基于路易2020的道路BIM正向設計應用研究

鄒俊杰

關鍵詞 道路;BIM;正向設計;路易2020

中圖分類號 TU17 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）04-0007-03

0 引言

隨著道路運輸的快速發展，傳統道路工程暴露出信息傳遞效果差、生產及管理效率低的問題[1]，因此在道路工程中應用BIM技術解決問題具有相當廣泛的應用前景。建筑信息模型（BIM），是一種工程數據模型。它基于三維數字技術，集成了建筑工程項目的各種相關信息[2]。從提出到現在已經數十年，經歷過萌芽、生成和發展三個階段。由于BIM具有可視化、協調性、模擬性、優化性和可出圖性五大特點[3]，目前BIM概念在建筑領域已深入人心，發展異常迅猛，在我國越來越多的基礎設施類建設工程中也開始逐步應用。

在全球市場競爭日趨白熱化的大背景下，傳統CAD技術已經明顯跟不上時代的發展步伐，而應用BIM技術為道路設計開展一條新途徑，將會成為未來主流的發展方向[4]。BIM作為引導交通行業走向信息化的一種高層次技術，能促進設計階段乃至整個項目周期的效率大大提升，質量也能得到保證，成本大幅度降低。

1 BIM平臺

BIM目前的發展存在各種各樣的問題，從未來的發展方向來看，隨著計算機技術的發展、國家政策、行業標準的完善以及工程案例經驗的增加，BIM技術必將走向成熟，為大眾所接納，完成一次新的設計革命[5]。由此可見，利用提出基于BIM的道路正向設計更具有創新價值，對于創造社會效益具有重要意義。當下，在國外主要有Autodesk、Bentley等BIM平臺，國內有路易、公路工程設計BIM系統等BIM平臺。目前已有單位和個人利用成型的BIM軟件不斷進行國內本地化的二次開發。隨著BIM軟件在功能方面和本地化開發的不斷完善，BIM技術將產生更大效益。

基于上述發展趨勢，廣聯達等軟件商也意識到二維的設計并不符合今后的發展趨勢，目前正在大力研發三維設計功能，廣聯達鴻業軟件商宣傳三維設計功能為“鴻業BIM”。緯地軟件商基于數模技術和虛擬現實技術實現了一套路、橋、隧、涵、墻、土方、仿真、交通、地質多專業集成的三維CAD解決方案，稱為“緯地BIM”。

該文以某二級公路項目為例，使用廣聯達鴻業路易2020作為BIM建模平臺，進行道路BIM正向設計。路易2020符合國內設計師的使用習慣，其擁有道路BIM設計、道路施工圖設計、交通設施設計三個部分。道路BIM設計的設計過程即建模過程，將二維與三維設計習慣相結合，學習成本大幅降低，能輕松創建三維道路模型;施工圖設計在傳統施工圖軟件功能的基礎上，結合新需求，對出圖功能進行重新設計，豐富的可配置項加上靈活簡便的調整方式能夠滿足眾多設計院的出圖要求;交通設施設計可以快速設計完成交通設施并進行三維建模。

2 道路三維數字化地形創建

三維數字化地形，即設計范圍內地表的三維幾何表示。是應用路易2020進行三維道路設計的基礎，也為道路平縱橫設計、工程量計算等提供了數據源。當三維數字化地形圖發生變更時，由于路易2020參數驅動、約束聯動[6]的工作機制，路易會根據平面路線自動更新與之聯動的自然縱斷面、邊坡、路基橫斷面等對象。

路易2020創建三維數字化地形可利用多種渠道和數據源。一是可通過聯機地圖在線下載項目所在地的衛星圖片和DWG地形圖;二是利用勘測所得項目所在地DWG地形圖;三是勘測所得項目所在地地形數據文件。路易2020在創建三維數字化地形時，會自動分析地形數據源，利用空間上距離最近的高程點進行Delaunay（德洛內）三角剖分來創建三角網，然后以此構建三維數字化地形[7]。河流、建筑等地貌在BIM技術的支持下，可在三維數字化地形中真實還原出來，為后續的工程設計提供可靠的資料。

路易2020對三維數字化地形具有豐富的分析計算功能。例如可通過2D平面圖-圖片（以光柵圖像方式繪制高程彩色圖）、2D平面圖-填充（以平面填充繪制高程彩色圖）、3D高程圖（以三維面繪制高程彩色圖）3種方式進行高程分析，如圖1所示。

3.1 平面設計

道路的平面線形是公路三維線形在水平面的投影。一般采用導線法和曲線法對道路平面線形進行設計。而在路易2020中主要采用導線法、曲線法、單元接線法3種方法進行平面路線設計。

該文采用導線法和曲線法相結合的方式，來對路線平面線形進行設計。在簡單線形段利用導線法快速確定線位，在復雜線形段利用曲線法靈活布線。以此揚長避短，充分利用兩種方法的優點，提高設計效率。通過上述方法完成項目平面設計，如圖2所示。

當項目的平面線形設計完成后，接著進行的路線的縱斷面設計。路易2020中縱斷面線形設計分為兩個步驟：一是根據之前創建的地形曲面來生成自然縱斷面，二是利用縱斷面設計工具來創建設計縱斷面。

