BIM技術在市政道路工程中方案階段的應用研究

陸黃超

摘? 要：運用BIM的三維可視化技術+傾斜攝影三維實景地形，可以實現市政道路的虛擬仿真漫游，能將市政道路工程設計方案全方位真實的呈現出來，更有利于方案的比選、分析和決策。BIM的多專業信息整合功能還有利于市政道路工程的信息存儲和查詢，相當于建立一個道路工程的可視化三維模型數據庫。

關鍵詞：BIM;三維可視化;傾斜攝影;信息存儲

中圖分類號：U412.37? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）24-0172-03

Abstract： Using the three-dimensional visualization technology of BIM and the three-dimensional real terrain of tilt photography， the virtual simulation roaming of municipal road can be realized， and the design scheme of municipal road engineering can be presented in all directions. It is more beneficial to the comparison， analysis and decision-making of the scheme. The multi-professional information integration function of BIM is also beneficial to the information storage and query of municipal road engineering， which is equivalent to the establishment of a visual three-dimensional model database of road engineering.

Keywords： BIM; 3D visualization; tilt photography; information storage

1 概述

BIM技術是在計算機輔助設計（CAD）等技術基礎上發展起來的多維模型信息集成技術，是對建筑工程物理特征和功能性信息的數字化承載和可視化表達[1]。完整的BIM技術應用是將各專業工程信息整合成一個數字模型，對項目進行規劃、設計、建造和運營管理，其應用貫穿于工程全生命周期[2]。

如今市政道路工程的方案設計越來越受重視，尤其在工程方案的信息傳遞、表達、效果展示方面，如存在多層構造形式的立交、高架、下穿通道等道路工程，以及道路周邊場景環境較為復雜時，平面形式并結合效果圖的表達展示方式往往需要大量的文字說明輔助解釋工程方案，而業主及非專業人士往往需要大量時間精力理解方案，有時候匯報展示結束，業主可能未完全理解方案的全部內容，方案表達效果較差，直接影響方案的比選和決策。

采用一種更為形象的表達展示方式尤為重要，如對工程實時進行任意位置、視點、高度基于速度的道路三維全景漫游，再利用衛星或者航空數字影像進行模型貼圖處理后，營造出市政道路工程虛擬現實空間，能夠對工程全方位直觀的表達。而BIM的三維可視化表達技術正適合運用于該類工程的效果展示工作。

2 研究思路

市政道路工程所包含的專業眾多，其主體專業主要包括：道路、排水、結構和交通設施，如何創建各專業BIM三維信息模型并將其整合一起是實現市政道路三維實景展示的關鍵。本次研究主要基于鴻業路易系列軟件，模型的創建基本采用模塊化設計，使建模更加簡便，主要流程如圖1所示。

為更好地展示市政道路工程方案中的各項設計內容，并考慮模型大小對計算機運行速度和漫游展示的影響，本次研究經反復比選確定模型中各專業所包含的內容如表1所示。

3 案例應用分析

3.1 項目概況

內陸地區某城市主干路，全長2.5km，其中，道路K0+000～K1+300為主線高架+地面輔道形式，路幅寬56～66.5m;道路K1+300～K2+500為地面主輔路形式，路幅寬45～61m。道路全線包含一個全互通立交，一個部分互通立交，一座人行過街天橋，四個平面交叉口及1200m的高架。

3.2 道路模型

3.2.1 平縱橫設計

道路線形設計與一般的二維設計一致，可采用曲線法或導線法設計[3]。生成道路路線后，即可進行道路縱斷面設計，在縱斷設計之前需根據三維地形數據，提取道路中心線位置的自然縱斷標高數據，之后再進行縱斷拉坡設計。道路橫斷面的BIM模型將路面結構信息也整合在一起。BIM技術較傳統設計方法的優勢如表2所示。

