曹 興

(西南科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，四川 綿陽 621000)

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BIM技術(shù)在市政道路領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)

曹 興

(西南科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，四川 綿陽 621000)

介紹了BIM的原理與概念，綜合BIM技術(shù)可視化、協(xié)調(diào)性、碰撞檢查、漫游等功能特點(diǎn)，從道路走線設(shè)計(jì)、選型優(yōu)化、安全性評(píng)估等多個(gè)方面，對(duì)BIM技術(shù)在國內(nèi)道路交通領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了評(píng)述，指出了BIM技術(shù)在國內(nèi)交通領(lǐng)域的發(fā)展障礙。

市政道路，BIM技術(shù)，可視化，景觀設(shè)計(jì)

1 BIM的概念

BIM全稱是建筑信息模型(Building Information Modeling)，是在信息技術(shù)發(fā)展的背景下，力圖將建筑工程所有信息整合成統(tǒng)一的數(shù)字化模型，建立數(shù)據(jù)庫，使得不同軟件數(shù)據(jù)相互配合，并且具有協(xié)同設(shè)計(jì)及聯(lián)動(dòng)更新能力，共同服務(wù)于項(xiàng)目的全壽命周期[1]。概念最早由Chuck Estman在“Building Description System”課題中提出。在2002年國際建筑師協(xié)會(huì)上Autodesk公司正式提出BIM的概念。自此，各國紛紛啟動(dòng)了自己的BIM建設(shè)計(jì)劃。美國總務(wù)管理局(GSA)2003年起開始實(shí)施3D-4D-BIM的計(jì)劃。英國發(fā)布的《Government Construction Strategy》明確要求到2016年政府要求全面協(xié)同3D-BIM，將所有文件進(jìn)行信息化管理。2011年，我國清華大學(xué)BIM課題組提出了中國建筑信息模型標(biāo)準(zhǔn)框架研究[2]，方便相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)褂煤屯茝VBIM技術(shù)。其他國家也根據(jù)自己的實(shí)際情況，探索了基于BIM技術(shù)的信息化管理模式，產(chǎn)生了良好的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益。

2 BIM技術(shù)工具

目前市場(chǎng)上有多種BIM技術(shù)軟件，以Autodesk，Bentley，Dassault三家公司使用最為廣泛。

其中Autodesk公司的CAD設(shè)計(jì)平臺(tái)為目前主流的設(shè)計(jì)平臺(tái)，已經(jīng)被廣泛的接受。其二維設(shè)計(jì)效果突出，但三維表現(xiàn)能力欠佳，BIM的三維可視化不能建立在此平臺(tái)基礎(chǔ)上。針對(duì)這種情況，Autodesk公司在房建領(lǐng)域開發(fā)了Rivit系列作為其BIM設(shè)計(jì)的核心軟件，開發(fā)civil 3D軟件作為其巖土與道路領(lǐng)域的BIM設(shè)計(jì)軟件。其中Revit軟件與國內(nèi)市場(chǎng)對(duì)接較好，在房地產(chǎn)，建筑行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。缺點(diǎn)在于格式間的互通性較差。Bentley公司的軟件具有多種建模方式，其獨(dú)特Microstation作為一種優(yōu)秀的建模平臺(tái)，做到了一個(gè)平臺(tái)，一個(gè)模型，一個(gè)數(shù)據(jù)架構(gòu)，這使其在石油化工、水利、市政道路、橋梁等方面有著巨大的優(yōu)勢(shì)。例如Bentley在市政領(lǐng)域應(yīng)用較多的Power civil軟件，內(nèi)嵌Microstation模塊，集成了勘察與地理信息，地形模型，場(chǎng)地模型，建筑物幾何建模，管道設(shè)計(jì)等多重信息。具有參數(shù)全關(guān)聯(lián)，及時(shí)可視化，碰撞檢查等特點(diǎn)。與此同時(shí)也為設(shè)計(jì)與施工的協(xié)同提供了Projectwise項(xiàng)目信息管理平臺(tái)。Bentley系列軟件的優(yōu)點(diǎn)在于數(shù)據(jù)架構(gòu)的統(tǒng)一，互通性較好，有一定的多維拓展空間。缺點(diǎn)在于軟件二次開發(fā)的族庫較為困難，與國內(nèi)的對(duì)接性不如Autodesk公司產(chǎn)品。Dassault公司在機(jī)械制造業(yè)有很強(qiáng)的創(chuàng)新性，其基于CATIA平臺(tái)針對(duì)工程建設(shè)領(lǐng)域開發(fā)的軟件可靠性高，但因?yàn)槌杀疽约岸ㄎ坏纫蛩?，目前只有一些大型設(shè)計(jì)院在使用。在國內(nèi)，滬昆高鐵控制性工程北盤江大橋就運(yùn)用了Dassault的BIM設(shè)計(jì)軟件，取得了良好的效果。

