BIM技術(shù)輔助復(fù)雜市政道路設(shè)計的應(yīng)用研究

張緒斌

（領(lǐng)睿建設(shè)工程有限公司，廣東 江門 529000）

0 引言

我國市政道路工程正逐漸從以往短、平、快的建設(shè)路線向復(fù)雜、創(chuàng)造性強的方向發(fā)展，因此傳統(tǒng)的二維設(shè)計方法已無法滿足復(fù)雜市政道路設(shè)計要求，需要相關(guān)部門與人員將BIM 技術(shù)應(yīng)用在市政道路設(shè)計中，借助3D 建模進行工程模擬，簡化設(shè)計項目，提高設(shè)計精確性。為了確保BIM 技術(shù)的應(yīng)用路徑更加科學、合理，需要對其主要特征進行深入了解。

1 BIM 技術(shù)概述

BIM 技術(shù)又稱建筑信息模型，是指應(yīng)用在工程設(shè)計、管理中的一種數(shù)據(jù)化手段，可以實現(xiàn)建筑的信息化模型整合，并在項目生命周期中完成數(shù)據(jù)的傳遞與共享，幫助技術(shù)人員全面掌握建筑信息，以此為后續(xù)各方主體的協(xié)作提供基礎(chǔ)，能夠起到降低生產(chǎn)成本、縮短施工周期、提高生產(chǎn)效率的作用。同時，也可將BIM 技術(shù)理解為建設(shè)項目的功能特性數(shù)字表達，其本質(zhì)上屬于一個知識資源，能夠在建設(shè)項目的不同階段，使各利益方利用BIM 技術(shù)完成信息的提取、更新與修改，從而支持各部門之間的協(xié)同作業(yè)。

2 BIM 技術(shù)具備的優(yōu)勢

2.1 凸顯設(shè)計意圖

以往的CAD 二維設(shè)計方式難以有效解決將復(fù)雜市政道路三維空間呈現(xiàn)在二維空間中的難題，在實際設(shè)計時，因為三維參數(shù)具有一定的復(fù)雜性，難以避免會造成部分數(shù)據(jù)丟失，進而影響設(shè)計成果，無法準確表達設(shè)計意圖。而應(yīng)用BIM 技術(shù)設(shè)計的數(shù)字化信息模型能夠完整表達市政道路工程的真實樣貌、準確反映設(shè)計意圖，而且相關(guān)工程屬性以及模型劃分更加詳細，既可以自定義設(shè)計參數(shù)，也能描述市政道路三維問題。

2.2 模擬效果優(yōu)良

在復(fù)雜市政道路設(shè)計中能夠應(yīng)用BIM 技術(shù)逼真的3D 信息模型直觀地查看工程的完工效果，從而清晰、準確地找出可能存在的設(shè)計問題，并為后續(xù)設(shè)計方案的調(diào)整、優(yōu)化提供參考依據(jù)，這也是BIM 模擬效果優(yōu)良的具體表現(xiàn)。對于相關(guān)設(shè)計人員而言，BIM 技術(shù)強大的分析能力可以進一步提高解決對策的針對性以及適用性，降低工作難度，減少返工概率，將市政道路建設(shè)過程中可能出現(xiàn)的問題消除在設(shè)計階段，避免小問題的不斷累積而引發(fā)安全事故，也能減少不必要的人力資源與物力資源消耗，這些都是傳統(tǒng)二維設(shè)計難以達到的。而對于業(yè)主而言，也能借此消除內(nèi)心預(yù)期偏差。除此之外，通過BIM 技術(shù)所打造的3D 信息模型信息量龐大，不僅涵蓋3D 集合信息、工程拓撲關(guān)系數(shù)據(jù)，還將工程信息等內(nèi)容包含在內(nèi)，此類信息能夠為后續(xù)工程設(shè)計與施工提供重要的數(shù)據(jù)支持，以此獲取準確的驗證結(jié)論，保證技術(shù)交底的高效性。

