BIM技術(shù)在城市道路設(shè)計(jì)中的運(yùn)用

李成

摘 要：在城市道路工程設(shè)計(jì)中，BIM作為一項(xiàng)前沿技術(shù)，有效解決了信息交互、專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)、方案多維度分析等設(shè)計(jì)難題，對(duì)工程設(shè)計(jì)水準(zhǔn)、工程造價(jià)及工期管控能力的提升有著重要的現(xiàn)實(shí)意義，同時(shí)，也是城市道路設(shè)計(jì)的未來發(fā)展趨勢(shì)。然而，BIM技術(shù)在道路設(shè)計(jì)領(lǐng)域尚處于起步探索階段，實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景單一，技術(shù)優(yōu)勢(shì)未得到充分發(fā)揮。基于此，文章對(duì)BIM技術(shù)在城市道路設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的運(yùn)用價(jià)值與主要應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行探討，以供參考。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);城市道路;工程設(shè)計(jì)

1 BIM技術(shù)在城市道路設(shè)計(jì)中的運(yùn)用價(jià)值

（1）實(shí)現(xiàn)集成化設(shè)計(jì)。BIM是一種應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)化工具，通過BIM平臺(tái)、配套數(shù)據(jù)庫與構(gòu)建的三維可視化模型，為多種軟件的兼容高效運(yùn)行提供框架，可將其視作為具備設(shè)施管理與功能特性的數(shù)字表達(dá)平臺(tái)，或是一個(gè)共享的知識(shí)資源，分享城市道路工程全壽命周期內(nèi)的信息資源。因此，BIM技術(shù)特性與集成化設(shè)計(jì)高度相似，為集成化設(shè)計(jì)模式的推廣實(shí)施奠定了良好基礎(chǔ)。例如，從多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)角度來看，在BIM軟件中構(gòu)建各專業(yè)獨(dú)立模型與設(shè)施整體模型，保持模型間的信息交互共享，將各專業(yè)模型與設(shè)計(jì)方案導(dǎo)入整體模型與綜合數(shù)據(jù)庫中，做到對(duì)分散功效數(shù)據(jù)的整合處理，在模型中以特定顏色符號(hào)標(biāo)記專業(yè)設(shè)計(jì)沖突部位，生成協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)。

（2）設(shè)計(jì)方案綜合評(píng)價(jià)。在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式中，受到技術(shù)限制，設(shè)計(jì)人員難以對(duì)各套設(shè)計(jì)方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行客觀、真實(shí)評(píng)價(jià)，容易產(chǎn)生認(rèn)知偏差，致使城市道路工程的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、環(huán)境效益存在優(yōu)化空間。而在現(xiàn)代城市道路工程中，隨著建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大，要求設(shè)計(jì)人員處理數(shù)據(jù)量龐大，需從中提取關(guān)鍵數(shù)據(jù)來描繪設(shè)計(jì)方案中的工程輪廓，并從成本造價(jià)、工期、技術(shù)可操作性等多個(gè)維度進(jìn)行評(píng)價(jià)，實(shí)際工作難度遠(yuǎn)超自身能力，無法實(shí)現(xiàn)掌握全部的工程信息。在此背景下，對(duì)BIM技術(shù)的運(yùn)用，既可以采取可視化方式呈現(xiàn)城市道路的三維動(dòng)態(tài)情況，幫助設(shè)計(jì)師對(duì)方案整體有直觀、深入、清晰的了解。同時(shí)，克服信息的復(fù)雜與時(shí)間因素對(duì)方案評(píng)價(jià)與優(yōu)化設(shè)計(jì)造成的制約，設(shè)計(jì)師可以掌握遠(yuǎn)超自身能力的龐大數(shù)據(jù)信息，具備對(duì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案深度優(yōu)化的可能。

2 BIM技術(shù)在城市道路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用場(chǎng)景

（1）地形圖處理。在早期建成的城市道路工程中，勘測(cè)單位向設(shè)計(jì)單位提供的地形數(shù)據(jù)形式復(fù)雜各異，設(shè)計(jì)師需要消耗額外時(shí)間用于調(diào)整地形數(shù)據(jù)形式，數(shù)據(jù)處理工作量有所增加，并在圖形處理與后續(xù)設(shè)計(jì)期間時(shí)常出現(xiàn)圖層混亂、dwg圖紙信息錯(cuò)誤等問題。BIM技術(shù)的運(yùn)用，使用軟件自帶的圖形生成、曲面性質(zhì)分析功能，可以輔助人工在短時(shí)間內(nèi)完成地形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與生成地形曲面三維圖形的操作，便于后續(xù)設(shè)計(jì)工作的開展。例如，設(shè)計(jì)師使用Civil 3D軟件，在軟件中下達(dá)地形點(diǎn)賦值命令，在所導(dǎo)入高程信息中添加高程點(diǎn)，從而自動(dòng)構(gòu)建地形曲面三維模型，有效區(qū)分地形圖中帶有高程信息的圖塊。同時(shí)，也可使用軟件中的曲面性質(zhì)分析功能，基于曲面特性來分析高程，在生成的地形圖中顯示高程圖例位置，以及顯示最小最大高程、二維區(qū)域面積等信息。