其他BIM輔助設(shè)計(jì)軟件，例如魯班造價(jià)管理軟件，ETABS，PKPM結(jié)構(gòu)分析軟件，鴻業(yè)機(jī)電分析軟件，Echotect，IES可持續(xù)分析軟件等，都可以與核心建模軟件互相補(bǔ)充，搭配使用。

3 BIM技術(shù)在道路交通領(lǐng)域的應(yīng)用分析

3.1 BIM與GIS的結(jié)合

地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System)又稱“地學(xué)信息系統(tǒng)”。是某確定位置關(guān)于周圍地理環(huán)境信息的集合[3]。BIM的信息化模型針對(duì)的是結(jié)構(gòu)的內(nèi)部構(gòu)造信息，而GIS提供建筑物外部的宏觀地理環(huán)境信息。由于道路工程不同于普通的建筑工程，是個(gè)帶狀線性結(jié)構(gòu)，相關(guān)平面設(shè)計(jì)要做到與環(huán)境融合，使道路曲線優(yōu)美流暢，相關(guān)縱斷面的設(shè)計(jì)需要地質(zhì)條件、高程等因素，所以更需要GIS信息作為補(bǔ)充。將BIM與GIS兩者結(jié)合起來，可以構(gòu)建一條道路完整的信息化模型。

3.2 BIM與無人機(jī)航測(cè)的結(jié)合

BIM與無人機(jī)結(jié)合現(xiàn)在已經(jīng)逐步應(yīng)用在實(shí)際的道路勘察過程中，其影像資料將作為道路選線的重要參考依據(jù)。目前無人機(jī)搭載的攝影系統(tǒng)主要為傾斜攝影系統(tǒng)，可以從不同角度對(duì)目標(biāo)進(jìn)行觀測(cè)，同時(shí)記錄觀測(cè)角度、GPS坐標(biāo)等信息。通過分航區(qū)分階段測(cè)量，獲取所需地區(qū)的全部三維影像。后期將圖像導(dǎo)入smart 3D capture等軟件，生成三維模型，在此基礎(chǔ)上，通過人工實(shí)地的勘測(cè)進(jìn)行補(bǔ)充，確定初步的選線設(shè)計(jì)。其中所有的數(shù)字信息都可以融合入BIM的全壽命周期管理系統(tǒng)中，為接下來的環(huán)節(jié)提供支持。

3.3 BIM技術(shù)虛擬漫游功能的實(shí)現(xiàn)

BIM技術(shù)的虛擬漫游功能在道路工程中有著廣泛的應(yīng)用前景。眾所周知，設(shè)計(jì)速度是公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中最為重要的指標(biāo)，它對(duì)道路的幾何線性、超高控制、工程費(fèi)用、運(yùn)輸效率與安全起著決定性的作用。BIM技術(shù)的虛擬漫游功能在道路工程中就是可以模擬一個(gè)真三維的運(yùn)行狀態(tài)，以一定速度對(duì)線路的整體設(shè)計(jì)進(jìn)行校核以及優(yōu)化。目前的虛擬漫游功能主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1)道路的選型優(yōu)化。道路的設(shè)計(jì)包括平面設(shè)計(jì)、縱斷面設(shè)計(jì)以及橫截面設(shè)計(jì)三個(gè)方面。將三者結(jié)合起來，并且考慮路面排水、視線引導(dǎo)，行車速度、駕駛員操作習(xí)慣及心理等因素，綜合進(jìn)行線路優(yōu)化，通常是道路設(shè)計(jì)的重點(diǎn)與難點(diǎn)。不同的線形組合將對(duì)交通產(chǎn)生不同的效果，所以這一部分的設(shè)計(jì)必須格外慎重。BIM的漫游功能可以模擬一個(gè)較為真實(shí)的駕駛情景，以一定速度對(duì)設(shè)計(jì)的道路進(jìn)行檢驗(yàn)校核，通過不同參數(shù)的調(diào)整，設(shè)計(jì)出最優(yōu)的線形。在交互式道路中，也可以對(duì)凈高、車輛通行能力、視距進(jìn)行檢查，保證設(shè)計(jì)的合理性，避免設(shè)計(jì)變更和返工現(xiàn)象的發(fā)生。