2.3 工程量計算準確

以往的二維設(shè)計方法大多采用斷面法進行市政道路的工程量計算，雖然此類計算方法對于道路相對平坦、設(shè)計復(fù)雜性較低的道路工程能夠保持極小的誤差，但對于地形起伏程度及設(shè)計復(fù)雜性較高的道路工程卻會導(dǎo)致較大的誤差。在市政道路管線設(shè)計方面，以往的工程量確定方法以標準圖或工作人員的經(jīng)驗為主，容易受工作人員的個人能力等因素的影響導(dǎo)致誤差。但在采用BIM 技術(shù)后，可以利用3D 信息模型中各工程子模型內(nèi)精確的屬性信息以及集合數(shù)據(jù)，更準確地完成面積、體積等工程數(shù)據(jù)的計算，且此類計算本身具有一定的自動化特點，無須人工手動錄入，可以更好地減小計算誤差。

2.4 協(xié)同作用良好

隨著我國社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，工程規(guī)模也得以進一步擴張，對市政道路的設(shè)計也提出了全新的挑戰(zhàn)，需要設(shè)計人員細化設(shè)計內(nèi)容，加強與其他部門的合作，才能切實解決一系列設(shè)計難題。以往的二維設(shè)計中，工作人員通常會采用分圖層復(fù)制與引用的方法完成合作，或是借助協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)進行工作協(xié)調(diào)，但此類協(xié)同方式的問題在于操作過于簡單，只是在服務(wù)器上對圖形與文件進行權(quán)限設(shè)置，難以有效解決復(fù)雜的協(xié)同問題。比如在設(shè)計市政道路的過程中，一般情況下要將路段邊坡、互通立交、公交站等設(shè)計任務(wù)分別指派給不同的人員完成，在二維設(shè)計模式中，此類協(xié)同性極高的工作往往無法有效并行，因為設(shè)計圖中所涉及的線條、數(shù)據(jù)存在一定的關(guān)聯(lián)性，如果單純將不同人員的工作成果簡單結(jié)合，必然會大幅度提高出錯的可能性。而BIM 技術(shù)則不同，由于其設(shè)計過程本身是一種模型搭建過程，需要設(shè)計眾多子模型并處理好模型之間的低耦合關(guān)系，若此類耦合關(guān)系足夠明確，便可簡化協(xié)同工作，并找出潛在的協(xié)同問題，之后將工作合理分配給不同人員，達到提高協(xié)同效果的目的。

3 應(yīng)用路徑

隨著我國市政道路設(shè)計愈發(fā)復(fù)雜，BIM 技術(shù)所能發(fā)揮的作用也得以進一步提高，本文將以BIM 技術(shù)中的Civil 3D 設(shè)計軟件作為研究對象，闡述其在市政道路設(shè)計中的具體應(yīng)用路徑。

3.1 繪制地形圖

通常而言，我國市政道路勘測機構(gòu)大多會采用以下兩種地形圖：一是二維地形圖，其高程點的數(shù)值需要設(shè)定為0，而實際高程則要以數(shù)字形式標注在高程點附近；二是三維地形圖，由于高程點的標注高程與實際高程相同，因此可以通過標注高程確認實際高程。以三維地形圖為例，設(shè)高程點圖塊為Z 坐標圖塊，在地形圖中BIM 技術(shù)的應(yīng)用路徑為：

首先，打開Civil 3D 設(shè)計軟件中的圖層管理模塊，反向選取除高層點外的所有圖層，并凍結(jié)反向選取的圖層。

其次，點擊創(chuàng)建曲面指令，打開對話框，依照曲面實際類型以及圖層名稱選取對應(yīng)的圖層。

再次，點擊曲面菜單，打開自定義工具欄，選取工具欄內(nèi)的圖形對象，完成圖層添加。

最后，框選全部高程點，創(chuàng)建三維地形圖內(nèi)的曲面，便可利用對象查看器獲取新創(chuàng)建的曲面。

3.2 繪制道路中心線

道路中心線的繪制是復(fù)雜市政道路設(shè)計中的核心部分，由于設(shè)計過程需要考慮多種控制因素，因此需要設(shè)計人員預(yù)先完成規(guī)劃設(shè)計中線位的擬合處理，結(jié)合市政道路實際要求對規(guī)劃方案內(nèi)的曲線半徑、曲線長度等元素進行適當優(yōu)化。同時還要充分掌握地層信息與場地數(shù)據(jù)，利用傾斜攝影手段輔助景觀設(shè)計，更快速地完成工程數(shù)據(jù)的計算。將BIM 技術(shù)應(yīng)用在道路中心線繪制中的路徑可分為以下三個步驟：

