BIM技術(shù)在市政道路設(shè)計(jì)中的運(yùn)用分析

摘""要：隨著城市化進(jìn)程的加速推進(jìn)，傳統(tǒng)的二維市政道路設(shè)計(jì)方式及二維圖紙的信息傳遞，這已然無(wú)法滿足當(dāng)前城市發(fā)展的需求。面對(duì)這些挑戰(zhàn)，建筑信息模型（Building"Information"Modeling，BIM）技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并展現(xiàn)出其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。BIM技術(shù)通過(guò)創(chuàng)建一個(gè)集成的數(shù)據(jù)模型，將設(shè)計(jì)、施工和維護(hù)管理融于一體，實(shí)時(shí)更新數(shù)據(jù)，可有效表達(dá)市政道路工程的全生命周期信息。基于此，深入探討了BIM技術(shù)在市政道路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，詳盡介紹了BIM技術(shù)在道路建模、平面設(shè)計(jì)、縱斷面設(shè)計(jì)、橫斷面設(shè)計(jì)等各個(gè)環(huán)節(jié)中的使用，并結(jié)合Civil"3D軟件進(jìn)行實(shí)際操作示例。通過(guò)BIM技術(shù)的應(yīng)用，市政道路工程設(shè)計(jì)不僅實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)信息的三維可視化管理，同時(shí)也為未來(lái)市政道路設(shè)計(jì)提供了更廣闊的應(yīng)用前景，具有較高的應(yīng)用價(jià)值和深遠(yuǎn)的社會(huì)影響力。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù)""市政""道路設(shè)計(jì)""設(shè)計(jì)優(yōu)化

中圖分類號(hào)：TU753

Analysis"of"the"Application"of"BIM"Technology"in"Municipal"Road"Design

LIU"Yanxiang""SUN"Tong""LIU"Linsong""SONG"Yuting

Central"and"Southern"China"Municipal"Engineering"Design"and"Research"Institute"Co.，"Ltd.，"Wuhan，"Hubei"Province，"430010"China

Abstract："With"the"acceleration"of"the"urbanization"process，"the"traditional"municipal"road"design"is"mostly"two-dimensional"design，"and"the"information"transmission"is"mostly"two-dimensional"drawings，"which"can"no"longer"meet"the"needs"of"the"current"urban"development."In"the"face"of"these"challenges，"Building"Information"Modeling（BIM）"technology"has"emerged"and"demonstrated"its"unique"advantages."By"creating"an"integrated"data"model，"BIM"technology"integrates"design，"construction"and"maintenance"management，"updates"the"data"in"real"time，"and"can"effectively"express"the"full"life"cycle"information"of"municipal"road"engineering."Based"on"this，"this"paper"deeply"explores"the"application"of"BIM"technology"in"municipal"road"design，"introduces"the"use"of"BIM"technology"in"road"modeling，"graphic"design，"longitudinal"section"design"and"cross"section"design"in"detail，"and"practical"operation"examples"are"also"provided"combining"with"Civil"3D"software."Through"the"application"of"BIM"technology，"the"municipal"road"engineering"design"not"only"realizes"the"three-dimensional"visual"management"of"the"design"information，"but"also"provides"a"broader"application"prospect"for"the"future"municipal"road"design，"which"has"high"application"value"and"far-reaching"social"influence.

Key"Words："BIM"technology;"Municipal;"Road"design;"Design"optimization

隨著我國(guó)對(duì)數(shù)字化建設(shè)的高度重視，建筑信息模型（Building"Information"Modeling，BIM）技術(shù)逐漸被納入國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的戰(zhàn)略規(guī)劃之中。據(jù)相關(guān)研究成果表明，我國(guó)研究團(tuán)隊(duì)在BIM技術(shù)的應(yīng)用上取得了顯著的進(jìn)步，其先進(jìn)水平與發(fā)達(dá)國(guó)家相比已經(jīng)非常接近。當(dāng)前，BIM技術(shù)在我國(guó)市政道路設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用正日益深入。其通過(guò)集成和處理復(fù)雜的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)信息的三維可視化管理，進(jìn)一步提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量和建設(shè)效率。因此，隨著技術(shù)的不斷成熟和應(yīng)用案例的積累，BIM技術(shù)在未來(lái)市政道路設(shè)計(jì)中將展現(xiàn)出更廣泛的應(yīng)用前景和更深遠(yuǎn)的影響力[1]。

