhǔn)》(Advance Emerging Capital Limited(the United Kingdom)BIM Standard)[5]等，均已作為推薦性的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)得到了廣泛的實(shí)踐應(yīng)用。在目前國外土木工程建設(shè)行業(yè)應(yīng)用水平下，以上這些 BIM技術(shù)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范可大致分為企業(yè)單位(公司)的內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)、業(yè)主單位(或政府)的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)(企業(yè))協(xié)會(huì)的推薦性標(biāo)準(zhǔn)等三大類型。

挪威在2010年提出《SN/TS 3489：2010 Implementation of support for IFD Library in an IFC model》標(biāo)準(zhǔn)，給出了基于IFC模型交換的數(shù)據(jù)字典標(biāo)準(zhǔn)，并且完成了信息傳遞手冊(Information Delivery Manual-IDM)標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目研究，該研究主要是為了解決建筑項(xiàng)目中各個(gè)任務(wù)之間的信息交換需求。新加坡政府早在1995年就啟動(dòng)了建筑信息化項(xiàng)目CORENET(Construction and Real Estate NETwork)，目的是將建筑工業(yè)瑣碎的業(yè)務(wù)聯(lián)系起來，形成新的建筑體系，提高建筑的質(zhì)量和生產(chǎn)率。2000年，新加坡政府在已有工作基礎(chǔ)上積極開發(fā)了CORENET項(xiàng)目的e-Plan Check，提供對(duì)IFC格式的建筑圖紙的自動(dòng)審圖功能；并在2003～2004年相繼開發(fā)完成了集成建筑規(guī)劃系統(tǒng)IBP(Integrated Building Plan)、集成建筑的服務(wù)系統(tǒng)IBS(Integrated Building Services)。2005年，通過測試、組織學(xué)術(shù)會(huì)議、在經(jīng)濟(jì)上鼓勵(lì)使用BIM設(shè)計(jì)方式、提供對(duì)新系統(tǒng)的培訓(xùn)、在采用的BIM項(xiàng)目中進(jìn)行全程跟蹤和服務(wù)等一系列手段，使系統(tǒng)順利啟用。日本建設(shè)領(lǐng)域信息化的標(biāo)準(zhǔn)為CALS/EC(Continuous Acquisition and Lifecycle Support/Electronic Commerce)，主要內(nèi)容包括工程項(xiàng)目信息的網(wǎng)絡(luò)發(fā)布、電子招投標(biāo)、電子簽約、設(shè)計(jì)和施工信息的電子提交、工程信息在使用和維護(hù)階段的再利用、工程項(xiàng)目業(yè)績數(shù)據(jù)庫應(yīng)用等。

2 BIM技術(shù)在我國市政工程設(shè)計(jì)行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀與關(guān)鍵問題分析

2.1 應(yīng)用現(xiàn)狀

市政工程是一項(xiàng)專業(yè)復(fù)雜、工序繁多的系統(tǒng)性工程，需要多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)、各工序緊密銜接才能得以順利實(shí)施，并發(fā)揮其預(yù)期的效益。作為市政工程建設(shè)的基礎(chǔ)性、前提性工作，城市道路、橋梁、市政管線(給排水)、交通安全設(shè)施和園林綠化等的設(shè)計(jì)成果質(zhì)量直接影響著市政工程的全生命周期服務(wù)質(zhì)量與水平。進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國市政工程建設(shè)速度明顯加快，對(duì)包括市政工程在內(nèi)的涉及國計(jì)民生的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求也越來越高，這就要求市政工程設(shè)計(jì)更加高效，并且考慮更全面、更具體的信息，使得不同專業(yè)設(shè)計(jì)人員之間的信息交換更加頻繁，工作壓力倍增。