（2）線形設(shè)計(jì)優(yōu)化。在城市道路工程中，BIM技術(shù)多用于線形優(yōu)化設(shè)計(jì)場(chǎng)景，具體如下：第一，平面優(yōu)化設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)師在BIM軟件中導(dǎo)入工程設(shè)計(jì)規(guī)范與信息定義，下達(dá)從對(duì)象創(chuàng)建線路的命令，將會(huì)自動(dòng)生成設(shè)計(jì)路線1，深入觀察路線圖形，如果圖形標(biāo)注黃色嘆號(hào)等特殊符號(hào)，則表明該線路違反設(shè)計(jì)規(guī)范，由設(shè)計(jì)師對(duì)平面設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，基于調(diào)整后的方案生成設(shè)計(jì)路線2，重復(fù)上述步驟，直至路線圖形完全符合設(shè)計(jì)規(guī)范與工程建設(shè)要求。與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式相比，設(shè)計(jì)師可以更為直觀的了解平面、曲面、縱斷面關(guān)系，快速處理龐大數(shù)據(jù)量。第二，縱斷面優(yōu)化設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)師在BIM軟件中生成縱斷面圖形，提供地形曲面的數(shù)據(jù)源，在所繪制斷面圖基礎(chǔ)上開展縱斷面優(yōu)化設(shè)計(jì)工作，根據(jù)設(shè)計(jì)需要在軟件中導(dǎo)入豎曲線半徑、變坡點(diǎn)高程等設(shè)計(jì)指標(biāo)。憑借BIM軟件信息自動(dòng)更新與數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)修改的特征，在下達(dá)縱斷面坡度修改、調(diào)整變坡點(diǎn)位置等操作，或修改道路中心線時(shí)，軟件將自動(dòng)更新地面線，以及在BIM模型中導(dǎo)入與更新縱斷面標(biāo)簽，獲取特定的出圖效果。第三，橫斷面優(yōu)化設(shè)計(jì)。使用Civil 3D軟件中的橫斷面編輯器，對(duì)城市道路設(shè)施中的各部件加以組合裝配，BIM道路模型會(huì)隨著橫斷面結(jié)構(gòu)的變化而隨之更新。設(shè)計(jì)師可在軟件中嘗試不同的橫斷面結(jié)構(gòu)裝配方式，直接在道路模型上了解設(shè)計(jì)效果，無需在橫斷面變更設(shè)計(jì)期間開展大量的施工圖紙更改與人工統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)工作。

（3）設(shè)計(jì)變更與標(biāo)簽定制。在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式中，如果調(diào)整道路設(shè)計(jì)方案，需要開展一系列繁瑣的設(shè)計(jì)工作，如修改平面、縱斷面與路基橫斷面施工圖紙，對(duì)相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)進(jìn)行核算，這會(huì)使得設(shè)計(jì)效率大幅降低。而對(duì)BIM技術(shù)的運(yùn)用，使用BIM軟件中的標(biāo)簽定制功能，直接在道路模型中設(shè)定標(biāo)簽，在設(shè)計(jì)變更時(shí)，軟件自動(dòng)更新BIM道路模型，設(shè)計(jì)師僅需更改設(shè)計(jì)變更部位的施工圖紙即可。

（4）工程量統(tǒng)計(jì)。BIM技術(shù)具有強(qiáng)大數(shù)據(jù)采集與分析處理能力，可以持續(xù)采集城市道路工程相關(guān)資料信息與建設(shè)期間實(shí)時(shí)產(chǎn)生的信息，從海量數(shù)據(jù)中提取關(guān)鍵數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，將所采集數(shù)據(jù)分類導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫，根據(jù)運(yùn)行準(zhǔn)則完成工程量統(tǒng)計(jì)與數(shù)據(jù)核算任務(wù)。以城市道路工程土方量計(jì)算為例，如果采取傳統(tǒng)工程量統(tǒng)計(jì)方法，需要提前計(jì)算土方量近似值，基于微積分原理擬合斷面面積，獲取斷面體積與土方量，計(jì)算精度較低，容易產(chǎn)生較大誤差。如采用BIM技術(shù)，在軟件中構(gòu)建DEM數(shù)字高程模型，計(jì)算初始地面與設(shè)計(jì)地面的體積差值，創(chuàng)建橫斷面采樣線，在實(shí)測(cè)地面坐標(biāo)值與設(shè)計(jì)高程基礎(chǔ)上構(gòu)建三角網(wǎng)，計(jì)算網(wǎng)中的各三棱柱填挖方量，全部填挖方量總和即為總填挖量。

（5）信息交互共享。根據(jù)國家BIM標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，BIM技術(shù)是在工程不同階段內(nèi)提供信息插入、提取、修改、更新服務(wù)，起到支持并協(xié)同作業(yè)的數(shù)據(jù)化工具，解決了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式中的信息溝通共享問題，項(xiàng)目參建各方與各專業(yè)設(shè)計(jì)人員通過BIM軟件與三維可視化平臺(tái)來共享、插入、提取所需要的數(shù)據(jù)信息，起到提升城市道路設(shè)計(jì)水平與效率的作用。同時(shí)，BIM技術(shù)通過三維立體實(shí)物圖形展示與信息間關(guān)聯(lián)特性，所構(gòu)建BIM模型會(huì)隨著設(shè)計(jì)方案與參數(shù)信息的變化而變化，動(dòng)態(tài)化、可視化呈現(xiàn)設(shè)施立體實(shí)物圖形與縱斷面、曲面、路線等信息間的互動(dòng)反饋過程，具備了在可視化狀態(tài)下開展工程設(shè)計(jì)溝通、討論、決策工作的技術(shù)條件。

3 結(jié)語

綜上所述，城市道路工程傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念難以切實(shí)滿足現(xiàn)代城市道路設(shè)計(jì)的使用需求，限制了道路工程設(shè)計(jì)的多元化發(fā)展。因此，相關(guān)單位需要深度分析BIM技術(shù)在道路設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值，不斷拓展全新的技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景，驗(yàn)證BIM技術(shù)的應(yīng)用可行性。

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