Civil 3D設計道路信息模型的方法與應用

摘 要：Civil 3D作為基礎設施項目設計的BIM軟件，可以為設計者不同視覺，不同角度來觀察模型，從而確定更加完善的設計方案或解決辦法。系統的討論了Civil 3D建道路信息模型的方法與應用。

關鍵詞：Civil 3D； Infroworks；道路信息模型；方法

1 BIM概況

近年來，隨著計算機技術的飛速發展，計算機輔助設計的功能也越來越強大，將人們從二維的平面時代過渡到了三維可視化的時代。BIM[1]技術的出現，改變著建筑活動的表達方式、作用方式和建造方式；也成為科學研究、工程設計、施工、養護與管理的熱點技術問題。

BIM的概念在上世紀70年代就由喬治亞理工大學的Chunk Esatman教授提出了[1]，但直到2002年美國的Autodesk公司發表了一本BIM白皮書之后，才使得BIM逐漸被大家了解。到2007年，全美建筑科學院NIBS推出醞釀已久的集大成者BIM標準：全美BIM標準（NBIMS），之后被各國效仿[2]。

在國內，2002年之前BIM的發展一直都處于萌芽期，直到2005年，Autodesk公司進入中國市場，為了推廣它的產品才在國內開始宣傳BIM，BIM的才逐步在國內被了解認知。到2007年的時候，建設部發布行業產品標準《建筑對象數字化標準》。2008年開始，上海的標志建筑上 海中心決定在該項目采納BIM技術，BIM技術在國內發展開始加速。2010年，清華大學通過研究提出了中國建筑信息模型標準框架（簡稱CBIMS）。2012年開始，住建部開始接觸并推廣BIM并宣告中國BIM標準制定工作正式啟動，到2017年，國務院辦公廳關于促進建筑業持續健康發展的意見中也明確說明了BIM的重要性[2]。目前道路行業運用比較廣泛的BIM軟件是由Autodesk公司開發的Civil 3D與Infraworks。

2 軟件介紹

Civil 3D[3]軟件是一款面向基礎設施行業的建筑信息模型（BIM）解決方案，它為基礎設施行業的各類技術人員提供了強大的設計、分析以及文檔編制功能，適用于勘察測繪、巖土工程、交通運輸、水利水電、市政給排水、城市規劃和總圖設計眾多領域。Civil 3D架構在同版本AutoCAD之上，基本包含其所有功能，并提供了測量、三維地形處理、土方計算、場地規劃、道路設計、地下管網設計等先進的專業設計工具，能夠與Revit， Navisworks， Infraworks等軟件都有良好的數據交互，有效擴展土木工程三維設計成果。

3 道路信息模型的設計

3.1 創建地形曲面

地形曲面是Civil 3D中一個重要的概念，所有的設計操作只能在創建好地形曲面上進行。在Civil 3D中，曲面的創建有多種方式，可以通過帶有高程信息的等高線和高程點轉化為地形曲面，或者直接導入具有位置信息的地形點的Excel表格。生成的地形曲面可以三維觀察器中直接觀看其三維狀態，當發現有個別細微誤差時，可通過曲面特性進行及時修改。

曲面創建好以后，Civil 3D還提供了對曲面進行各種性質的分析功能，其中高程分析和流域分析的功能為下一步的道路設計提供了設計參考和依據。

3.2 道路模型的創建

3.2.1 道路平面設計

地形曲面創建好便可開始平面選線工作，在選線的過程中有非常多的影響因素，道路的平面線性直接決定整條道路的設計質量，因此需要結合所有的控制條件和影響因素對平面線性進行反復的修改和調試，已到達方案最優的效果。在Civil 3D中，提供了多種路線創建的方式，如路線創建工具、擬合最佳路線、從對象創建路線等方式。本次設計采用“路線創建工具”的方法做道路的平面設計。路線的平面參數可在路線布局工具中進行設計和修改，在平面線性確定之前可以在路線布局參數中對道路局部的要素進行適當的調整，最終確定道路設計中心線的位置和參數。