2002年，我國引入了BIM的概念。清華大學(xué)葛松培等于2004年發(fā)表《建筑業(yè)信息技術(shù)應(yīng)用新概念—— BIM》一文，首次向國人全面系統(tǒng)地介紹了BIM技術(shù)，使得該項(xiàng)技術(shù)在國內(nèi)逐步被研究和應(yīng)用。BIM具有可視化、模擬性、可出圖性、共享性、協(xié)同化和可追溯性等特點(diǎn)，在工程建設(shè)中可以實(shí)現(xiàn)三維渲染宣傳展示、快速高精度算量、精確計(jì)劃、有效管控、虛擬施工、減少返工、方便決策等工程價(jià)值。因此，首先在我國比較易于實(shí)現(xiàn)構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化的建筑行業(yè)，迅速掀起B(yǎng)IM技術(shù)應(yīng)用與探索實(shí)踐的熱潮。鑒于BIM技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值，國家相關(guān)部委先后發(fā)布關(guān)于在本行業(yè)推行BIM技術(shù)的政策文件。

清華大學(xué)于2009年啟動(dòng)了CBIMS(China Building Information Modeling Standard)項(xiàng)目的研究，該項(xiàng)目研究者認(rèn)為“CBIMS是未來建筑全生命周期的靈魂”[6]。住房城鄉(xiāng)建設(shè)部于2011年5月發(fā)布《2011—2015年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》，指出“十二五期間，加快建筑信息模型(BIM)等新技術(shù)在工程中的應(yīng)用…… ”隨后，2013～2015年住建部相繼發(fā)布了相關(guān)政策，推進(jìn)建筑行業(yè)BIM技術(shù)應(yīng)用，各省住建廳也先后發(fā)布關(guān)于在本省建筑行業(yè)推行BIM技術(shù)的政策文件。2014年10月，陜西省住建廳發(fā)布《陜西省級(jí)財(cái)政助推建筑產(chǎn)業(yè)化》，是國內(nèi)較早出臺(tái) BIM技術(shù)應(yīng)用相關(guān)政策的省份之一。住房城鄉(xiāng)建設(shè)部于2019年1月7日發(fā)布JGJ/T448-2018《建筑工程設(shè)計(jì)信息模型制圖標(biāo)準(zhǔn)》，并于2019年6月1日起開始實(shí)施[7]。該標(biāo)準(zhǔn)主要針對(duì)建筑信息模型(BIM)的表達(dá)、三維模型的工程計(jì)量要求、模型單元的編號(hào)及其顏色、視圖表達(dá)等方面進(jìn)行了統(tǒng)一與標(biāo)準(zhǔn)化[8]，旨在統(tǒng)一BIM模型的信息表達(dá)，提高BIM模型信息在業(yè)主單位、設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位、施工單位等工程項(xiàng)目參與方之間的傳遞、識(shí)別及溝通的效率，以滿足未來裝配式建筑工程建設(shè)項(xiàng)目對(duì)BIM技術(shù)在各個(gè)階段應(yīng)用的預(yù)期需求。

在中國臺(tái)灣地區(qū)，國立臺(tái)灣大學(xué)土木工程資訊模擬與管理研究中心于2017年4月發(fā)布《BIM模型發(fā)展程度規(guī)范》(Level of Development Specification)[1]，旨在以此帶動(dòng)更多學(xué)者對(duì)BIM相關(guān)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)的研討，并帶動(dòng)相關(guān)學(xué)會(huì)(或協(xié)會(huì))，甚至政府部門一起推動(dòng)本土BIM規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)的建立。