3.2.2 交叉口設計

在交叉口的BIM設計之前需先完成兩條相交道路的平縱橫設計，再根據車速和視距等因素合理設置轉彎半徑，并根據過街距離增加渠化島及二次過街島。

3.2.3 立交設計

立交的平縱橫設計同一般道路BIM設計方法類似，需要注意的是立交兩條匝道交匯處的縱斷標高及坡度盡可能一致，以免后續縱斷傳坡試算通不過。立交的出入口設計模塊主要有入口、出口、分合流對接三種，可根據道路等級、設計速度合理調整立交出入口的參數：加減速車道長度、漸變段長度、鼻端位置和半徑、輔助車道長度和寬度等。

3.3 排水模型

市政道路排水專業BIM模型主要包含雨污水管道和各類檢查井。

3.3.1 排水管道平面設計

根據道路雨污水規劃圖，結合道路高低點，按照道路雨污水管線規劃斷面位置，繪制雨污水管道平面。管道平面布置后，按照水力計算結果對管道規格和坡度進行初步調整，之后進行雨水口布置，完成后，需要將雨水口和雨水檢查井通過雨水口連接管連在一起。

3.3.2 排水管道縱斷面設計

豎向設計過程的選擇井標準圖號、繪制選擇斷面等功能均要求有節點地面標高，管道縱斷圖設計可分如下步驟進行：定義管道坡度→定義管道標高→雨水口連接管標高→管高交互設計。完成上述豎向設計之后，可以利用碰撞檢測功能，對管道系統標高進行合理化判斷，是否滿足規范間距要求。

排水管道建模成功后，即可進行三維查看效果（如圖3）。

3.4 橋梁結構模型

高架、立交橋梁BIM模型創建之前需完成道路平縱橫的設計，之后確定橋梁上部結構和下部結構方案，再進行橋梁規格定義。橋梁規格定義主要按以下環節進行：護欄定義→主梁斷面定義→上部結構方案設計→橋墩規格設置→蓋梁墩帽規格設置→橋臺規格設置。經過以上環節，便可以完成橋梁上部結構和下部結構的基本組件設計。

根據已設計橋梁組件模塊，再進行路線上的橋梁定義。該環節主要工作內容為：橋梁分幅定義→定義橋梁起終點→定義橋梁起終點樁號→設置橋梁跨數、跨徑和上部結構高。

本工程除高架立交橋梁結構外，還包含過街人行天橋的設計，過街天橋的BIM模型創建，同樣采用模塊化設計。天橋設計之前先定義天橋軸線，之后按以下環節分步進行：控制輸入梁的上下部結構尺寸→確定橋底凈空→指定橋墩位置和尺寸→定義梯度參數→設計天橋裝飾樣式。

3.5 三維傾斜攝影+道路實體模型

為更真實的模擬展示改造道路周邊的復雜環境，本次市政道路BIM模型的地形采用無人機傾斜攝影采集，并生成實景三維地形，與道路實體模型合并。

通過三維實景加BIM的三維模型整合分析，可以清楚地展現道路改造前后對周邊建筑及場地的影響，更加直觀地看出哪些建筑需要拆遷，哪些保留，幫助業主做出更加準確的決策。

4 結束語

（1）市政道路工程應用BIM三維可視化表達技術可以直觀地展現道路、立交、橋梁、排水、交通設施和周邊場景等信息的三維實景狀態，對于工程方案的比選和決策有著重要作用。

（2）BIM技術除了三維表達功能外，還包括很重要的多專業信息整合功能，信息的整合可以更有利于市政道路工程的信息存儲和查詢，即建立一個可視化的三維模型數據庫。

參考文獻：

[1]上海市建筑信息模型技術應用指南[M].上海：上海市住房和城鄉建設管理委員會，2017.

[2]清華大學BIM課題組.中國建筑信息模型標準框架研究[M].北京：中國建筑工業出版社，2011.

[3]嚴作人，陳雨人，張宏超，等.道路工程[M].北京：人民交通出版社，2011.