1""BIM技術(shù)在市政道路地形圖處理和建模中的應(yīng)用

1.1""地形圖處理

在市政道路設(shè)計(jì)過(guò)程中，地形圖是道路工程的初步測(cè)繪成果，然而，由于不同的勘察手段，導(dǎo)致地形圖資料形態(tài)不一，圖層混亂，這給道路設(shè)計(jì)工作帶來(lái)了很大的困難。為此，設(shè)計(jì)師可運(yùn)用BIM技術(shù)對(duì)地形進(jìn)行預(yù)處理，以將各種地形信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成為3D地形。例如：可通過(guò)"Civil3D中的“地形點(diǎn)賦值”，將各高程點(diǎn)自動(dòng)錄入其中，然后再通過(guò)“轉(zhuǎn)換文本點(diǎn)”將文本點(diǎn)轉(zhuǎn)化為高層次信息，從而實(shí)現(xiàn)地形曲面的三維建模。此外，通過(guò)對(duì)地形曲面的三維建模，去除粗差點(diǎn)，并對(duì)高程和集水區(qū)進(jìn)行分析，可得到精確的高程線。

在操作Civil"3D軟件時(shí)，選中新創(chuàng)建的曲面模型，然后點(diǎn)擊該模型上的“曲面特性”按鈕。可對(duì)所選曲面進(jìn)行高程分析。通過(guò)這次分析，可以獲得有關(guān)最大高程、最小高程以及二維區(qū)域面積等重要數(shù)據(jù)，這些信息會(huì)詳細(xì)展示在軟件界面上，確保設(shè)計(jì)人員能夠清晰了解到每個(gè)區(qū)域的高程情況，為后續(xù)設(shè)計(jì)提供精確的參考依據(jù)。在分析完高程情況后，則要利用Civil"3D內(nèi)置的流域分析功能，將曲面分解成若干個(gè)獨(dú)立的板塊，并在圖形化的圖標(biāo)中直觀展示出每個(gè)板塊內(nèi)的排水邊界、排入?yún)^(qū)域以及相應(yīng)的區(qū)域面積。這樣可使得設(shè)計(jì)人員更容易識(shí)別和理解各部分之間的關(guān)系，從而進(jìn)一步優(yōu)化排水設(shè)計(jì)方案。此外，Civil"3D軟件還有“跌水”命令，使用這一命令，可以監(jiān)測(cè)水從匯水區(qū)向下流的具體路徑，設(shè)計(jì)人員可通過(guò)精確計(jì)算匯水區(qū)域的最低點(diǎn)，以找到最符合實(shí)際需求的集水井位置[2-3]。

1.2""道路建模

道路建模的過(guò)程，實(shí)際上是要對(duì)道路各重要組成部分進(jìn)行精細(xì)描繪，不僅需要在精確測(cè)量的基礎(chǔ)上構(gòu)建清晰的基準(zhǔn)線，而且還需要在模型中細(xì)致命名每一個(gè)路線縱斷面名稱。

在構(gòu)建市政道路模型之后，應(yīng)對(duì)市政道路的橫斷面視圖進(jìn)行仔細(xì)的審查。設(shè)計(jì)師要結(jié)合市政道路的三維模型與過(guò)去的地形數(shù)據(jù)，通過(guò)橫斷面編輯器來(lái)進(jìn)行詳細(xì)檢查。在編輯器中，設(shè)計(jì)師可以輕松地選擇樁號(hào)，或點(diǎn)擊特定的前后樁，以此來(lái)確定模型中是否有任何異常情況。隨后，設(shè)計(jì)師要其將轉(zhuǎn)向平面和縱斷面視圖，允許從單一視口內(nèi)觀察模型，并回歸到正常的坐標(biāo)模型中去。如果一切正常，設(shè)計(jì)師就可以繼續(xù)下一個(gè)步驟，即存儲(chǔ)模型。一旦發(fā)現(xiàn)任何異常，設(shè)計(jì)師就必須立即修改那些導(dǎo)致問(wèn)題的道路要素，然后重新生成模型。在此期間，設(shè)計(jì)師還要在工具空間的瀏覽界面下更新道路列表的名稱，以反映當(dāng)前的變更和所做的修正。