在建筑BIM的帶動(dòng)下，市政行業(yè)也啟動(dòng)了BIM技術(shù)在市政工程領(lǐng)域應(yīng)用的探索與實(shí)踐，與城市道路有關(guān)的BIM政策也相繼發(fā)布?！笆濉睍r(shí)期，交通運(yùn)輸部于2015年11月發(fā)布《關(guān)于印發(fā)交通運(yùn)輸重大技術(shù)方向和技術(shù)政策的通知》，其中，BIM技術(shù)應(yīng)用位居十大交通運(yùn)輸重大技術(shù)方向與政策之首。國務(wù)院辦公廳于2017年2月發(fā)布《關(guān)于促進(jìn)建筑業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的意見》，其中：“(十六)加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)應(yīng)用” 指出“加快推進(jìn)BIM技術(shù)在規(guī)劃、勘察、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營維護(hù)過程中的應(yīng)用…… ”。交通運(yùn)輸部辦公廳于2017年9月發(fā)布《關(guān)于開展公路BIM技術(shù)應(yīng)用示范工程建設(shè)的通知》，指出“為貫徹《交通運(yùn)輸信息化“十三五” 發(fā)展規(guī)劃》……決定開展公路BIM技術(shù)應(yīng)用示范工程建設(shè)”[9]。中交集團(tuán)和中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司主編的“中國公路工程BIM標(biāo)準(zhǔn)編制工作大綱”于2017年11月順利通過交通運(yùn)輸部審查。交通運(yùn)輸部辦公廳于2017年12月發(fā)布《關(guān)于推進(jìn)公路水運(yùn)工程BIM技術(shù)應(yīng)用的指導(dǎo)意見》，指出“為提升公路水運(yùn)工程建設(shè)品質(zhì)……決定在公路水運(yùn)工程中大力推進(jìn)BIM技術(shù)的應(yīng)用”。在國家政策的引導(dǎo)下，我國交通運(yùn)輸行業(yè)各企事業(yè)單位都相繼開展了大量的BIM技術(shù)典型項(xiàng)目應(yīng)用與探索[10]，先后出現(xiàn)了許多先進(jìn)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)平臺(tái)，例如：市政工程鴻業(yè)系列、公路工程緯地系列、道路工程EICAD系列等，它們都是我國國內(nèi)具有獨(dú)立的本土化知識(shí)產(chǎn)權(quán)的軟件之杰出代表[11]。至此，我國市政設(shè)計(jì)行業(yè)進(jìn)入了一個(gè)設(shè)計(jì)工具進(jìn)化的百家爭鳴時(shí)期。此外，在國內(nèi)其他土木工程類行業(yè)，以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)，基于BIM+GIS平臺(tái)的跨界跨專業(yè)融合應(yīng)用也相繼展開[12]。

2.2 關(guān)鍵問題

BIM技術(shù)的出現(xiàn)及引入，為我國市政工程設(shè)計(jì)行業(yè)帶來了新的發(fā)展機(jī)遇，也指明了新的發(fā)展路徑。但就目前的發(fā)展現(xiàn)狀而言，在我國市政行業(yè)中，BIM技術(shù)的發(fā)展主要遇到了主體不明、推進(jìn)乏力、缺乏主動(dòng)、發(fā)展緩慢等問題。BIM技術(shù)滯留在“貴族階層”，基本停留在國家政策及一些大型項(xiàng)目層面，極力推廣的主體只是政府和軟件開發(fā)商，很難在廣大普通工程項(xiàng)目中得到積極響應(yīng)。究其原因，主要集中在兩個(gè)方面：效益問題和技術(shù)問題。

效益問題主要表現(xiàn)在BIM技術(shù)的投入主體與獲益主體不一致，甚至完全錯(cuò)位的問題。BIM投入一般是在工程前期，而獲益雖然貫穿整個(gè)工程生命周期，但卻比較偏重后期。不同時(shí)期的工程參與單位不盡相同，造成投入主體和受益主體不一致或不成比例，打擊了投入主體的積極性。

