馬迪

（中國市政工程西北設(shè)計研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000）

1 概述

建筑信息模型（Building Information Modeling）是以建筑工程項目的各項相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，通過數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息，通過三維建筑模型，實現(xiàn)工程監(jiān)理、物業(yè)管理、設(shè)備管理、數(shù)字化加工、工程化管理等功能。BIM在建筑對象全生命周期內(nèi)具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性以及可出圖形五個特征。BIM在設(shè)計階段主要包括施工模擬、設(shè)計分析與協(xié)同設(shè)計、可視化交流、碰撞檢查及設(shè)計階段的造價控制等。施工階段BIM技術(shù)主要應(yīng)用包括虛擬施工及施工進(jìn)度控制、施工過程中的成本控制、三維模型校驗及預(yù)制構(gòu)件施工等方面。

Bentley公司開發(fā)的Microstation平臺于1986年發(fā)布，該平臺具有完善的數(shù)據(jù)交互能力與協(xié)同功能，并在BIM設(shè)計中引入了參考的方式進(jìn)行模型組裝以減少電腦硬件需求。其各專業(yè)軟件都基于Microstation平臺進(jìn)行操作，可實現(xiàn)各專業(yè)的協(xié)同設(shè)計以提高建模效率。市政道路交通專業(yè)BIM建模主要涉及道路專業(yè)Powercivil軟件、橋梁結(jié)構(gòu)專業(yè)Prostructure和CivilStation Designer軟件、管線專業(yè)Powercivil的SUE插件、項目管理軟件ProjectWise以及后期渲染軟件LumenRT。

2 Bently平臺道路建模流程

2.1 建模前準(zhǔn)備階段

進(jìn)行建模工作前，首先進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的建立。市政道路BIM設(shè)計中龐大的模型系統(tǒng)需要不同專業(yè)人員進(jìn)行分工協(xié)同設(shè)計。BIM設(shè)計團(tuán)隊通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器可實現(xiàn)模型系統(tǒng)的多專業(yè)協(xié)作和模型實時同步更新。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器管理人員依據(jù)建模分工對項目組成員設(shè)置相應(yīng)權(quán)限以保證協(xié)同工作成果的有效性。

2.2 規(guī)劃階段

項目各設(shè)計階段對BIM模型精度要求各不相同，從勘察/概念化設(shè)計的LOD100到項目竣工/運維的LOD500，模型精度要求不斷提高。設(shè)計人員可根據(jù)設(shè)計階段和業(yè)主要求決定交付模型的精度。規(guī)劃階段模型精度要求較低，設(shè)計人員可利用大比例尺地形圖等基礎(chǔ)測量數(shù)據(jù)制作道路模型。相較二維規(guī)劃選線，BIM模型可利用可視化設(shè)計和協(xié)同設(shè)計的優(yōu)勢，對道路的各選線方案進(jìn)行模擬分析，分析規(guī)劃道路與現(xiàn)狀建筑結(jié)構(gòu)物、管線、設(shè)備之間的碰撞問題，減少拆遷，尋找最佳方案。以道路模型的形式向業(yè)主展示方案，可有效提高業(yè)主的決策效率。

2.3 勘察測量階段

作為BIM建模工作的基礎(chǔ)，地形地質(zhì)模型的質(zhì)量直接決定其他各專業(yè)建模成果及提取工程量的準(zhǔn)確性。Bentley平臺通過Powercivil軟件進(jìn)行地質(zhì)地形模型的建立。對于地形模型，主要利用勘察測量單位提供的道路橫縱斷面高程數(shù)據(jù)、小比例尺地形圖或航拍照片進(jìn)行三角構(gòu)網(wǎng)而后生成曲面。生成后的地?？衫肎IS地形影像進(jìn)行表面紋理疊加，從而將區(qū)域內(nèi)的地形地貌信息（如山川、河流、植被、人工構(gòu)造物）生動地表現(xiàn)出來。