一是插入中心線。預(yù)先分析復(fù)雜市政道路中心的布設(shè)狀況，并結(jié)合實際需要進行優(yōu)化處理，在確定后，便可將其添加在三維地形圖當中。

二是完成中心線的轉(zhuǎn)換。設(shè)計人員需要在三維地形圖中完成轉(zhuǎn)換操作，將復(fù)雜市政道路中心線轉(zhuǎn)變?yōu)槎喽尉€。

三是創(chuàng)建路線。單擊Civil 3D 設(shè)計軟件中的“從多段線創(chuàng)建路線”選項，便可選中復(fù)雜市政道路中心線，之后程序窗口中會彈出對話框，用以提示用戶輸入路線，設(shè)計人員在輸入路線名稱后還需選擇路線標簽集與樣式，再點擊確定便可完成道路中心線的繪制。

3.3 設(shè)計道路縱向斷面

調(diào)查顯示，我國以往采用的道路設(shè)計軟件在進行道路縱向斷面設(shè)計的過程中仍存在一定的功能缺陷，其具體的設(shè)計流程為：預(yù)先完成地面線文件的編制處理，之后借助設(shè)計軟件自動形成地面線，再以此為基礎(chǔ)繪制對拉坡線；在繪制時需要根據(jù)實際情況適當調(diào)整對拉坡線，直至其滿足設(shè)計需求；設(shè)計人員需要將調(diào)整后的對拉坡線以文件形式存儲在原地面線文件當中，這樣便可隨時調(diào)用原地面線文件以及豎曲線文件，最終形成市政道路縱向斷面圖。雖然該方法能夠保證道路縱向斷面良好的設(shè)計效果，但過程相對煩瑣，且布局參數(shù)的調(diào)整效果不佳，也不能方便地查看相關(guān)要素。而采用BIM 技術(shù)的Civil 3D 設(shè)計軟件，將三維地形圖作為道路縱向斷面設(shè)計的基本數(shù)據(jù)，以此簡化地面線的生成流程，只需利用“從曲面創(chuàng)建道路縱向斷面”這一操作指令便可自動生成地面線文件。并且通過該方法生成的地面線可以根據(jù)復(fù)雜市政道路中心線的調(diào)整自動更新，能夠有效節(jié)省設(shè)計人員的工作時間與精力，減少工作量。

除此之外，在進行道路縱向斷面拉坡線設(shè)計的過程中，還可借助“以布局完成縱向斷面創(chuàng)建”的指令進行縱向斷面的繪制，而在繪制完成后設(shè)計人員便可查看坡度、坡長、總曲線等要素，更好地判斷各項數(shù)據(jù)是否符合相關(guān)標準。若不符合，則要利用Civil 3D 設(shè)計軟件中的“縱向斷面形狀”指令進行二次編輯，單擊該指令模塊會彈出工具條，用以完成縱向斷面布局參數(shù)的重新設(shè)置，此時設(shè)計人員可在對話框內(nèi)完成豎曲線半徑、坡度、邊坡點里程樁號等參數(shù)的調(diào)整，直至符合規(guī)范要求。

3.4 設(shè)計道路橫向斷面

采用Civil 3D 設(shè)計軟件完成道路橫向斷面的設(shè)計可以理解為對復(fù)雜市政道路進行裝配，因此需要在設(shè)計時將多種影響因素考慮到位，合理選擇工程配件，之后才可依次進行組合、配置與安裝，保證BIM 技術(shù)的3D 信息模型能夠精確反映相關(guān)數(shù)據(jù)。具體可分為以下三個設(shè)計步驟：

一是裝配創(chuàng)建。單擊Civil 3D 設(shè)計軟件中“道路”菜單下的“裝配創(chuàng)建”指令，程序會自動彈出對話框，提示操作人員輸入裝配名稱，輸入完成后點擊確定按鈕便可完成裝配創(chuàng)建。