2)道路的景觀設(shè)計(jì)。市政道路的景觀設(shè)計(jì)不僅對(duì)緩解駕駛疲勞，增加道路安全有重要意義。同時(shí)也是一個(gè)城市的宣傳名片。景觀設(shè)計(jì)包括道路隔離帶的設(shè)計(jì)，兩側(cè)綠化植物以及花卉的選擇，兩側(cè)高層建筑外飾燈光的選擇，路燈燈光的設(shè)計(jì)等?；贐IM技術(shù)的虛擬漫游可以模擬不同綠化效果和燈光設(shè)計(jì)，更有利于真實(shí)情景的表達(dá)。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)地調(diào)研，可以明顯加快設(shè)計(jì)進(jìn)度，達(dá)到令人滿意的結(jié)果。

3)道路安全性評(píng)估。目前多所高校已經(jīng)建立了駕駛模擬器系統(tǒng)，可以進(jìn)行不同程度的道路安全性評(píng)估。其中包括縱坡、超高、圓曲線半徑、行車間距、行車速度等對(duì)道路安全造成的影響。將BIM技術(shù)與駕駛模擬系統(tǒng)結(jié)合，通過BIM的虛擬漫游功能測(cè)試不同路段的駕駛員行為，包括應(yīng)激反應(yīng)，心跳、血壓、面部表情、眼睛觀測(cè)位置的變化等，收集這些數(shù)據(jù)可以作為安全評(píng)價(jià)的依據(jù)。并且該試驗(yàn)具有可變性、再現(xiàn)性、可控性、成本低等多個(gè)特點(diǎn)，相比于實(shí)車道路實(shí)驗(yàn)，優(yōu)勢(shì)明顯。

3.4 全壽命周期的設(shè)計(jì)—施工—運(yùn)營—養(yǎng)護(hù)一體化

BIM技術(shù)離不開計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)技術(shù)以及軟件技術(shù)的發(fā)展。目前，可以粗略的將其應(yīng)用分為初級(jí)與高級(jí)兩個(gè)階段。初級(jí)階段也是目前其在道路工程中所處的階段。即BIM技術(shù)的應(yīng)用還只是服務(wù)于整個(gè)工程的設(shè)計(jì)模塊，包括走線設(shè)計(jì)以及選型優(yōu)化等。而高級(jí)階段就是隨著相關(guān)產(chǎn)業(yè)的不斷完善，使BIM技術(shù)可以服務(wù)于項(xiàng)目的全壽命周期。這在道路工程領(lǐng)域是指設(shè)計(jì)—施工—運(yùn)營—養(yǎng)護(hù)一體化。將設(shè)計(jì)階段的圖紙及模型、施工階段的施工方案及施工方法、運(yùn)營期間的人員技術(shù)管理、道路現(xiàn)場(chǎng)的病害監(jiān)測(cè)、養(yǎng)護(hù)階段的養(yǎng)護(hù)方案、養(yǎng)護(hù)結(jié)果整合在一個(gè)系統(tǒng)中，建立同一模型下隨時(shí)間的變化的數(shù)據(jù)信息庫?；谶@種一體化的理念，可以打破目前設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)之間的部門壁壘，減小業(yè)主的管理難度，降低管理成本。