對于地質(zhì)模型，主要采用二維鉆孔資料，通過拉伸生成三維地質(zhì)模型，設(shè)計人員根據(jù)三維地質(zhì)模型分析掌握區(qū)域內(nèi)地質(zhì)情況從而在選線時避開不良地質(zhì)或?qū)Σ涣嫉刭|(zhì)進(jìn)行處理。

2.4 設(shè)計階段

地形地質(zhì)模型建立后，各專業(yè)需共同完成服務(wù)器材質(zhì)庫的建立，確定材質(zhì)庫中如混凝土、瀝青、鋼筋、植被、土壤等所有元素的三維模型表達(dá)形式（如顏色、紋理等視覺效果）。各專業(yè)在進(jìn)行建模前需將各自建模軟件與服務(wù)器材質(zhì)庫進(jìn)行連接以保證建模結(jié)果的一致性。

道路專業(yè)建模涉及路線工程、路基路面及附屬工程、交通工程、立交設(shè)計、高邊坡設(shè)計、被交路及老路改移等工作。

道路專業(yè)通過Powercivil軟件參考制作完成的地形地模進(jìn)行道路中心的繪制。道路平面選線及縱斷面的設(shè)計方法與現(xiàn)行二維軟件設(shè)計方法（如交點法）相同。道路中線設(shè)計完成后，道路專業(yè)向橋涵專業(yè)提供三維道路中線，橋涵專業(yè)可與道路專業(yè)平行設(shè)計。由于該階段未開始橫斷面布設(shè)，所以管線、照明和交通專業(yè)可先進(jìn)行專業(yè)構(gòu)件庫的建立，如檢查井、路燈燈型、交通標(biāo)志牌等，待道路橋涵專業(yè)提交加載橫斷面和橋梁成果后可進(jìn)行構(gòu)件的放置。

Bentley平臺Powercivil軟件在進(jìn)行道路橫斷面設(shè)計時引入廊道的概念。在該階段道路專業(yè)需要大量時間進(jìn)行道路模板庫的建立。模板庫中包括路面結(jié)構(gòu)層、擋土墻、路緣石、邊溝、排水溝擋塊等構(gòu)件。設(shè)計人員首先根據(jù)道路橫斷面寬度、路面結(jié)構(gòu)、邊坡坡率、防護(hù)形式等不同條件在模板庫中選擇相關(guān)構(gòu)建元素進(jìn)行橫斷面模板的設(shè)計（見圖1），而后沿道路中線進(jìn)行橫斷面廊道的添加（見圖2）,軟件會根據(jù)設(shè)計邊坡坡率與地形模型相交進(jìn)行自動放坡。

該步驟完成后，道路專業(yè)向照明、管線和交通專業(yè)提供添加橫斷面廊道后的路線文件，各專業(yè)可分別進(jìn)行路燈、管線及標(biāo)線標(biāo)志牌的放置。添加橫斷面廊道后，道路專業(yè)主要進(jìn)行相交道路和立交節(jié)點的設(shè)計。對于道路交叉口和立交匝道，Bentley平臺軟件有“土木單元”組件進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計并進(jìn)行保存，在遇到相同交叉口或匝道形式時可進(jìn)行直接使用和修改，減少工作量。

圖1 橫斷面模板設(shè)計

圖2 添加橫斷面廊道后的路線

Bentley平臺通過Prostructure軟件進(jìn)行橋梁和涵洞結(jié)構(gòu)建模及配筋工作，橋涵專業(yè)首先對橋涵部件進(jìn)行拆分，以保證每種尺寸結(jié)構(gòu)建模僅進(jìn)行一次。進(jìn)行橋梁拼裝時，相同尺寸橋梁結(jié)構(gòu)僅進(jìn)行參考，而不重新建模，以此減少建模人員工程量。橋涵專業(yè)根據(jù)道路專業(yè)提供中線進(jìn)行橋涵總裝。橋梁建模如圖3和圖4所示。

