BIM技術(shù)在城市道路接入設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

程金釗

摘 要：道路接入點(diǎn)處交通流發(fā)生變化，容易產(chǎn)生交通事故。利用BIM技術(shù)可以直觀地展示場(chǎng)地現(xiàn)狀，分析接入需求。開(kāi)展接入點(diǎn)處的三維設(shè)計(jì)，直觀地展示了設(shè)計(jì)成果，方便進(jìn)行成果評(píng)估。將BIM設(shè)計(jì)成果導(dǎo)入交通分析軟件，評(píng)估通行效率、凈空需求，能進(jìn)一步體現(xiàn)BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。相信隨著B(niǎo)IM技術(shù)的發(fā)展，基于三維模型和數(shù)據(jù)的分析將會(huì)越來(lái)越完善，BIM技術(shù)將促進(jìn)交通事業(yè)更好地發(fā)展。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);城市道路;接入設(shè)計(jì);應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：U412.37 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

BIM技術(shù)主要是建立建筑信息化的三維模型，通過(guò)模型展示較為完整的建筑信息，相關(guān)技術(shù)人員可通過(guò)模型對(duì)建筑進(jìn)行了解?，F(xiàn)階段，BIM技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，在市政道路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用極大地提高了設(shè)計(jì)效率，使市政道路工程建設(shè)方案更加合理，從而避免重復(fù)建設(shè)造成的浪費(fèi)，使得社會(huì)資源得到更合理利用。

1 BIM技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用

1.1 BIM技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

由查理·伊斯特曼于1975年提出的建筑描述系統(tǒng)被認(rèn)為是BIM的前身，該理論是建立在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)之上，利用三維建筑信息模型與二維平面圖紙進(jìn)行關(guān)聯(lián)的方法，在對(duì)三維模型修改的同時(shí)達(dá)到二維平面圖紙實(shí)現(xiàn)自動(dòng)同步更新的目的。以BIM技術(shù)對(duì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)進(jìn)行全過(guò)程模擬，各專業(yè)設(shè)計(jì)人員即使是在不同階段中，只要使用同一模型，對(duì)各自負(fù)責(zé)的工作進(jìn)行設(shè)計(jì)操作，即可以達(dá)到協(xié)同設(shè)計(jì)的目的，能夠有效地對(duì)整個(gè)工程進(jìn)行計(jì)算、分析以及模擬。最近幾十年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，計(jì)算機(jī)的硬件與軟件水平也得到了快速提升，使得BIM技術(shù)在工程建設(shè)領(lǐng)域內(nèi)逐漸備受關(guān)注，并且應(yīng)用范圍迅速擴(kuò)大。我國(guó)的BIM理念于2004年第一次被引入，并于2010年首先在建筑工程領(lǐng)域范圍內(nèi)得到快速發(fā)展，后來(lái)逐步在市政道路中得到了應(yīng)用。

1.2 常用BIM軟件介紹

BIM技術(shù)的應(yīng)用主要是以強(qiáng)大的硬件與軟件系統(tǒng)為支撐所建立起來(lái)的，但是由于我國(guó)科學(xué)技術(shù)起步較晚，導(dǎo)致BIM技術(shù)在我國(guó)還沒(méi)有成熟的核心軟件系統(tǒng)，所以我們?cè)诋?dāng)前所使用的BIM軟件都是從國(guó)外引進(jìn)的，主要有四種經(jīng)常使用的軟件。其中市政道路設(shè)計(jì)主要采用Autodesk以及Bentley兩家公司的軟件進(jìn)行。其中Autodesk系列的BIM軟件主要有Civil3d、Revit以及Infraworks，其中Civil3d是以AutoCAD為基礎(chǔ)的道路工程三維軟件，Revit是專業(yè)的橋梁三維設(shè)計(jì)軟件，而Infraworks則可對(duì)設(shè)計(jì)方案與結(jié)構(gòu)布置進(jìn)行優(yōu)化，并實(shí)現(xiàn)工程量的初步統(tǒng)計(jì)分析。Bentley系列等BIM軟件則有PowerCivil與BridgeMasterModerler兩種，其中PowerCivil可進(jìn)行三維化建模與工程信息參數(shù)集成，BridgeMasterModerler則可進(jìn)行渲染、可視化以及動(dòng)態(tài)視圖和施工模擬操作。