相比于建筑BIM，技術(shù)方面的問題是市政行業(yè)推行BIM技術(shù)的最大障礙。在過去的20 a中，以Autodesk CAD為主要代表的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)平臺(tái)幾乎主宰了我國土木工程建設(shè)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)方式，先后出現(xiàn)了市政工程鴻業(yè)系列、公路工程緯地系列、道路工程EICAD系列等。目前，計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)平臺(tái)正由“以二維為主的輔助繪圖軟件應(yīng)用階段”和“以三維為主的三維設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用階段”轉(zhuǎn)向“‘三維+信息’的BIM應(yīng)用階段”，但是，由于市政工程的系統(tǒng)性及復(fù)雜性，國內(nèi)尚未出現(xiàn)較為成熟的、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的市政BIM技術(shù)軟件平臺(tái)體系。由于本土化技術(shù)平臺(tái)體系支持的不足，在BIM 技術(shù)應(yīng)用方面產(chǎn)生了很多實(shí)際操作層面的問題[11]。例如：由于已有BIM軟件的計(jì)算機(jī)輔助分析能力開發(fā)不足，目前仍然無法徹底解決“一次建模多重使用、多個(gè)專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)”的問題；在設(shè)計(jì)階段引入并應(yīng)用 BIM技術(shù)，由于全國各行業(yè)部委尚未出臺(tái)統(tǒng)一的BIM設(shè)計(jì)收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，各個(gè)設(shè)計(jì)行業(yè)的單位在項(xiàng)目前期BIM設(shè)計(jì)上投入的人力、物力、財(cái)力仍然得不到相應(yīng)的回報(bào)。目前交通運(yùn)輸行業(yè)尚未建立針對(duì)BIM設(shè)計(jì)成果的統(tǒng)一交付標(biāo)準(zhǔn)，盡管在設(shè)計(jì)過程中建立了BIM模型，但是在項(xiàng)目設(shè)計(jì)成果的交付階段，具有法律效力的項(xiàng)目設(shè)計(jì)文件仍然為二維設(shè)計(jì)圖表。并且，目前大多數(shù)應(yīng)用BIM技術(shù)平臺(tái)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件尚不具備輸出二維設(shè)計(jì)圖表的功能，再加上絕大多數(shù)應(yīng)用BIM技術(shù)平臺(tái)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件具體操作起來相對(duì)較為復(fù)雜，從而導(dǎo)致大多數(shù)習(xí)慣于傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)流程的設(shè)計(jì)人員難于上手操作BIM軟件平臺(tái)。最終導(dǎo)致在目前絕大多數(shù)情況下，設(shè)計(jì)人員僅僅將BIM技術(shù)作為解決復(fù)雜設(shè)計(jì)問題的一種“輔助”方式，而并非作為一種主流的設(shè)計(jì)與分析手段來加以掌握并推廣應(yīng)用。

3 BIM技術(shù)在我國市政工程設(shè)計(jì)行業(yè)的發(fā)展前景與技術(shù)路線展望

3.1 發(fā)展前景

針對(duì)BIM技術(shù)在我國工程建設(shè)領(lǐng)域應(yīng)用、推廣和發(fā)展過程中遇到的以上問題，BIM技術(shù)在我國市政工程設(shè)計(jì)行業(yè)中的發(fā)展前景重點(diǎn)涉及但不限于以下五大方面。

3.1.1BIM技術(shù)在我國市政工程建設(shè)各個(gè)階段的具體應(yīng)用分析

針對(duì)市政工程專業(yè)復(fù)雜、工序繁多的特點(diǎn)，從市政工程全生命周期的角度出發(fā)，分析BIM技術(shù)在市政工程建設(shè)各個(gè)階段的具體應(yīng)用與實(shí)踐需求。一個(gè)市政工程建設(shè)項(xiàng)目完整的生命周期包括項(xiàng)目的決策、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營管理階段。在項(xiàng)目決策階段，應(yīng)用BIM技術(shù)對(duì)城市人口分布、用地狀況、資源分布、環(huán)境分析、交通狀況、經(jīng)濟(jì)狀況等進(jìn)行預(yù)測分析，從而為項(xiàng)目決策提供必要的、可靠的數(shù)據(jù)支撐。在工程設(shè)計(jì)階段，應(yīng)用BIM技術(shù)對(duì)多源數(shù)據(jù)進(jìn)行集成，形成完整的地上地下城市信息模型CIM(City Information Modeling)，從而實(shí)現(xiàn)三維地形、傾斜攝影、激光點(diǎn)云、建筑BIM模型、市政BIM模型、景觀綠化模型等多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)的最終目的。在工程施工階段，應(yīng)用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)道路、橋梁、交通設(shè)施、地下管線、地鐵等全專業(yè)集成與優(yōu)化，并可以進(jìn)行屬性查詢，為工程施工提供技術(shù)支持。在工程驗(yàn)收階段，應(yīng)用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)隱蔽工程(城市地下管線、綜合管廊等)驗(yàn)收的可視化，從而提高工程驗(yàn)收結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。在運(yùn)營管理階段，應(yīng)用BIM數(shù)據(jù)庫不但可以為工程運(yùn)營、養(yǎng)護(hù)、維修等提供資料依據(jù)，還可以方便地進(jìn)行維護(hù)管理數(shù)據(jù)記錄和查詢，建立信息查詢系統(tǒng)、維修檔案記錄系統(tǒng)和服務(wù)能力評(píng)價(jià)系統(tǒng)?；贐IM技術(shù)在市政工程建設(shè)項(xiàng)目的決策、設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收及運(yùn)營管理等各個(gè)階段的具體應(yīng)用分析，總結(jié)提出BIM技術(shù)在我國市政工程項(xiàng)目建設(shè)中的應(yīng)用流程，以及基于BIM技術(shù)的市政工程設(shè)計(jì)流程。