圖3 橋梁整體模型

圖4 現(xiàn)澆梁節(jié)段配筋和橋梁下部結(jié)構(gòu)配筋

在道路專業(yè)向照明、管線和交通專業(yè)提供添加橫斷面廊道路線文件前，照明專業(yè)可使用Microstation軟件進(jìn)行燈型、基礎(chǔ)、箱變的建模；交通專業(yè)使用Microstation軟件進(jìn)行標(biāo)志牌版面、基礎(chǔ)、信號燈的建模，使用Powercivil軟件進(jìn)行設(shè)計。在道路專業(yè)提供加橫斷面廊道后的路線文件后，兩專業(yè)通過CivilStation Designer軟件進(jìn)行路燈、標(biāo)志牌、交通信號燈的放置。管線專業(yè)可直接通過Powercivil軟件中的SUE插件進(jìn)行管線、檢查井的布設(shè)。給排水管線模型如圖5所示。

圖5 給排水管線模型

2.5 模型校對與交付

完成建模工作后，各專業(yè)將建模最終成果上傳至共享服務(wù)器中，可由道路專業(yè)人員進(jìn)行模型的最后參考總裝（見圖6）。校核、審核人員可通過Bentley平臺ProjectWise軟件或Navigator軟件進(jìn)行模型校審。市政道路設(shè)計可通過BIM模型檢查以下問題：

圖6 總裝模型

（1）擬建道路與已建路網(wǎng)水平和垂直幾何體系銜接；道路與橋梁銜接；標(biāo)高檢查。

（2）涵洞標(biāo)高、涵長檢查，涵洞洞口與邊坡銜接。

（3）橋梁和立交凈空檢查；復(fù)雜立交及其周邊環(huán)境融合，檢查立交設(shè)計并進(jìn)行優(yōu)化。

（4）給排水、照明管線之間的碰撞；管線與結(jié)構(gòu)物之間的碰撞；檢查井布設(shè)位置。

（5）路燈、標(biāo)志牌、交通信號燈布設(shè)位置檢查。

各專業(yè)根據(jù)校審人員提出意見進(jìn)行模型修改，將修改后的文件重新參考生成總裝文件?？梢源藶樽罱K結(jié)果進(jìn)行工程量的提取。根據(jù)業(yè)主要求，建模人員可對三維模型進(jìn)行切圖生成二維圖紙或?qū)⒛Ｐ徒桓逗笃谀Ｐ推脚_管理人員進(jìn)行模型管理。

2.6 模型渲染

設(shè)計人員可將總裝模型導(dǎo)入Bentley平臺LumenRT中進(jìn)行模型渲染，進(jìn)行道路景觀設(shè)計。LumenRT可輸出高質(zhì)量效果圖（見圖7和圖8）或以車輛行駛為視角的動態(tài)三維漫游視頻以用于項目匯報或投標(biāo)。LumenRT也可輸出VR渲染文件以支持VR-3D沉浸式體驗。

圖7 道路橋梁模型渲染

圖8 交通節(jié)點模型渲染

3 模型與施工協(xié)同管理平臺的結(jié)合

BIM技術(shù)是利用數(shù)字模型進(jìn)行建設(shè)項目設(shè)計、施工、運營管理的過程，BIM模型的建立僅是其中一個步驟。BIM模型作為儲存信息的載體，項目管理和模型運維人員需要將施工運維中需要的信息從模型中提取出來，去除冗余信息的同時添加模型中缺少的但在項目管理中必要的信息。選擇或打造BIM協(xié)同管理平臺可解決從項目立項到竣工全過程項目管理，將各參建部門（業(yè)主、設(shè)計、施工、監(jiān)理、設(shè)備供應(yīng)商）的工作通過BIM協(xié)同平臺連接起來。各方在該平臺上進(jìn)行合同、進(jìn)度、質(zhì)量的管理，并以期實現(xiàn)施工進(jìn)度模擬和成本分析。