1.3 BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

（1）可視化。采用BIM技術(shù)，不僅能夠詳細(xì)地呈現(xiàn)工程現(xiàn)場(chǎng)的地形地貌、設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，更具優(yōu)勢(shì)的是可以清楚地了解到道路結(jié)構(gòu)以下的給排水與其他綜合管線信息。設(shè)計(jì)人員將所獲得的這些信息作為依據(jù)進(jìn)行參考，從而實(shí)現(xiàn)能夠直觀的檢查設(shè)計(jì)成果，合理的布設(shè)管線。

（2）協(xié)同性。隨著城市建設(shè)進(jìn)程的逐漸完善，市政道路改擴(kuò)建項(xiàng)目也日益增加，市政道路工程的建設(shè)內(nèi)容也越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)于道路建設(shè)的要求也越來(lái)越嚴(yán)格，使得道路設(shè)計(jì)的難度逐漸加大，需要更加專業(yè)的技術(shù)人才來(lái)協(xié)調(diào)配合工作，從而保證市政道路設(shè)計(jì)的效果滿足預(yù)期要求。針對(duì)之前的二維設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，不同的專業(yè)人員之間主要依靠分圖層對(duì)不同專業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行比對(duì)復(fù)核，或者利用協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合設(shè)計(jì)。但這樣的合作形式只能滿足較低層次的協(xié)同合作，無(wú)法達(dá)到各個(gè)專業(yè)之間較深層次的合作。若是在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)用傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)，需要對(duì)地下管線、道路綠化、道路照明、交通設(shè)施、交叉口、公交車(chē)站等部分進(jìn)行分項(xiàng)設(shè)計(jì)，對(duì)于不同分項(xiàng)的工程設(shè)計(jì)存在較多的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，單純地進(jìn)行整合，容易出現(xiàn)設(shè)計(jì)差錯(cuò)。而在應(yīng)用BIM技術(shù)時(shí)，可以借助于子模型來(lái)進(jìn)行高效的協(xié)同模式的合作，使其道路設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的標(biāo)準(zhǔn)。

（3）仿真性。市政道路在滿足使用功能的基礎(chǔ)上，還求要與周邊的景觀與建構(gòu)筑物相互協(xié)調(diào)統(tǒng)一。在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作中，只有進(jìn)行專項(xiàng)的翻模操作才能實(shí)現(xiàn)，這種操作方法不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，得到的結(jié)論往往與實(shí)際也相差較大。而B(niǎo)IM技術(shù)則可以彌補(bǔ)這一缺陷，它根據(jù)需要隨時(shí)查看設(shè)計(jì)效果，還能夠完整、清晰地呈現(xiàn)出工程細(xì)節(jié)。

（4）優(yōu)化性。市政道路設(shè)計(jì)涉及到道路、橋梁、給排水以及綠化和各種專業(yè)管線，在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作中，對(duì)道路結(jié)構(gòu)以下的各種管線之間的沖突是很難發(fā)現(xiàn)的，通常是到了施工階段才會(huì)發(fā)現(xiàn)，不僅會(huì)造成工期的延誤，還導(dǎo)致了工程成本的增加。而B(niǎo)IM技術(shù)則可以避免這些問(wèn)題，它在設(shè)計(jì)階段的初期就可以識(shí)別這些問(wèn)題，并及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)方案。

