BIM在市政道路設計中的應用探索

文/徐鵬 濟南市市政工程設計研究院（集團）有限責任公司 山東濟南 250101

1、BIM應用與市政道路設計的優勢

1.1 明確表達設計意圖

傳統二維設計方式因為要把復雜的三維空間展平到二維空間中，所以不可避免導致一些數據的丟失，使設計成果不能明確表達設計意圖，甚至出現多意性理解。

BIM方式的設計成果因為是一個三維數字化的信息模型，就是工程完成后應該成為的樣子，所以真實地表達了設計意圖。并且子模型和屬性劃分得越細，設計意圖就表達得越充分和唯一。另外，BIM工具的一大特性就是能很容易設計自定義參數組件，所以能描述清楚非常復雜的問題。

這個問題在越復雜的工程中表現得越突出，也正因如此。復雜度更高的高端機械制造業、建筑業更早地關注了該問題，并使用了類似的解決方案。以前道路工程因為三維空間復雜度相對較低，并且各工程之間的相似性很大，以至于業主、設計、施工、監理各方能夠靠經驗進行理解，問題不大。但隨著社會發展，城市范圍內高架互通之類的復雜工程越來越多（它們也更能體現設計院的核心價值），創造性工程會越來越多，給排水工程也出現了越來越多的異性復雜構造物，傳統二維設計手段也就力不從心了。

1.2 強大的分析和模擬能力

這是BIM的一大顯著優勢，因為設計階段就能直觀看到工程完成后的樣子，可以在此基礎上進行方案論證和調整。對于設計人員來說，有問題可以及時發現；對于業主來說，和心理預期有偏差也能及時知道，這樣就可以把問題消滅在萌芽階段。在傳統二維設計模式中，對于復雜工程往往需要三維建模以明確表達設計意圖，這個過程是手工的且代價大時效性差，并且方案調整后需要重新進行。而在BIM模式中，設計成果就包含三維模型，設計調整則同時調整三維模型，自動而高效。

另外因為BIM模型包含了豐富的信息，能為專業的分析模擬提供盡可能多的數據支撐，從未得到精確的結論，使方案論證、施工交底等變得高效。

1.3 提高協同能力

隨著目前市政工程項目規模越來越大，設計難度越來越高，設計內容越來越細，三兩個人完成一個項目已不現實，這就需要多專業人緊密協作。這樣的協作不只是不同專業之間的，同一專業內部也需要，這就要求使用設計工具必須有協同能力，而這也正是BIM的強項。

在傳統二維設計模式中，不同設計人員之間的協作主要靠分圖層拷貝粘貼或引用實現，也有部分院經歷了協同設計系統，但多是采用類似的上述方式實現，只不過是把圖形或文件集中存儲到服務器上并加以權限控制罷了。采用這種方式通常只能解決較低層次的協同問題，對于更精細的協同力不從心。例如，需要把一條路的每段邊坡、每個平交口、每座互通立交分給不同的人去做。在傳統二維模式中，這些高耦合的工作往往很難并行，因為作為主要設計成果的平面圖由很多相互關聯的線條和文字組成，僅僅把所有人的成果合并起來就是非常困難和易錯的。

在BIM解決方案中，這個問題迎刃而解。因為基于BIM的設計過程可以看作是對信息模型的搭建過程，這個模型有很多子模型組成，這些子模型之內高內聚，之間低耦合，并且子模型之間的耦合是明確的（即某個子模型會影響到哪些其他子模型是明確的），所以很容易合并，并且能立即發現沖突情況。因為子模型之間的低耦合性，它們可以分配給不同的人負責設計，從而實現協同。

2、BIM技術在市政道路設計中的應用

2.1 地形圖處理

勘測單位提供的地形圖通常有兩種，一種為三維地形，即地形圖中的高程點的標高即為實際高程；另外一種是二維地形，即地形圖中的高程點的實際高程均為0，具體高程由數字在高程點旁標注。以三維地形圖為例，高程點均為帶有Z坐標的圖塊。（1）打開圖層管理器，將高程點以外的圖層反向選擇，然后凍結；（2）點擊曲面菜單下的創建曲面命令，打開創建曲面對話框，選擇相應的圖層、名稱和曲面類型。然后點擊確定。（3）點擊工具空間的曲面樹形菜單，打開定義工具欄，在圖形對象上點擊右鍵，選擇添加，在彈出的對話框中選擇塊。點擊確定。（4）框選所有高程點，按回車鍵。（5）曲面創建完成，可用對象查看器查看所創建的曲面。

2.2 道路中心線設計

道路設計首先要確定道路中心線線位，設計人需考慮各控制因素，按照規劃確定的線位進行擬合，并按照規范要求適當調整圓曲線半徑、長度、緩和曲線長等曲線要素。（1）將初步確定好的道路中心線插入地形圖中。（2）將道路中心線轉換為多段線。（3）單擊路線菜單下的從多段線創建路線，選中道路中心線。在彈出對話框中輸入路線名稱，選擇路線樣式和路線標簽集，然后單擊確定。

2.3 道路縱斷面設計

目前國內常用的道路設計軟件的縱斷面設計功能，基本流程為先編制原地面線文件，然后生成原地面線，再在生成的原地面線上繪制拉坡線，并調整拉坡線直至滿足設計要求為止。然后將拉坡線儲存為豎曲線設計文件，再調用原地面線文件、豎曲線文件生成最終的道路縱斷面設計圖。Civil 3D采用三維地形為設計的基本資料，地面線可以直接通過“從曲面創建縱斷面”命令生成。且道路中心線修改之后，地面線會自動更新，節省了設計時間和精力。使用“按布局創建縱斷面”可進行拉坡線設計。設計縱斷面繪制完成后，查看自動生成的豎曲線要素和坡度、坡長等指標，如發現不滿足規范，則點擊編輯縱斷面形狀命令，在彈出的子工具條中，點擊縱斷面布局參數命令，打開布局對話框。然后點取邊坡點，在布局對話框中修改邊坡點里程樁號、邊坡點標高、豎曲線半徑、坡度、坡長等參數。

2.4 道路橫斷面設計

（1）點擊道路下拉菜單，單擊創建裝配命令，在彈出對話框中輸入裝配名稱，然后單擊確定。（2）在屏幕任意位置單擊鼠標，將插入一個中部帶有圓形標記的豎線，這條豎線即是裝配的基準線，也即道路中心線。（3）調出道路菜單下的“部件工具板選項板”，利用程序自帶的部件完成裝配。（4）先裝配出標準橫斷面，再根據以后的設計需要添加其余裝配，由于Civil 3D具有動態關聯特性，對道路制定了不同的裝配或者修改了裝配部件的參數后，道路模型可以快速、即時更新。

2.5 道路建模

點擊道路下拉菜單，單擊創建道路命令，按照提示選擇路線、縱斷面和標準橫斷面裝配。在彈出對話框中，根據道路寬度的變化創建相應的區域，并為道路組件指定相應的邏輯目標。

結語：

BIM是設計理念的一次飛躍，正在引發工程設計領域的又一次革命，雖然暫時會有一些阻力，但設計走向BIM是必然趨勢，作為相關方要把握住這個機會。