文/徐鵬 濟(jì)南市市政工程設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 山東濟(jì)南 250101

1、BIM應(yīng)用與市政道路設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)

1.1 明確表達(dá)設(shè)計(jì)意圖

傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)方式因?yàn)橐褟?fù)雜的三維空間展平到二維空間中，所以不可避免導(dǎo)致一些數(shù)據(jù)的丟失，使設(shè)計(jì)成果不能明確表達(dá)設(shè)計(jì)意圖，甚至出現(xiàn)多意性理解。

BIM方式的設(shè)計(jì)成果因?yàn)槭且粋€(gè)三維數(shù)字化的信息模型，就是工程完成后應(yīng)該成為的樣子，所以真實(shí)地表達(dá)了設(shè)計(jì)意圖。并且子模型和屬性劃分得越細(xì)，設(shè)計(jì)意圖就表達(dá)得越充分和唯一。另外，BIM工具的一大特性就是能很容易設(shè)計(jì)自定義參數(shù)組件，所以能描述清楚非常復(fù)雜的問(wèn)題。

這個(gè)問(wèn)題在越復(fù)雜的工程中表現(xiàn)得越突出，也正因如此。復(fù)雜度更高的高端機(jī)械制造業(yè)、建筑業(yè)更早地關(guān)注了該問(wèn)題，并使用了類似的解決方案。以前道路工程因?yàn)槿S空間復(fù)雜度相對(duì)較低，并且各工程之間的相似性很大，以至于業(yè)主、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理各方能夠靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行理解，問(wèn)題不大。但隨著社會(huì)發(fā)展，城市范圍內(nèi)高架互通之類的復(fù)雜工程越來(lái)越多（它們也更能體現(xiàn)設(shè)計(jì)院的核心價(jià)值），創(chuàng)造性工程會(huì)越來(lái)越多，給排水工程也出現(xiàn)了越來(lái)越多的異性復(fù)雜構(gòu)造物，傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)手段也就力不從心了。

1.2 強(qiáng)大的分析和模擬能力

這是BIM的一大顯著優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樵O(shè)計(jì)階段就能直觀看到工程完成后的樣子，可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)行方案論證和調(diào)整。對(duì)于設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，有問(wèn)題可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)；對(duì)于業(yè)主來(lái)說(shuō)，和心理預(yù)期有偏差也能及時(shí)知道，這樣就可以把問(wèn)題消滅在萌芽階段。在傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)模式中，對(duì)于復(fù)雜工程往往需要三維建模以明確表達(dá)設(shè)計(jì)意圖，這個(gè)過(guò)程是手工的且代價(jià)大時(shí)效性差，并且方案調(diào)整后需要重新進(jìn)行。而在BIM模式中，設(shè)計(jì)成果就包含三維模型，設(shè)計(jì)調(diào)整則同時(shí)調(diào)整三維模型，自動(dòng)而高效。

另外因?yàn)锽IM模型包含了豐富的信息，能為專業(yè)的分析模擬提供盡可能多的數(shù)據(jù)支撐，從未得到精確的結(jié)論，使方案論證、施工交底等變得高效。

1.3 提高協(xié)同能力

隨著目前市政工程項(xiàng)目規(guī)模越來(lái)越大，設(shè)計(jì)難度越來(lái)越高，設(shè)計(jì)內(nèi)容越來(lái)越細(xì)，三兩個(gè)人完成一個(gè)項(xiàng)目已不現(xiàn)實(shí)，這就需要多專業(yè)人緊密協(xié)作。這樣的協(xié)作不只是不同專業(yè)之間的，同一專業(yè)內(nèi)部也需要，這就要求使用設(shè)計(jì)工具必須有協(xié)同能力，而這也正是BIM的強(qiáng)項(xiàng)。

在傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)模式中，不同設(shè)計(jì)人員之間的協(xié)作主要靠分圖層拷貝粘貼或引用實(shí)現(xiàn)，也有部分院經(jīng)歷了協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)，但多是采用類似的上述方式實(shí)現(xiàn)，只不過(guò)是把圖形或文件集中存儲(chǔ)到服務(wù)器上并加以權(quán)限控制罷了。采用這種方式通常只能解決較低層次的協(xié)同問(wèn)題，對(duì)于更精細(xì)的協(xié)同力不從心。例如，需要把一條路的每段邊坡、每個(gè)平交口、每座互通立交分給不同的人去做。在傳統(tǒng)二維模式中，這些高耦合的工作往往很難并行，因?yàn)樽鳛橹饕O(shè)計(jì)成果的平面圖由很多相互關(guān)聯(lián)的線條和文字組成，僅僅把所有人的成果合并起來(lái)就是非常困難和易錯(cuò)的。

在BIM解決方案中，這個(gè)問(wèn)題迎刃而解。因?yàn)榛贐IM的設(shè)計(jì)過(guò)程可以看作是對(duì)信息模型的搭建過(guò)程，這個(gè)模型有很多子模型組成，這些子模型之內(nèi)高內(nèi)聚，之間低耦合，并且子模型之間的耦合是明確的（即某個(gè)子模型會(huì)影響到哪些其他子模型是明確的），所以很容易合并，并且能立即發(fā)現(xiàn)沖突情況。因?yàn)樽幽Ｐ椭g的低耦合性，它們可以分配給不同的人負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)協(xié)同。