2""BIM技術(shù)在市政道路平面設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

在完成設(shè)計(jì)規(guī)范的預(yù)先定義之后，接下來(lái)就可以使用導(dǎo)線法或線元法來(lái)設(shè)計(jì)道路。首先，點(diǎn)擊并選擇“常用”菜單下的“路線”選項(xiàng)，然后再點(diǎn)擊“從對(duì)象創(chuàng)建路線”這一命令。在彈出的路線布局參數(shù)對(duì)話框中，請(qǐng)仔細(xì)選定路線的名稱和圖層設(shè)置，以及所需的路線類型。然后，根據(jù)《城市道路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ"37—2017）的規(guī)定，考慮到某些設(shè)計(jì)車速可能需要遵循150"m的最小半徑要求，然后要調(diào)出“路線布局工具條”。在工具條中，找到“切線-切線（帶有曲線）”這一項(xiàng)。根據(jù)系統(tǒng)提示，選擇路線上的頂點(diǎn)，這些點(diǎn)將作為線段的起點(diǎn)。與此同時(shí)，還要使用對(duì)象捕捉命令，允許捕捉并存儲(chǔ)當(dāng)前選定的控制點(diǎn)。一旦初步完成了市政道路設(shè)計(jì)，接下來(lái)則要檢查曲線元素值是否符合設(shè)計(jì)規(guī)范。如果發(fā)現(xiàn)有任何不滿足要求的地方，就要根據(jù)曲線元素值進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷模源_保路線的合理性，同樣，也可以在保留之前規(guī)劃路線的直線基礎(chǔ)上，創(chuàng)建新的設(shè)計(jì)路線。通過(guò)這種方式，就可以隨時(shí)檢查設(shè)計(jì)路線是否符合規(guī)范，并及時(shí)修改任何不符合要求的部分[4-5]。

3""BIM技術(shù)在市政道路縱斷面設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

在Civil"3D軟件操作界面中，設(shè)計(jì)人員可選擇相應(yīng)的設(shè)計(jì)線路，將這些設(shè)計(jì)路線的數(shù)據(jù)源指定為原地形曲面。這一關(guān)鍵步驟對(duì)生成市政道路地形曲面縱斷面圖具有重要作用。而當(dāng)設(shè)計(jì)人員在Civil"3D中完成了道路中心線的修改之后，該軟件會(huì)自動(dòng)更新地面線數(shù)據(jù)，確保每一項(xiàng)設(shè)計(jì)變更都能迅速反映到最新的道路模型上。此外，如果在設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到某個(gè)區(qū)域未被繪制或出現(xiàn)空白情況，縱斷面圖的自動(dòng)繪制結(jié)果會(huì)自動(dòng)生成并顯示出來(lái)，設(shè)計(jì)人員無(wú)須手動(dòng)干預(yù)即可獲得精確的繪制成果。同時(shí)，Civil"3D軟件內(nèi)置的“縱斷面布局”工具欄有“創(chuàng)建縱斷面圖”的快捷按鈕。點(diǎn)擊后，設(shè)計(jì)人員可以立即進(jìn)入“縱斷面格柵視圖”模式，在這里設(shè)計(jì)人員可以清晰查看市政道路豎曲線的半徑、變坡點(diǎn)、坡度等關(guān)鍵參數(shù)。例如：如果要查看邊坡點(diǎn)在特定樁號(hào)K0+000.00m處的坡度變化情況，只需輸入該點(diǎn)的高程和后坡度百分比，便可得到詳細(xì)的坡度信息。這種直觀的視圖使得設(shè)計(jì)人員能夠迅速理解并調(diào)整坡度設(shè)置。與此同時(shí)，對(duì)于那些設(shè)計(jì)線可能不符合規(guī)范要求的情況，設(shè)計(jì)人員則可以利用Civil"3D軟件的“全景窗口”或“采樣偏移”功能來(lái)迅速調(diào)整設(shè)計(jì)方案。例如：在采樣偏移項(xiàng)中輸入如“右20，左20”的特定數(shù)值，就可以開(kāi)始對(duì)縱斷面的調(diào)整。此時(shí)，單擊“添加常見(jiàn)曲面縱斷面”按鈕，軟件會(huì)自動(dòng)識(shí)別出各種常見(jiàn)的曲面縱斷面類型，并支持設(shè)計(jì)人員通過(guò)拖拽的方式精確移動(dòng)不同坡點(diǎn)的位置。