3.1.2基于BIM正向設(shè)計(jì)理念的城市道路設(shè)計(jì)與優(yōu)化

針對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法中存在的路線選線與地形結(jié)合不夠緊密、道路平縱面組合不盡合理、設(shè)計(jì)意圖表達(dá)不夠明確等問題，按照我國城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范中既定的設(shè)計(jì)流程，通過合理地使用數(shù)字高程模型(DEM)，快速、合理地構(gòu)建地面模型。基于MapGIS平臺(tái)進(jìn)行地質(zhì)模型構(gòu)建[13]，便于進(jìn)一步基于BIM+GIS技術(shù)進(jìn)行城市道路平面線形的地質(zhì)選線與優(yōu)化。基于BIM正向設(shè)計(jì)理念，在不改變設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)流程與設(shè)計(jì)習(xí)慣的前提下，結(jié)合三維GIS技術(shù)在空間分析和地理位置定位方面的優(yōu)勢進(jìn)行綜合考慮[14]，動(dòng)態(tài)進(jìn)行路線選線，完成城市道路平面主線的線形設(shè)計(jì)(確定路線交點(diǎn)及平曲線半徑)、縱斷面線形設(shè)計(jì)(縱坡及豎曲線)、平縱面線形組合設(shè)計(jì)(平包豎及行車視距)及橫斷面設(shè)計(jì)(土石方調(diào)配)，進(jìn)而建立道路信息模型(包括道路、橋梁、交叉口、交通設(shè)施、綠化及建筑等功能模塊)，實(shí)現(xiàn)三維全景漫游，并運(yùn)用公路與城市道路路線設(shè)計(jì)規(guī)則對(duì)道路路線BIM對(duì)象模型進(jìn)行檢查，從而實(shí)現(xiàn)行車安全性分析和道路景觀設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)等功能。最終，通過一次設(shè)計(jì)得到傳統(tǒng)的施工圖二維圖表和BIM三維方案兩種成果(見圖1)。在此基礎(chǔ)上，總結(jié)提出基于BIM技術(shù)正向設(shè)計(jì)理念的城市道路BIM設(shè)計(jì)具體流程。

圖1 基于BIM模型的城市道路三維漫游及設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)Fig.1 3D panoramic roaming and design evaluation of urban road based on BIM model

3.1.3基于BIM技術(shù)的城市道路信息模型拓展功能開發(fā)

