BIM技術(shù)在市政道路設(shè)計中的應用及難點分析

梁慶學，李新星，熊 誠

（中國市政工程中南設(shè)計研究總院有限公司，湖北 武漢 430010）

0 引言

隨著我國社會與經(jīng)濟的快速發(fā)展，工程項目規(guī)模越來越大，功能越來越齊全，個性化需求也越來越多，而傳統(tǒng)二維設(shè)計的弊端也日益凸顯。近些年來，伴隨著信息技術(shù)普及應用，社會對從業(yè)者提出了更高的標準與要求，智能建造與精細化設(shè)計已成為提升企業(yè)競爭力的重要手段。BIM作為一種新興智能輔助技術(shù)和管理工具正在推動著工程設(shè)計、建造、運營維護等多方面的變革，有著越來越大的社會需求。本文以市政快速路改造工程為背景，探索了BIM技術(shù)在市政道路設(shè)計中的應用方法，分析了BIM技術(shù)應用難點。

1 項目概況

西陵二路快速路位于宜昌市西陵區(qū)，項目設(shè)計起點為沿江大道，終點為東山四路快速路。道路紅線寬度28～63m，雙向4～6車道，設(shè)計全長7501.199m，屬舊城區(qū)快速化改造工程。工程設(shè)計內(nèi)容包括道路工程、排水工程、橋梁工程、通道工程、照明及電力工程、綠化工程、交通工程等。該項目具有體量大、標準高、專業(yè)交叉多、涉及面廣、項目空間性強、復雜多變等特點，在市政快速路中具有一定的代表性。

項目以宜昌市西陵二路快速路工程為依托，綜合應用 AIW、Revit、Inventor、Civil3D、Navisworks等多款輔助設(shè)計軟件完成了西陵二路快速路工程的BIM設(shè)計，實現(xiàn)項目的三維展示、二維出圖、工程量快速測算以及碰撞檢查等功能。其主要設(shè)計內(nèi)容包括項目三維地形模擬、全線道橋隧三維模型搭建、交通組織及標牌設(shè)計、配套景觀及管線工程設(shè)計、4D施工模擬等。

2 BIM技術(shù)應用及成果

2.1 應用環(huán)境

目前市場上的BIM類軟件主要是針對建筑行業(yè)開發(fā)的，市政行業(yè)相對較缺乏，且國外軟件占主流，而對市政道路行業(yè)更是缺乏成熟的軟件和應用環(huán)境。該項目選用歐特克的BIM系列軟件為平臺，采用多專業(yè)協(xié)同設(shè)計的模式對市政道路BIM設(shè)計進行了探索，如圖1所示。

圖1 項目BIM應用軟件環(huán)境

2.2 應用方法及成果

2.2.1 地形圖繪制

傳統(tǒng)市政道路設(shè)計采用的是二維地形圖，在二維地形圖中具體的高程都是以數(shù)字的形式體現(xiàn)，表達方式枯燥且不直觀。BIM設(shè)計中需模擬項目的3D效果，采用的地形圖為三維地形數(shù)據(jù)文件。本項目利用Civil3D對二維地形圖進行處理生成三維地形數(shù)據(jù)文件（見圖2），從而對設(shè)計地形進行直觀的模擬，對展示方案和優(yōu)化設(shè)計具有良好的效果。同時利用Civil3D還可以完成道路的邊坡處理、場平設(shè)計以及土方計算等任務。

圖2 項目三維帶狀地形

2.2.2 創(chuàng)建道路

首先創(chuàng)建道路中心線。道路中心線的設(shè)計與繪制是市政道路設(shè)計中的重要內(nèi)容，也是三維設(shè)計的基礎(chǔ)工作。在設(shè)計過程中會涉及各種控制因素，如規(guī)劃資料、用地限制、道路平縱設(shè)計的規(guī)范指標等。因此，首先統(tǒng)籌考慮各種控制因素，對道路設(shè)計中心線進行分段調(diào)整和優(yōu)化處理，然后利用設(shè)計軟件Civil3D生成道路三維中心線，即完成道路的平縱設(shè)計。

對于市政道路，由于功能復雜，橫斷面往往并不是一成不變的，而是需要結(jié)合各段道路的功能和用地進行調(diào)整。對于復雜的道路橫斷面可以采用Civil3D的部件編輯器進行創(chuàng)建和裝配，如圖3所示。

圖3 部件編輯器創(chuàng)建復雜路幅斷面

2.2.3 創(chuàng)建重要構(gòu)筑物模型

目前Revit在建筑行業(yè)的應用已經(jīng)比較成熟，也有較多的成熟案列，Inventor則主要應用于機械設(shè)計行業(yè)。項目應用Revit和Inventor進行市政路橋項目的三維設(shè)計是一種探索和創(chuàng)新。

本項目的標準橋墩、橋臺、護欄、擋墻、交通標牌、房屋建筑等構(gòu)筑物采用Revit和Inventor建立了項目族庫，進行了參數(shù)化的定制設(shè)計，如圖4所示。

針對本項目復雜的沿江立交、變寬異型橋梁以及體育場路大型下穿隧道等節(jié)點Revit和Inventor已無法完成項目的精確模擬。因此項目組多次探索后采用了基于Revit的二次開發(fā)程序Dynamo進行程序化建模，解決了常規(guī)軟件無法實現(xiàn)的功能，如圖5所示。