3.5 綜合信息服務(wù)共享

市政道路的BIM技術(shù)主要是服務(wù)于城市管理者，同時(shí)這種大數(shù)據(jù)本身也是數(shù)字化城市的重要組成部分。通過綜合信息平臺(tái)可以及時(shí)發(fā)布道路擁堵，施工信息，提供進(jìn)行更為精確的行車導(dǎo)航服務(wù)等。

4 BIM技術(shù)在道路交通領(lǐng)域應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

BIM技術(shù)在市政道路有著廣闊的應(yīng)用前景。許多城市存在著土地資源緊張、地下管線眾多、近期工程與遠(yuǎn)期工程不搭接、頻繁改擴(kuò)建的問題。這一方面應(yīng)該加強(qiáng)城市路網(wǎng)規(guī)劃，另一方面應(yīng)該將相關(guān)數(shù)據(jù)整合到一個(gè)系統(tǒng)中，減小不必要的重復(fù)建設(shè)。BIM技術(shù)在應(yīng)用初期，可以通過參數(shù)化建模與碰撞檢查避免技術(shù)變更，降低工程費(fèi)用，方便招投標(biāo)。在應(yīng)用后期，可以服務(wù)于項(xiàng)目的全壽命周期，做到與城市規(guī)劃更好的融合，提高城市管理效率。

5 BIM技術(shù)在道路交通領(lǐng)域發(fā)展的障礙

目前我國針對(duì)BIM技術(shù)的研究和應(yīng)用主要集中于房屋建設(shè)領(lǐng)域，在市政道路工程中的應(yīng)用還沒有大規(guī)模的展開。主要存在以下幾個(gè)方面的問題：

1)在BIM道路軟件方面，國內(nèi)比較滯后，許多傳統(tǒng)3D軟件搖身一變變成了BIM設(shè)計(jì)軟件，兼容性以及穩(wěn)定性較差。房建領(lǐng)域的Revit軟件已經(jīng)得到大規(guī)模的推廣應(yīng)用，道路市政領(lǐng)域目前只有Bentley解決方案，但由于成本以及二次開發(fā)等問題，只有某些大型設(shè)計(jì)院在用。

2)在房建領(lǐng)域已經(jīng)出臺(tái)了相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及國家推廣政策，但在市政道路領(lǐng)域目前還未見到。還有相關(guān)人員技術(shù)培訓(xùn)不到位，學(xué)習(xí)資源比較匱乏，這些都是目前市政道路工程沒有大規(guī)模的推廣使用的原因。

6 結(jié)語

一條條市政道路是城市的一根根“血管”，連接著不同功能區(qū)。城市用地的緊張，促使市政道路的設(shè)計(jì)由地面轉(zhuǎn)向空中，由單一轉(zhuǎn)向立體。在這種情況下，基于BIM技術(shù)的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營、養(yǎng)護(hù)一體化可以縮減設(shè)計(jì)與運(yùn)營管理成本，相關(guān)數(shù)據(jù)系統(tǒng)的協(xié)同共享，也可以為數(shù)字化、智慧化城市服務(wù)。

[1] 何關(guān)培.“BIM”究竟是什么?[J].土木建筑工程信息技術(shù),2010,2(3):111-117.

[2] 清華大學(xué)軟件學(xué)院BIM課題組.中國建筑信息模型標(biāo)準(zhǔn)框架研究[J].土木建筑工程信息技術(shù),2010,2(2):1-5.

[3] 劉 玲,孟慶昕,劉曉東,等.基于BIM+GIS技術(shù)的公路預(yù)防性養(yǎng)護(hù)研究[J].公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版),2015(4):13-15.

The development trend of BIM technology in municipal road

Cao Xing

(CollegeofCivilEngineeringandArchitecture,SouthwestUniversityofScienceandTechonology,Mianyang621000,China)

This paper introduced the principle and concept of BIM, combining with the visualization, coordination, collision detection, roaming and other functions of BIM technology, from the road alignment design, type selection optimization, safety assessment and other many aspects, reviewed the application of BIM technology in domestic road transportation field, pointed out the development obstacles of BIM technology in domestic transportation field.

municipal road, BIM technology, visualization, landscape design

1009-6825(2017)10-0149-02

2017-01-22

曹 興(1991- )，男，在讀碩士

U415

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