市政道路工程BIM設計方案比選

余 鵬，谷 健，余 露

中國市政工程西南設計研究總院有限公司，四川 成都 610000

市政工程是包含建筑業(yè)的城市道路、橋梁、地鐵、各種管線的專業(yè)工程。如今建筑業(yè)的技術整體架構都在從2D圖紙邁入3D模型，市政工程也是如此。BIM技術又稱為建筑信息模型，它可以將建筑的設計、施工等各種信息整合于信息數(shù)據(jù)庫中，并實現(xiàn)協(xié)同工作，提高效率、節(jié)省資源，以實現(xiàn)施工可持續(xù)發(fā)展。目前，BIM技術這種新興技術給許多傳統(tǒng)土木工程行業(yè)帶來了許多革命式的改變。對于工程生命周期的各個方面，由原來的信息不對等，逐步過渡到如今的信息透明化。

1 BIM的特點

我國《建筑信息模型應用統(tǒng)一標準》（GB/T 51212—2016）對于BIM的定義主要強調的是工程項目在全生命周期中對于功能和物理特性的信息化表達，并且依照這種表達形式進行設計、施工、運營、管理的全過程。市政道路設計行業(yè)的主要難點有涉及專業(yè)繁雜，強調整體性；在城市中進行施工，施工環(huán)境復雜；立交等項目設計難度大，不易表達清楚。然而BIM技術的協(xié)調整合功能、可視化特點及模塊式的設計理念等特點恰好是解決這些難點所需要的。

2 BIM在市政道路工程中的設計優(yōu)勢

通過運用BIM技術，市政道路的設計效率和設計質量得到了明顯提高。筆者總結出了BIM在市政道路工程設計中的三大優(yōu)勢，分別是BIM模型的完備性、信息之間的關聯(lián)性，以及可視化特性。

2.1 BIM模型的完備性

通過BIM技術建立的三維市政道路設計模型內容涵蓋范圍相當全面，不僅包含線路工程和路基路面工程兩大專業(yè)的物理幾何工程信息，同時還涵蓋工程造價信息、施工工藝和進度管理等信息，對比傳統(tǒng)的設計理念更具整體性和完備性。

2.2 信息之間的關聯(lián)性

BIM技術在設計的各個階段的應用是有密切關聯(lián)的，上一設計階段的BIM模型往往是下一設計階段的設計基礎，即使設計的某一階段出現(xiàn)很大變動，其他不同階段與之對應的信息也會隨之自動變更，并重新形成新的關聯(lián)。這就從側面減少了設計人員的工作負擔，同時提高了整體設計上的容錯率。

2.3 可視化特性

BIM與傳統(tǒng)CAD的二維設計方式最直觀的區(qū)別就是BIM模型的可視化特性，這也是BIM技術較CAD技術更加適合于市政道路設計領域的重要特點。BIM技術的主要設計理念是注重對信息的掌控，關注性能、質量和效益。它主要以模型為載體，以工程信息為中心，數(shù)據(jù)集中儲存在模型中，因此BIM能夠直觀表達復雜的形體，大幅度優(yōu)化交流協(xié)調過程。

此外，還可以通過增加時間維度的方式將3D信息模型整合成4D模型，進而加入造價成本的維度，整合成5D模型，在眾多包含工期、造價信息的模型方案中比選出最合適的方案。

3 實際工程的BIM軟件比選

3.1 工程概況

順河路道路位于成都市郫都區(qū)郫筒街道，道路建設場地西臨郫溫路，東接蜀信西路，北臨中信大道，南接蜀信路一段，道路呈東西走向。道路現(xiàn)狀為農田等未開發(fā)地塊，規(guī)劃為住宅、綠地等。

此次設計根據(jù)規(guī)劃道路紅線開展道路設計工作。工程為城市次干道，道路全長892.656m，設計實施長度為862.267m，道路規(guī)劃紅線寬度為24m，兩側設人行道，人行道寬度為3m。

場地位于成都市郫都區(qū)郫筒鎮(zhèn)，道路起點與郫溫路相交，道路終點與蜀信西路相交，東臨擬建的郫都區(qū)人民醫(yī)院，交通便捷。場內地形平坦，各孔口相對高程在557.04～564.37m。地貌單元岷江水系Ⅰ級階地。研究的內容為k0+000～k0+354.221段道路工程設計部分。

3.2 市政BIM軟件與比選

市政BIM軟件市場有幾十款之多，文章主要介紹較為常見的BIM設計軟件。

Autodesk公司的Revit是目前熟知度最廣泛的BIM軟件，它最初是用于解決民用建筑的BIM建模問題，被Autodesk公司收購后拓展了許多其他的模塊，Revit的強大族庫功能常常被用來進行企業(yè)級的數(shù)據(jù)庫二次開發(fā)。在市政領域，Autodesk公司開發(fā)了Civil 3D、Infraworks等BIM軟件。Autodesk公司開發(fā)的BIM軟件之間能夠相互協(xié)調，通常在設計中聯(lián)合使用，被稱為BIM設計的A方案。