后期平臺管理人員需將建模人員完成的模型導(dǎo)入平臺中，對模型中信息進(jìn)行過濾精簡，保證施工管理必要信息的完整性，并結(jié)合地理信息系統(tǒng)（GIS）中的信息數(shù)據(jù)修正建模道路附近地形地貌信息。完成信息過濾后的模型可開始用于施工管理。模型后期運維作為BIM技術(shù)應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)，需要平臺管理人員主要完成以下工作：

（1）設(shè)置各參建方登錄平臺的管理權(quán)限并負(fù)責(zé)與各參建方BIM設(shè)計人員的信息交流。

（2）及時整理各參建方錄入的施工過程中與進(jìn)度、安全、質(zhì)量相關(guān)的信息、表格，并與模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)以保證各參建方得到準(zhǔn)確信息。

（3）與建模人員及時溝通，將變更信息通知建模人員，建模人員修改模型后及時在平臺進(jìn)行更新。

（4）幫助施工單位進(jìn)行工地運用規(guī)劃和施工系統(tǒng)模擬，運用4D模型（加上時間維度的3D模型）有效地規(guī)劃施工階段（亦可指營運期的修建、改建等）各分段工項進(jìn)場施作的先后順序作業(yè)。

（5）進(jìn)行電子圖紙、文檔管理；通過施工方上傳進(jìn)度資料進(jìn)行計劃任務(wù)和實際進(jìn)度對比管理。根據(jù)總包單位提供的工程劃分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行單位工程、分部工程、分項工程以及檢驗批建立，并及時上傳相關(guān)質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)。管理項目進(jìn)場人員、進(jìn)場機械和施工現(xiàn)場監(jiān)控等安全信息；及時向各參建方通報施工進(jìn)度、質(zhì)量、安全方面發(fā)現(xiàn)的問題。

4 面臨的問題

基于Bentley平臺的BIM技術(shù)已在市政道路設(shè)計行業(yè)中有了廣泛應(yīng)用，但還面臨著很多問題有待解決，其中有些問題是整個BIM行業(yè)面臨的困難，而不僅針對Bentley平臺。

（1）基于Bentley平臺二次開發(fā)較少，缺少適應(yīng)國內(nèi)道路設(shè)計習(xí)慣的相關(guān)插件，影響著建模效率。

（2）多數(shù)設(shè)計單位僅停留在依照二維施工圖應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行翻模設(shè)計，而進(jìn)行正向設(shè)計的較少。翻模設(shè)計導(dǎo)致了BIM技術(shù)與工程設(shè)計無法統(tǒng)一，工程變更是需要先修改二維設(shè)計，再進(jìn)行模型修改，這將導(dǎo)致BIM技術(shù)的應(yīng)用效率大大降低。橋梁、涵洞等結(jié)構(gòu)物正向設(shè)計與出圖趨于成熟，道路、管線專業(yè)出圖方式需要繼續(xù)研究。

（3）缺少道路橋梁行業(yè)BIM建模及應(yīng)用規(guī)范，現(xiàn)行建模單位主要使用各自企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，模型提交成果無規(guī)范進(jìn)行統(tǒng)一。

（4）如何保證建模結(jié)果通過施工圖審查面臨一定困難，施工圖審查單位需要對三維模型的工程量和切割模型輸出二維圖紙進(jìn)行審查，與傳統(tǒng)施工圖審查有較大區(qū)別。

5 結(jié)語

本文簡述了基于Bentley平臺的BIM技術(shù)在城市道路設(shè)計中的建模流程以及如何將模型與協(xié)同平臺進(jìn)行結(jié)合用以解決從項目立項到竣工的全過程項目管理。BIM技術(shù)理念為市政道路行業(yè)帶來巨大變革的同時，也促使各參建方的行事理念由二維時代向三維時代跨越，并要克服變革中遇到的困難，最終促使BIM技術(shù)在市政道路行業(yè)高速發(fā)展。

[1]郭洪江.淺議BIM在公路設(shè)計中的應(yīng)用[J].黑龍江交通科技，2011（9）:315.

[2]朱宗凱，曾詩雅.BIM在市政道路設(shè)計中的應(yīng)用[J].重慶建筑，2016，14（6）:22-24.