3.2.2 道路縱斷面設計

縱斷面是沿著道路中心線作豎直方向的剖面，這個剖面與地面線的交線稱為道路的縱斷面地面線。縱斷面設計是道路設計中非常關鍵的一步，縱斷面的合理性直接影響道路建設的工程量的大小以及行車的舒適度和安全性。

縱斷面設計是以縱斷面地面線為基礎，開始道路縱斷面線的設計。當道路縱斷面設計線需要修改時，可以通過拖動豎曲線上的夾點適當調整，或單擊縱斷面布局工具欄中的“縱斷面格柵視圖”查看生成的豎曲線的各個參數，根據實際情況做出適當修整。在整個縱斷面圖中所有的數據都是相關聯的，對豎曲線做出了修改，與其相關聯的數據也會隨之發生變化。

3.2.3 橫斷面設計

橫斷面設計階段的首要步驟是建立一個與工程實際情況相符合的道路模型，道路模型由各個不同的裝配構成。裝配可以是軟件本身自帶的，也可以通過Civil 3D部件編輯器進行量身定制。要使用部件編輯器制定部件需要一定的計算機語言基礎，在這里不做闡述，本次道路模型采用Civil 3D部件庫中提供定義好的部件生成道路模型。生成道路模型后，在道路模型的基礎之上建立道路曲面和曲面邊界，這樣才方便后面橫斷面設計的標注和工程量的計算。

道路橫斷面是道路設計中最為復雜，工序最為繁多的一步。橫斷面由兩部分構成，地面橫斷面線和道路的橫斷面線。在Civil 3D中，道路橫斷面的會跟隨道路路線或道路模型的變化而自動變化，這樣可以大大減少設計人員的工作量，提高工作效率。

創建道路模型的采樣線：采樣線是將道路曲面和地形曲面按規定的里程樁號進行采樣，采樣線還可以進行左右寬度的設定，以滿足對不同路段采樣范圍的需求。

創建道路橫斷面圖：在創建好采樣線組后，通過采樣線組對道路曲面和地形曲面的采樣，就可以生成道路的橫斷面圖。生成橫斷面后可以對橫斷面的標簽進行設定，達到施工圖的要求。

3.2.4 道路土石方計算

在完成道路平面、縱斷面、道路模型、道路橫斷面設計之后，可以在Civil 3D中進行路基土石方的計算，Civil 3D中提供了平均端面積、棱柱體、組合體積的方法計算土石方面積。

4 結語

目前，三維可視化設計技術的應用，在國際上已經比較成熟了，國內的一些大中型建筑的設計也采用了BIM技術。我國BIM技術主要運用在房屋建筑中，在道路、鐵路等方面BIM技術很少被運用。隨著計算科學技術的發展，道路信息模型在設計中已經成為必不可少的一個章節，行業內也出了一系列的BIM技術規范。為了給好的使用BIM技術服務于設計工作，設計人員還行需要不斷的提升自己，通過掌握計算機語言，在針對各個不同的項目對BIM軟件進行二次開發，開發出滿足當前設計項目所需的小插件，從而大幅度的提升工作效率，降低生產成本。Civil 3D作為BIM系列軟件其中的一員，在道路設計中的應用能夠產生良好的效益的，可以在實際設計中大力推廣

參考文獻

[1]袁翱.BIM工程概論[M].成都：西南交通大學出版社，2017.

[2]宋家宏.BIM技術國內外發展現狀與趨勢[EB/OL].[2月2日]. https：//zhuanlan.zhihu.com/p/26875979.

[3]任耀.Auto CAD Civil 3D 2013 應用寶典[M].上海：同濟大學出版社，2013.

作者簡介

羅任宏（1992-），男，重慶交通大學土木工程學院碩士研究生在讀，主要從事道路工程研究。