在路易2020中，“縱斷拉坡設計”多視口窗口分為平面視圖區、縱斷視圖區、橫斷視圖區三個部分。平面視圖區主要作用是顯示平面道路信息、對應縱斷拉坡位置以及在拉坡后在該區域顯示各變坡點的各項數據，包括變坡點等數據、豎曲線半徑、前直線長、前坡、后直線長、后坡、外距、切線長、豎曲線長。可以在列表中直接修改上述各項數據。在設置中勾選規范檢查后，對不符合規范的數據，將在列表中紅顯。縱斷視圖區主要作用是顯示縱斷拉坡圖信息，通過縱斷面拉坡工具，結合工程經驗創建設計縱斷面。橫斷視圖區顯示道路橫斷信息。包括樁號、版塊、自然地面線、標高等信息。首行默認窗口在進行動態拉坡時會實時更新為拉坡點橫斷信息。通過添加按鈕可添加道路多個位置的監視樁，如圖3所示。

在設計縱斷面完成后，可通過路易2020的縱斷面規范檢查和檢查模塊對完成的設計縱斷面進行檢查，不符合的需要對設計縱斷面進行調整直至完全符合。

4 超高加寬設計

路易2020內置依托于國內設計規范的超高計算功能。在路易2020道路工具欄中選中“道路超高與加寬”。在超高窗口中完成平曲線超高設計。路易2020內置依托于國內設計規范的加寬計算功能，前面同超高的流程進入到加寬設計界面，根據路線中定義的圓曲線半徑、設計車長（軸距+前懸掛），以及橫斷中定義的板塊和車道數據，加上指定的加寬方式、加寬方向、套用規范或者指定計算條件分別計算每車道板塊的加寬數據。

5 橫斷面設計及裝配

道路橫斷面裝配是由一組部件（如行車道部件、人行道部件、邊坡部件等）按照一定的邏輯組裝后的部件集合[8]。

在路易2020中，組件是裝配的基礎，是道路建模的基本構成。不同的組件方案構成不同的橫斷面。路易2020中有許多預設組件，方便用戶根據實際工程項目進行修改，提高設計效率。與此同時，在將組件方案裝配到三維道路模型的過程中，需要設置邏輯條件使得組件方案能在不同橫斷面上靈活布置。然而預設組件一般不能很好地滿足項目需求。此時，路易2020提供組建方案管理模塊來創建自定義組件方案。自定義組件方案中包含板塊方案、邊坡方案等。在確定路基標準橫斷面后，對路基橫斷面分別進行組件方案設計。

綜上，在路易2020中可以通過兩種方式創建裝配。一種是通過路易2020組建方案管理里已有的組件方案來進行裝配。第二種方式是在新建項目時，通過已有裝配創建或直接新建方案，在此基礎上按所需內容裝配成編輯符合要求的橫斷面，如圖4所示。

6 三維道路模型創建

在路易2020工具欄中點擊創建道路命令，彈出“創建道路”對話框。該命令可以單獨創建路線，也可以直接創建出帶道路全屬性的模型。選擇了“道路裝配”后確定自定義組件方案或者已有組建方案，選擇需要創建三維模型的路線，同時確定地形曲面，根據之前確定下來的平縱橫數據，路易2020會沿著路線平、縱方向要素線，將設置好的組件根據邏輯規則布設路基橫斷面，形成三維帶狀實體，完成公路三維模型的構建，如圖5所示。

該文深入研究了BIM技術在道路三維設計中的應用，總結出基于BIM技術設計道路的流程。流程涵蓋三維數字化地形的創建及分析、道路平縱橫設計、超高加寬設計、自定義組件方案創建、三維道路模型創建。研究內容如下：

（1）研究基于路易2020的三維數字化地形創建與分析。

（2）研究對導線法和曲線法去蕪存菁完成道路平面路線設計，并利用路易2020 BIM特性在縱斷面設計中充分考慮了路線平面和路基橫斷面。

（3）研究基于路易2020的BIM模型創建方法，及平、縱、橫與三維數字化地形自動關聯更新。

同時，在明確了道路BIM正向設計理念和方法之外，還考慮到道路工程除平縱橫設計，橋涵等結構物的設計需要更深入研究，希望后來者創建更完善的道路BIM設計平臺。

參考文獻

[1]交通運輸部. 2018年交通運輸行業發展統計公報[R]. 2019.

[2]崔敏. 淺談基于參數化BIM建筑設計技術及其優勢[J]. 建筑工程技術與設計， 2015（4）： 236.

[3]王晨. 市政路橋設計中BIM技術的應用研究[J]. 商品與質量， 2018（42）： 87.

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[5]吳瓊潔， 王曙光. BIM技術應用現狀及思考[J]. 現代食品， 2019（22）： 7-12+19.

[6]劉國圖， 周淼， 郭騰峰. ?基于道路信息模型（RIM）技術的三維涵洞CAD系統研究與開發[C]. ?中國公路學會計算機應用分會2010年學術年會， 2010.

[7]任耀. ?AUTOCAD CIVIL 3D 2013應用寶典[M]. 同濟大學出版社， 2013.

[8]王雯玨. Civil 3D在電廠總圖道路設計中的應用[J]. 武漢大學學報（工學版）， 2013（S1）： 5-8.

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