2 BIM技術(shù)輔助接入分析的技術(shù)路線

目前，BIM技術(shù)在場(chǎng)地三維建模、基礎(chǔ)設(shè)施三維設(shè)計(jì)、三維表現(xiàn)方面有比較成熟的解決方案。建立場(chǎng)地的三維模型是進(jìn)行接入分析的基礎(chǔ)，目前，常用的場(chǎng)地三維模型建立的方法有：（1）通過(guò)傳統(tǒng)測(cè)量方法（全站儀法或衛(wèi)星定位測(cè)量法），獲得測(cè)區(qū)若干點(diǎn)的三維坐標(biāo)，采用軟件建立三維場(chǎng)地模型。（2）采用三維激光掃描儀，獲取測(cè)區(qū)的密集點(diǎn)云，利用點(diǎn)云建立三維場(chǎng)地模型。（3）采用無(wú)人機(jī)傾斜攝影，從多個(gè)角度拍攝測(cè)區(qū)的照片，通過(guò)軟件構(gòu)建區(qū)域的三維模型。相對(duì)于前兩種方法，無(wú)人機(jī)傾斜攝影法可以得到測(cè)區(qū)真實(shí)的紋理信息，詳細(xì)、直觀的表現(xiàn)場(chǎng)地信息，因此推薦用無(wú)人機(jī)傾斜攝影的方法建立場(chǎng)地三維模型。在場(chǎng)地三維模型的基礎(chǔ)上，可以分析現(xiàn)有道路的交通組織，擬定接入方案，進(jìn)而進(jìn)行三維設(shè)計(jì)?；A(chǔ)設(shè)施的三維設(shè)計(jì)常用的有鴻業(yè)、Bentley和Autodesk等公司的相關(guān)軟件。這些道路三維設(shè)計(jì)軟件操作簡(jiǎn)便、靈活、符合國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)行業(yè)的需要，并且軟件有渲染功能，能夠集成傾斜攝影模型，方便設(shè)計(jì)方案展示與成果交付。

3 工程應(yīng)用

東風(fēng)快速路是某市路網(wǎng)規(guī)劃中的重要組成部分。建成通車(chē)后，方便了市民的出行同時(shí)，也加速了周邊土地開(kāi)發(fā)的速度。根據(jù)規(guī)劃，東風(fēng)快速路西側(cè)的海河路需要接入快速路。目前，海河路已經(jīng)完工，為順利實(shí)施海河路的接入，做好接入分析與設(shè)計(jì)，減少因接入引起的隱患，擬采用BIM技術(shù)進(jìn)行接入分析與設(shè)計(jì)。

3.1 構(gòu)建原始場(chǎng)地模型

根據(jù)項(xiàng)目需要，首先采用無(wú)人機(jī)采集接入處的場(chǎng)地信息，分別按照正射影像和三維模型的構(gòu)建需要進(jìn)行航線規(guī)劃。執(zhí)行完拍攝任務(wù)后，利用照片生產(chǎn)出正射影像、密集點(diǎn)云、三維模型，以滿足后續(xù)分析與設(shè)計(jì)的需要。道路地形圖處理在市政道路設(shè)計(jì)中十分重要，一般情況下勘測(cè)單位都會(huì)按照具體的設(shè)計(jì)要求來(lái)提供相關(guān)的二維或三維的地形圖。二維地形圖的高程點(diǎn)通常是以0來(lái)設(shè)置的，而具體的實(shí)際高度是在地形圖旁用數(shù)字進(jìn)行標(biāo)注的。對(duì)于三維地形圖來(lái)說(shuō)，會(huì)用明確的數(shù)字進(jìn)行標(biāo)注，Z標(biāo)識(shí)則表示的是高程坐標(biāo)點(diǎn)。利用BIM技術(shù)對(duì)三維地形圖進(jìn)行處理后的步驟：首先要打開(kāi)軟件圖層管理進(jìn)行冷處理與除開(kāi)高層點(diǎn)、外圖層的反向選擇操作。再進(jìn)行創(chuàng)建曲面功能，之后選定高程點(diǎn)，最終對(duì)全部高程點(diǎn)進(jìn)行處理，并創(chuàng)建曲面查看。