二是裝配基準線的插入處理。在Civil 3D 設(shè)計軟件中進行鼠標移動點擊時可以發(fā)現(xiàn)帶有圓形標記的豎線，該豎線便是需要進行插入處理的裝配基準線，即復(fù)雜市政道路中心線。

三是裝配部件。在Civil 3D 設(shè)計軟件中“道路”菜單下有工具板選項，屬于Civil 3D 設(shè)計軟件的自帶選項之一，借助該選項便可進行裝配部件處理。裝配部件的具體步驟為，首先完成橫向斷面的裝配，并確保裝配面能夠滿足各項裝配要求。其次要在完成橫向斷面的裝配后分析市政道路設(shè)計規(guī)劃內(nèi)容，結(jié)合分析結(jié)果完成剩余裝配的添加；同時，由于Civil 3D 設(shè)計軟件具備動態(tài)功能，因此可以借助該功能完成各項裝配部件參數(shù)的修改，也能對原有裝配進行重制，使其成為所需的裝配。最后要確保軟件中的復(fù)雜市政道路參數(shù)模型可以實時更新各項裝配。

3.5 道路建模設(shè)計

在道路建模設(shè)計的過程中，首先單擊“道路”菜單下的“創(chuàng)建道路”指令，彈出有關(guān)道路創(chuàng)建的提示對話框，根據(jù)相關(guān)提示信息便可完成復(fù)雜市政道路的選取，并依次完成道路橫向斷面與縱向斷面的裝配處理。然后，在完成道路創(chuàng)建后，結(jié)合復(fù)雜市政道路寬度，在道路組建邏輯對話框中創(chuàng)建設(shè)計區(qū)域，再將市政道路組建作為設(shè)計對象，為其提供科學、合理的道路組件邏輯目標。

4 應(yīng)用中需要改進的問題

BIM 技術(shù)在復(fù)雜市政道路設(shè)計應(yīng)用中需要改進的問題主要有以下兩點：

一是需要推動行業(yè)標準建立。雖然近年來BIM技術(shù)的應(yīng)用范圍得到進一步擴展，但在應(yīng)用過程中由于不同人員的能力水平參差不齊，容易造成設(shè)計效果出現(xiàn)較大差異，不同設(shè)計單位與施工單位之間在技術(shù)交流時也經(jīng)常出現(xiàn)問題，導(dǎo)致設(shè)計結(jié)果評價不統(tǒng)一，嚴重阻礙了BIM 技術(shù)的發(fā)展。為此相關(guān)部門與負責人需要及時統(tǒng)一行業(yè)標準，細化規(guī)章制度，提高對人員的能力要求，必要時，可制定多項考核體系，以此推動BIM 技術(shù)的應(yīng)用。

二是需要優(yōu)化BIM 技術(shù)的兼容性。調(diào)查顯示，我國BIM 技術(shù)應(yīng)用在復(fù)雜市政道路設(shè)計中存在的問題大多表現(xiàn)為地形、地貌等信息的準確性較低，為了解決此類問題，需要將BIM 技術(shù)與其他技術(shù)適當結(jié)合，提高信息的獲取、分析效率，并保證BIM 技術(shù)能夠與其他技術(shù)保持良好的兼容性，比如與GPS 技術(shù)結(jié)合使用，擴大BIM 技術(shù)的應(yīng)用范圍，提高地質(zhì)信息的準確性。

5 結(jié)語

本文分析了BIM 技術(shù)的基本內(nèi)容與主要特征，闡述了BIM 技術(shù)的優(yōu)勢以及應(yīng)用中需要改進的問題，并提出了繪制地形圖、繪制道路中心線、設(shè)計道路縱向斷面、設(shè)計道路橫向斷面、設(shè)計道路建模等復(fù)雜市政道路設(shè)計中BIM 技術(shù)的應(yīng)用路徑，希望以此提高市政道路設(shè)計效率與質(zhì)量，消除潛在的危險因素，便于后續(xù)施工、驗收等工作的開展。