2、BIM技術(shù)在市政道路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2.1 地形圖處理

勘測(cè)單位提供的地形圖通常有兩種，一種為三維地形，即地形圖中的高程點(diǎn)的標(biāo)高即為實(shí)際高程；另外一種是二維地形，即地形圖中的高程點(diǎn)的實(shí)際高程均為0，具體高程由數(shù)字在高程點(diǎn)旁標(biāo)注。以三維地形圖為例，高程點(diǎn)均為帶有Z坐標(biāo)的圖塊。（1）打開圖層管理器，將高程點(diǎn)以外的圖層反向選擇，然后凍結(jié)；（2）點(diǎn)擊曲面菜單下的創(chuàng)建曲面命令，打開創(chuàng)建曲面對(duì)話框，選擇相應(yīng)的圖層、名稱和曲面類型。然后點(diǎn)擊確定。（3）點(diǎn)擊工具空間的曲面樹形菜單，打開定義工具欄，在圖形對(duì)象上點(diǎn)擊右鍵，選擇添加，在彈出的對(duì)話框中選擇塊。點(diǎn)擊確定。（4）框選所有高程點(diǎn)，按回車鍵。（5）曲面創(chuàng)建完成，可用對(duì)象查看器查看所創(chuàng)建的曲面。

2.2 道路中心線設(shè)計(jì)

道路設(shè)計(jì)首先要確定道路中心線線位，設(shè)計(jì)人需考慮各控制因素，按照規(guī)劃確定的線位進(jìn)行擬合，并按照規(guī)范要求適當(dāng)調(diào)整圓曲線半徑、長(zhǎng)度、緩和曲線長(zhǎng)等曲線要素。（1）將初步確定好的道路中心線插入地形圖中。（2）將道路中心線轉(zhuǎn)換為多段線。（3）單擊路線菜單下的從多段線創(chuàng)建路線，選中道路中心線。在彈出對(duì)話框中輸入路線名稱，選擇路線樣式和路線標(biāo)簽集，然后單擊確定。

2.3 道路縱斷面設(shè)計(jì)

目前國(guó)內(nèi)常用的道路設(shè)計(jì)軟件的縱斷面設(shè)計(jì)功能，基本流程為先編制原地面線文件，然后生成原地面線，再在生成的原地面線上繪制拉坡線，并調(diào)整拉坡線直至滿足設(shè)計(jì)要求為止。然后將拉坡線儲(chǔ)存為豎曲線設(shè)計(jì)文件，再調(diào)用原地面線文件、豎曲線文件生成最終的道路縱斷面設(shè)計(jì)圖。Civil 3D采用三維地形為設(shè)計(jì)的基本資料，地面線可以直接通過(guò)“從曲面創(chuàng)建縱斷面”命令生成。且道路中心線修改之后，地面線會(huì)自動(dòng)更新，節(jié)省了設(shè)計(jì)時(shí)間和精力。使用“按布局創(chuàng)建縱斷面”可進(jìn)行拉坡線設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)縱斷面繪制完成后，查看自動(dòng)生成的豎曲線要素和坡度、坡長(zhǎng)等指標(biāo)，如發(fā)現(xiàn)不滿足規(guī)范，則點(diǎn)擊編輯縱斷面形狀命令，在彈出的子工具條中，點(diǎn)擊縱斷面布局參數(shù)命令，打開布局對(duì)話框。然后點(diǎn)取邊坡點(diǎn)，在布局對(duì)話框中修改邊坡點(diǎn)里程樁號(hào)、邊坡點(diǎn)標(biāo)高、豎曲線半徑、坡度、坡長(zhǎng)等參數(shù)。

2.4 道路橫斷面設(shè)計(jì)

（1）點(diǎn)擊道路下拉菜單，單擊創(chuàng)建裝配命令，在彈出對(duì)話框中輸入裝配名稱，然后單擊確定。（2）在屏幕任意位置單擊鼠標(biāo)，將插入一個(gè)中部帶有圓形標(biāo)記的豎線，這條豎線即是裝配的基準(zhǔn)線，也即道路中心線。（3）調(diào)出道路菜單下的“部件工具板選項(xiàng)板”，利用程序自帶的部件完成裝配。（4）先裝配出標(biāo)準(zhǔn)橫斷面，再根據(jù)以后的設(shè)計(jì)需要添加其余裝配，由于Civil 3D具有動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)特性，對(duì)道路制定了不同的裝配或者修改了裝配部件的參數(shù)后，道路模型可以快速、即時(shí)更新。

2.5 道路建模

點(diǎn)擊道路下拉菜單，單擊創(chuàng)建道路命令，按照提示選擇路線、縱斷面和標(biāo)準(zhǔn)橫斷面裝配。在彈出對(duì)話框中，根據(jù)道路寬度的變化創(chuàng)建相應(yīng)的區(qū)域，并為道路組件指定相應(yīng)的邏輯目標(biāo)。

結(jié)語(yǔ)：

BIM是設(shè)計(jì)理念的一次飛躍，正在引發(fā)工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域的又一次革命，雖然暫時(shí)會(huì)有一些阻力，但設(shè)計(jì)走向BIM是必然趨勢(shì)，作為相關(guān)方要把握住這個(gè)機(jī)會(huì)。