3.2 道路中心線繪制

在市政道路接入設(shè)計(jì)中道路中心線繪制的整體效果與道路設(shè)計(jì)的整體效果間存在相關(guān)性，在具體的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，由于受到多種限制性因素的影響，使繪制中心線的準(zhǔn)確性受到不同程度的影響。為了保證所繪制的中心線符合預(yù)期所要達(dá)到的要求，必須在繪制前就考慮到相關(guān)的限制性因素，并按照相關(guān)的規(guī)定進(jìn)行線位的擬合處理，合理調(diào)整其曲線長(zhǎng)度、半徑等相關(guān)性因素。BIM技術(shù)應(yīng)用中，在設(shè)計(jì)的初期要對(duì)中心線進(jìn)行控制分析，以便在3D圖形中，確定中心線的位置后插入中心線。若要轉(zhuǎn)換中心線，要按照相關(guān)的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，并把3D地形圖作為基礎(chǔ)將中心線轉(zhuǎn)換為多段線。對(duì)于路線的創(chuàng)建要尋找相關(guān)的功能，再執(zhí)行，在輸入欄中輸入所要?jiǎng)?chuàng)建的線路。

3.3 接入口現(xiàn)狀分析

根據(jù)接入口的原始場(chǎng)地模型進(jìn)行現(xiàn)狀分析。擬接入道路海河路已經(jīng)施工完成，橫斷面寬30 m，橫斷面包括人行道2×3.5 m，綠化帶2×1.5 m，非機(jī)動(dòng)車(chē)道2×3 m，機(jī)動(dòng)車(chē)道14 m。東風(fēng)快速輔路為雙車(chē)道，每車(chē)道寬3.5 m。交叉口處，海河路進(jìn)口道為單右轉(zhuǎn)車(chē)道，車(chē)道寬3.75 m，海河路的出口為雙車(chē)道，每車(chē)道寬3.5 m。交叉口南側(cè)約36 m處，有一施工臨時(shí)道路接入口。經(jīng)過(guò)模型分析，當(dāng)前交叉口處交通設(shè)施還不完善，主要問(wèn)題包括：（1）輔路右側(cè)綠化帶沒(méi)有開(kāi)口，不能滿足海河路的接入。（2）海河路出口為雙車(chē)道，銜接輔路的單車(chē)道，渠化不合理。（3）輔路雙車(chē)道之間為虛線分隔，渠化不合理。（4）缺少必要的信息提示設(shè)施。（5）施工臨時(shí)道路接入口距離海河路交叉口太近。

3.4 接入口改進(jìn)設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)場(chǎng)地模型的詳細(xì)分析，設(shè)計(jì)師、評(píng)審專家提出了如下改進(jìn)方案：（1）輔路右側(cè)綠化帶增設(shè)兩個(gè)出口，出口長(zhǎng)12 m，滿足車(chē)輛駛?cè)牒婉偝?。?）優(yōu)化海河路出口，通過(guò)渠化設(shè)計(jì)，在路口將雙車(chē)道變?yōu)閱诬?chē)道，車(chē)道寬度設(shè)計(jì)為4 m。（3）輔路上距離交叉口110 m處，設(shè)置交叉口提示標(biāo)志，使右轉(zhuǎn)車(chē)輛提前進(jìn)入最右側(cè)車(chē)道，輔路上雙車(chē)道間的虛線改為實(shí)線，實(shí)線長(zhǎng)120 m。（4）交叉口處增加導(dǎo)向線、非機(jī)動(dòng)車(chē)道提示，增加交叉口提示標(biāo)牌、人行道提示標(biāo)牌等交通設(shè)施。（5）關(guān)閉施工臨時(shí)道路的接入口。

4 結(jié)束語(yǔ)

新建道路接入已有道路就會(huì)形成交叉口，接入點(diǎn)處易發(fā)生交通事故。以海河路與東風(fēng)快速路接入項(xiàng)目為背景，探索應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行接入分析與設(shè)計(jì)。采用傾斜攝影技術(shù)獲得了接入點(diǎn)處詳細(xì)的三維實(shí)景模型，在此基礎(chǔ)上分析道路接入存在的問(wèn)題，利用BIM軟件進(jìn)行接入點(diǎn)的三維設(shè)計(jì)，并與三維實(shí)景模型相融合。結(jié)果顯示，應(yīng)用BIM技術(shù)方便了接入分析，并能直觀地展示接入設(shè)計(jì)，方便進(jìn)行設(shè)計(jì)方案評(píng)估與進(jìn)一步優(yōu)化。

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