4""BIM技術(shù)在市政道路橫斷面設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

在Civil"3D中，橫斷面編輯器允許設(shè)計(jì)人員詳細(xì)編輯各種道路部件，這些組件包括基本過(guò)渡車道、基本路肩、邊溝等基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。此外，還可以靈活裝配常用鋪裝層結(jié)構(gòu)，如瀝青混凝土、水泥混凝土等。這種靈活性使得設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)特定需求快速調(diào)整模型，保證模型能夠適應(yīng)時(shí)間的推移和實(shí)際條件的變化，大幅度提高工作效率。

當(dāng)設(shè)計(jì)中的橫斷面被準(zhǔn)確定義之后，軟件會(huì)通過(guò)一系列代碼來(lái)捕捉這些點(diǎn)和線，進(jìn)而構(gòu)建出整個(gè)曲面。每一個(gè)橫斷面都會(huì)被轉(zhuǎn)換為一系列的要素線，這些要素線被連接起來(lái)，形成了最終的道路曲面。例如：在路緣外側(cè)的編碼中，“Back"curb”代表了邊緣部分，而“Crown”則用于表示兩行車道之間的路拱點(diǎn)，即完成坡面上的特定位置點(diǎn)。這些編碼幫助可較好地幫助設(shè)計(jì)人員區(qū)分不同的結(jié)構(gòu)部分。一旦曲面被成功生成，接下來(lái)設(shè)計(jì)人員就要利用數(shù)字高程模型（Digital"Elevation"Model，DEM）來(lái)進(jìn)行土方量的計(jì)算。該方法主要是通過(guò)生成和分析數(shù)字地形模型（Digital"Terrain"Model，DTM）來(lái)評(píng)估地形特征，并據(jù)此估計(jì)所需的土方工程量。在土方量計(jì)算中，設(shè)計(jì)人員首先要從模型中識(shí)別出挖填量的要素，這通常涉及設(shè)計(jì)的市政道路表面和地形表面。接著，設(shè)計(jì)人員要將這些不規(guī)則的地形表面通過(guò)多個(gè)三角網(wǎng)投影到設(shè)計(jì)的市政道路表面上，以此來(lái)計(jì)算兩者之間的體積差值。在具體操作時(shí)，如果下地形表面的三角形被定位為[x1，"y1，"z1]、[x2，y2，"z2]、[x3，"y3，"z3]，那么這個(gè)三角形的重心坐標(biāo)則為X1=（x1+x2+x3）/3、Y1=（y1+y2+y3）/3、Z3"=（z1+z2+z3）。

利用重心坐標(biāo)來(lái)判斷目標(biāo)重心所在的具體位置這一步驟至關(guān)重要，因?yàn)樗鼪Q定了接下來(lái)如何定位地面表面上的下一個(gè)三角形。如果發(fā)現(xiàn)重心位于市政道路表面的某個(gè)特定區(qū)域，那么就可以確定下一個(gè)地面表面三角形的精確位置。反之，若重心不在該區(qū)域內(nèi)，設(shè)計(jì)人員則需要重新審視路面情況并計(jì)算出新的三角形投影點(diǎn)坐標(biāo)以及對(duì)應(yīng)的面積和重心坐標(biāo)[6]。

5""結(jié)語(yǔ)

綜上所述，BIM技術(shù)在市政道路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用表現(xiàn)出了顯著的優(yōu)勢(shì)，不僅提高了設(shè)計(jì)精度和效率，同時(shí)還優(yōu)化了施工管理流程并降低了建設(shè)成本。通過(guò)地形圖處理、道路建模、平面設(shè)計(jì)、縱斷面設(shè)計(jì)和橫斷面設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)的詳細(xì)分析，可以看到BIM技術(shù)帶來(lái)的是全方位、高效率的設(shè)計(jì)體驗(yàn)。特別是在三維可視化管理、信息集成共享及模型精確度方面，BIM技術(shù)大大超越了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，這對(duì)于滿足復(fù)雜市政道路工程需求具有重要意義。因此，相關(guān)從業(yè)者應(yīng)當(dāng)不斷提高BIM技術(shù)應(yīng)用能力，掌握其操作技巧，并將其更廣泛地應(yīng)用于市政道路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，以促進(jìn)我國(guó)城市基礎(chǔ)設(shè)施事業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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