圖4 項目標準族庫

圖5 Dynamo創(chuàng)建立交工程

2.2.4 項目三維模型整合

將三維地形、Civil3D創(chuàng)建的道路以及重要節(jié)點的Revit和Inventor模型導入設(shè)計軟件AIW中進行整合。利用AIW的貼圖功能將實景地圖賦予導入的三維地形來模擬項目實際地形。利用AIW完成道路的配景，再通過AIW的其他功能創(chuàng)建道路橋梁附屬結(jié)構(gòu)、行人、車輛以及項目周圍建筑物、山川、河流、湖泊、樹林等。最后通過AIW的漫游功能進行項目的三維動畫展示。多專業(yè)模型整合如圖6所示。

圖6 多專業(yè)模型整合

2.2.5 碰撞檢查和施工模擬

市政路橋項目涉及專業(yè)廣、交叉點多，利用Navisworks可以進行項目的碰撞檢查，避免專業(yè)沖突，減少設(shè)計失誤，能有效避免設(shè)計事故。

利用Navisworks進行施工模擬，能夠直觀地反映項目的施工組織，有利于把控項目施工期間的風險、成本和進度。

2.3 創(chuàng)新點

（1）利用Revit和Inventor創(chuàng)建了市政道路中標準構(gòu)件的參數(shù)化族庫，族庫的完善能夠極大地提高設(shè)計效率，避免重復設(shè)計和返工。

（2）利用Dynamo實現(xiàn)復雜立交橋梁、大型隧道工程的三維建模和設(shè)計展示。Dynamo是基于Revit的二次開發(fā)程序，對于市政橋梁隧道中的大量空間異型結(jié)構(gòu)，如變寬變高箱梁、“褲衩”匝道、隧道出入口節(jié)點等采用Dymamo能真實地完成其三維模型的搭建和參數(shù)化定制。

（3）利用部件編輯器完成了市政道路復雜多變的路幅橫斷面設(shè)計并進行了裝配。市政道路功能復雜，橫斷面涵蓋車行道、人行道、非機動車道、綠化帶、隔離帶、公交站臺及市政附屬管道、路燈照明、交通監(jiān)控等諸多設(shè)計元素，且受城市規(guī)劃、用地限制和沿線交叉口影響，路幅斷面變化多端，進行三維設(shè)計時很難實現(xiàn)標準化。采用部件編輯器能夠針對不同樁號范圍的道路斷面進行參數(shù)化定制，然后進行道路裝配即可真實地展現(xiàn)道路平面的變化。

（4）整合了多專業(yè)三維空間模型，基本實現(xiàn)了設(shè)計的協(xié)同化、集成化和可視化。項目前期按專業(yè)進行劃分，分別建立了三維地形、橋梁、隧道、地下管線及附屬設(shè)施的三維模型，后期通過AIW進行了整合和后期處理，形成項目的整體BIM模型，便于項目設(shè)計方案的展示和檢查。

3 BIM應用難點分析

（1）BIM技術(shù)作為一種新的技術(shù)，在國內(nèi)目前還處于嘗試和探索階段，其技術(shù)本身還不太成熟，應用局限性強，軟件的應用環(huán)境較差。BIM類軟件普遍對電腦硬件要求高，設(shè)計思路與模式與二維設(shè)計不一樣，要大面積推廣使用BIM進行設(shè)計，不僅需要投入較多的財力，也需要設(shè)計人員投入更多的精力來重新學習新的設(shè)計思維模式。同時，BIM技術(shù)是從國外引進過來的，目前市場上的軟件還是以歐美為主，其對于國內(nèi)設(shè)計規(guī)范、設(shè)計思路和市場規(guī)則的適應性也不夠完善，軟件無法做到與中國規(guī)范結(jié)合，這也給技術(shù)推廣帶來了很大的難度。

（2）市政道路地形均為帶狀結(jié)構(gòu)，處理量大、時間長，對計算機硬件要求高，影響設(shè)計效率；三維設(shè)計對地形數(shù)據(jù)要求較高，如若地形數(shù)據(jù)被人為修改、篩檢、更換坐標系統(tǒng)等，都會給設(shè)計帶來較大麻煩，增加三維設(shè)計難度和影響設(shè)計的精度。

（3）市政道路含大量復雜的空間立交、變寬橋梁、匝道橋、下穿通道、樣式多變支擋結(jié)構(gòu)，大多數(shù)結(jié)構(gòu)均為三維空間異型曲面，邏輯算法復雜，標準化參數(shù)化設(shè)計難度大，加之目前BIM系列軟件局限性強，需要進行二次開發(fā)才能解決。這些局限性嚴重影響了設(shè)計效率和精度，與BIM的初衷不符。

（4）項目本身的復雜性、多變性，涉及專業(yè)面廣，交叉協(xié)作要求高，方案調(diào)整變化可能性大等特點，導致設(shè)計人員對應用BIM的積極性不高，推廣BIM進行三維設(shè)計難度大、進展慢、效果差。

4 結(jié)語

雖然目前BIM技術(shù)在市政道路項目中的應用尚不成熟，也存在一些與現(xiàn)狀設(shè)計思路和市場規(guī)則相矛盾的地方。但其作為一種新技術(shù)革命已然開始改變了傳統(tǒng)的市政路橋設(shè)計方法和觀念，使設(shè)計由二維提升到三維層面，有利于進一步優(yōu)化設(shè)計方案，提高工作效率和設(shè)計質(zhì)量，加強設(shè)計環(huán)節(jié)的交流和合作，提前發(fā)現(xiàn)項目設(shè)計過程中出現(xiàn)的一些問題，有效避免了重新設(shè)計的風險。BIM技術(shù)在市政路橋設(shè)計中的應用，對于解決傳統(tǒng)市政設(shè)計中存在的問題提供了新的途徑，使市政道路設(shè)計更加趨于科學。這對于推動市政道路設(shè)計的發(fā)展具有重大的推動意義。

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