目前在國內(nèi)大多數(shù)道路BIM軟件的后期使用環(huán)節(jié)中，由于三維道路模型建立之后的可分析能力開發(fā)不足，導(dǎo)致其道路BIM功能并不完整，從而不能實(shí)現(xiàn)道路設(shè)計(jì)中的特定工作需求，最終使得BIM技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值大打折扣。需通過對(duì)道路BIM技術(shù)平臺(tái)拓展功能的深入挖掘，從而提升道路BIM系統(tǒng)的應(yīng)用范圍、應(yīng)用點(diǎn)及其附加值。根據(jù)業(yè)主對(duì)不同設(shè)計(jì)階段的技術(shù)需要，建立基于道路BIM技術(shù)的安全性預(yù)警系統(tǒng)，拓展、開發(fā)更多實(shí)用的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)功能(見圖2)，例如：針對(duì)城市道路設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)的違規(guī)提示功能模塊(包括城市道路路線平曲線的半徑選擇及平曲線的線形組合、縱面豎曲線的半徑選擇及縱坡坡度、平曲線彎道外側(cè)超高漸變段、平曲線彎道內(nèi)側(cè)加寬漸變段等指標(biāo)是否符合規(guī)范要求等)、路線安全性分析功能模塊(包括道路通行能力分析、結(jié)合地質(zhì)資料的土石方調(diào)配方案分析等)、路基安全性分析功能模塊(包括排水不暢路段自動(dòng)識(shí)別、路基邊坡坡率超限預(yù)警、長度過短路基預(yù)警等)、交通安全設(shè)施安全性分析功能模塊(包括未設(shè)中間帶的低等級(jí)道路炫光分析、不同光線條件對(duì)安全設(shè)施的影響等)、環(huán)保綠化安全性分析功能模塊(包括道路兩側(cè)綠化植被遮擋行車視距的安全性隱患分析、道路交通環(huán)境污染程度及行車安全突發(fā)事件處理等)。在此基礎(chǔ)上，總結(jié)提出基于BIM技術(shù)的城市道路BIM模型之拓展功能的開發(fā)思路、模型參數(shù)及具體流程。

圖2 基于BIM技術(shù)的城市道路BIM模型拓展功能開發(fā)Fig.2 Development of the expansion function for urban road information model based on BIM technology

3.1.4在城市市政地下管線及綜合管廊設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

基于BIM技術(shù)應(yīng)用，在已有的城市道路BIM模型基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)市政管線布置、豎向調(diào)整、三維管網(wǎng)碰撞檢測與調(diào)整以及材料統(tǒng)計(jì)等，完成市政管線的施工圖設(shè)計(jì)及BIM模型構(gòu)建；實(shí)現(xiàn)管廊主體結(jié)構(gòu)布設(shè)，具體包括管廊的平面路由設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)橫斷面設(shè)計(jì)、豎向設(shè)計(jì)與調(diào)整、交叉井室設(shè)計(jì)、節(jié)點(diǎn)與附屬物、機(jī)電設(shè)備布置等，完成城市綜合管廊的施工圖設(shè)計(jì)及其 BIM模型的構(gòu)建(見圖3)。在此基礎(chǔ)上，總結(jié)提出BIM技術(shù)在市政地下管線及綜合管廊設(shè)計(jì)中應(yīng)用的具體流程。

圖3 BIM技術(shù)在市政地下管線及綜合管廊設(shè)計(jì)中的應(yīng)用Fig.3 Application of BIM technology in design of municipal pipelines and comprehensive corridors

3.1.5基于BIM技術(shù)的市政工程多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)與實(shí)踐

以陜西渭南高新區(qū)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基地市政工程項(xiàng)目為依托，基于BIM技術(shù)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)數(shù)字地形圖DTM(Digital Terrain Model)或DEM處理與分析、城市道路線形(平面、縱斷面及橫斷面)設(shè)計(jì)與優(yōu)化，以及道路、立交(橋梁)、交通設(shè)施、綠化等多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)。通過建立道路信息模型，進(jìn)行三維全景漫游，實(shí)現(xiàn)空間行車視距分析、運(yùn)行速度分析、標(biāo)志標(biāo)線合理性分析、交通行車炫光分析、景觀和環(huán)境分析、設(shè)計(jì)成果的數(shù)字化提交等功能；并結(jié)合傾斜攝影數(shù)據(jù)，最終實(shí)現(xiàn)傾斜攝影數(shù)據(jù)與三維道路、立交(橋梁)、交通設(shè)施、綠化等多專業(yè)合模展示[11，15](見圖4)，為我國市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與管理部門進(jìn)行城市規(guī)劃、技術(shù)比選及方案決策等提供技術(shù)支持。