Bentley公司的軟件產(chǎn)品也同Autodesk公司一般，講究軟件之間的協(xié)同性，但不同的是，Bentley所有軟件都是基于Microstation進行二次開發(fā)的產(chǎn)物，軟件也需要聯(lián)合使用，故被稱為B方案。

Dassault公司的CATIA軟件在機械設計中有十分重大的影響，但在工程建設中的信息輸入輸出對接能力稍差，主要用于土木工程結構中的各種異性構件的創(chuàng)建上，另外CATIA在橋梁工程中有出色的表現(xiàn)。

國內的BIM軟件中代表是鴻業(yè)軟件，但是鴻業(yè)BIM軟件主要是整合到上述Autodesk軟件中進行二次開發(fā)得到的開源軟件。

下面從眾多的BIM軟件中挑選出2款軟件，比較后選出較為合適的一款作為市政行業(yè)BIM的推薦軟件。

（1）A方案。Autodesk的系列軟件普遍偏向于民用房屋建筑，Autodesk公司的BIM軟件與CAD有很多相似之處，容易上手，因此Autodesk公司的BIM軟件為中小企業(yè)所青睞，它有投入較少、回報較快的優(yōu)勢。對于該工程而言，Revit平臺本身難以單獨進行設計，需要結合其他軟件輔助建模。首先將初步設計資料導入Civil 3D軟件，通過Civil 3D軟件建立地質地形模型及道路的平縱橫三維線性，然后將得到的結果在Revit中輸出為地質模型，同時借助Dynamo進行路面路基等專業(yè)的細部的參數(shù)化設計，由于受到軟件本身的限制，用此方案生成的模型沒辦法顯示道路交叉、立交的實際情況，并且在道路某些特殊位置（比如道路和橋梁相接處、有涵洞穿過的位置等）都沒有辦法進行有效的處理，只能借助Dynamo的參數(shù)化構件編程的方式進行建模。具體操作流程圖如圖1所示。

圖1 基于A方案的道路設計流程

（2）B方案。Bentley的系列軟件是比較綜合的針對不同行業(yè)的軟件大類，而且針對的主要是較為繁雜的工程，其特點是不僅僅強調設計某一個部門，而是強調整體性，常為大型企業(yè)所采用。類似企業(yè)對軟件的要求是支持大量人員同時對于某項工程進行設計，且信息交流達到無縫無損，要求能夠支持大文件。因此，Bentley的目標用戶突出各個部門之間的協(xié)調，每個部門都能夠高效順利地完成自己的部分，而不是在乎工作成本。對于該工程而言，B方案相對較為簡單，只需要用到OpenRoad軟件即可，首先將初設階段的高程點控制信息導入軟件，即可自動生成空間三維三角高程網(wǎng)，然后提取出道路中心線處的自然標高，之后通過初步設計階段的縱斷面坡度數(shù)據(jù)和豎曲線要素進行拉坡設計。道路橫斷面設計則是通過按照設計需要，提前設計標準路基、路塹橫斷面參數(shù)，通過線路中心線的空間位置及三維地形，自動生成道路橫斷面模型。這一點對比A方案較為復雜的可視化建模的方式進行路面設計顯得更加合理。由B方案生成的路基、路面斷面圖如圖2所示。

圖2 OpenRoad軟件道路路基路面設計

由上述對比可知，就大項目支持能力而言，相關參數(shù)的修改會導致Revit產(chǎn)生的信息體量呈幾何倍數(shù)增長，信息量大。Bentley根據(jù)各專業(yè)實際需求設置關聯(lián)參數(shù)，只保留本專業(yè)必要的關聯(lián)性，從而產(chǎn)生較少數(shù)據(jù)量。相比之下，Bentley對大項目支持能力更勝一籌。就軟件互通性而言，Revit和AutoCAD雖然同屬Autodesk公司，但它們從軟件架構到數(shù)據(jù)格式，都有很大區(qū)別。Bentley堅持在Microstation的基礎上開發(fā)BIM軟件，利用Microstation的圖形功能，針對不同行業(yè)不同專業(yè)甚至不同階段，開發(fā)不同的功能預制相應的構件，真正做到了“圖形平臺統(tǒng)一，數(shù)據(jù)格式統(tǒng)一，軟件架構統(tǒng)一”。不同軟件數(shù)據(jù)不需要轉換，最高級的軟件交互就是不用交互。

綜合對比來說，B方案更加適應市政工程本身的特點，因此從客觀上來說，B方案選為市政行業(yè)的BIM軟件是十分合適的。但是B方案本身也是有缺陷的，主要體現(xiàn)在中國本土化程度不高。

4 結束語

文章介紹了BIM技術在市政工程中的意義，從眾多軟件中挑選出A方案及B方案進行比選，并以郫縣順和路道路k0+000～k0+354.221段為例，分析了分別基于A方案及B方案下的道路建模流程方法，最后得出了B方案更加適合市政BIM道路設計的結論，為市政道路設計行業(yè)提供了參考。