圖4 基于BIM技術(shù)的市政工程行業(yè)多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)與實(shí)踐Fig.4 Multi-specialties collaboration design and practice for municipal engineering industry based on BIM technology

3.2 技術(shù)路線

按照“提出問題→分析問題→解決問題→結(jié)論建議”的總體技術(shù)思路，總結(jié)提出BIM技術(shù)在我國市政工程設(shè)計(jì)行業(yè)中應(yīng)用的技術(shù)路線(見圖5)，其中需要解決的關(guān)鍵問題如下。

(1) 如何將BIM技術(shù)與數(shù)字地形圖(DTM或DEM)緊密結(jié)合，基于BIM技術(shù)正向設(shè)計(jì)理念，實(shí)現(xiàn)城市道路路線平面選線及空間線形(平面、縱斷面及橫斷面)設(shè)計(jì)與優(yōu)化，解決傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法中存在的路線選線與地形結(jié)合不夠緊密、道路平縱面組合不盡合理、設(shè)計(jì)意圖表達(dá)不夠明確等問題。

(2) 如何運(yùn)用公路與城市道路路線設(shè)計(jì)規(guī)則對(duì)道路路線BIM對(duì)象模型進(jìn)行檢查，基于Auto CAD二次開發(fā)技術(shù)，開發(fā)道路BIM系統(tǒng)拓展功能模塊，實(shí)現(xiàn)路線、路基、交通安全設(shè)施、道路環(huán)保綠化安全性分析，確保道路設(shè)計(jì)方案滿足相關(guān)規(guī)范中的技術(shù)指標(biāo)和行車安全要求。

(3) 如何將BIM技術(shù)與傾斜攝影數(shù)據(jù)合理結(jié)合，實(shí)現(xiàn)三維道路、立交(橋梁)、交通設(shè)施、綠化等多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)與合模展示，從而提高市政工程行業(yè)中各專業(yè)的相互協(xié)調(diào)、相互配合和匹配程度，最終徹底實(shí)現(xiàn)“一次建模多重使用、多個(gè)專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)”的問題。

其中，擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問題主要包括道路BIM系統(tǒng)拓展功能模塊的數(shù)學(xué)模型構(gòu)建及其計(jì)算參數(shù)選取，以及基于Auto CAD二次開發(fā)技術(shù)的程序編寫。

圖5 BIM技術(shù)在我國市政工程設(shè)計(jì)行業(yè)中應(yīng)用的技術(shù)路線Fig.5 Technical route of application of BIM technology in municipal engineering design industry in China

4 結(jié) 語

(1) 基于BIM技術(shù)在我國市政設(shè)計(jì)行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀分析，指出目前發(fā)展中遇到的問題主要集中在兩個(gè)方面：效益問題和技術(shù)問題。其中，效益問題主要是投入主體和受益主體不一致，而技術(shù)方面的問題是市政行業(yè)推行BIM技術(shù)的最大障礙。

(2) 對(duì)BIM技術(shù)在我國市政設(shè)計(jì)行業(yè)的發(fā)展前景與技術(shù)路線進(jìn)行預(yù)測與展望，指出其發(fā)展前景重點(diǎn)涉及但不限于以下3個(gè)方面：① 建立切實(shí)可行、易于掌握的基于BIM技術(shù)的市政工程設(shè)計(jì)方法與流程；② 進(jìn)一步深入挖掘道路BIM系統(tǒng)的拓展功能，提升道路BIM系統(tǒng)的輔助分析能力，增強(qiáng)道路BIM系統(tǒng)的應(yīng)用范圍、服務(wù)水平和附加值。③ 通過開展基于BIM技術(shù)的市政工程多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)與實(shí)踐，開拓市政BIM多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)思路，為加快市政BIM推廣應(yīng)用作出貢獻(xiàn)。