龐聰 彭欣 符蕾 李佳航

摘要：文章結(jié)合BIM技術(shù)在我國(guó)工程行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，以市政道路為研究對(duì)象，闡述了市政道路對(duì)于BIM技術(shù)應(yīng)用的需求，分析了BIM技術(shù)在市政道路設(shè)計(jì)階段應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)，并從平臺(tái)選用、總體方案、流程梳理、設(shè)計(jì)環(huán)境、協(xié)同管理、專業(yè)應(yīng)用等多方面進(jìn)行歸納總結(jié)，提出適用于市政道路全過(guò)程全專業(yè)設(shè)計(jì)的BIM建模方法和設(shè)計(jì)流程。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);市政道路;設(shè)計(jì)階段;Bentley

0 引言

隨著BIM技術(shù)在建筑行業(yè)的快速發(fā)展和優(yōu)勢(shì)展現(xiàn)，水利水電、軌道、公路及市政交通等工程行業(yè)也在逐漸嘗試BIM技術(shù)所帶來(lái)的利好優(yōu)勢(shì)。借助我國(guó)近十年在交通領(lǐng)域大發(fā)展的契機(jī)，BIM技術(shù)在我國(guó)交通行業(yè)的應(yīng)用已逐漸成為全球領(lǐng)先，特別在近年來(lái)國(guó)際上各類BIM比賽的獲獎(jiǎng)名單來(lái)看，中國(guó)項(xiàng)目基本占據(jù)獲獎(jiǎng)名單一半以上。

以全生命周期為驅(qū)動(dòng)的BIM技術(shù)在工程行業(yè)的迅速發(fā)展已被業(yè)內(nèi)人士看作是繼CAD甩圖板之后的又一次技術(shù)革新[1]。BIM技術(shù)作為一種基于三維環(huán)境下開展的數(shù)字化新理念，隨著軟硬件條件的不斷提升，已逐漸成為行業(yè)所需。作為技術(shù)密集型企業(yè)的典型代表，國(guó)內(nèi)大型設(shè)計(jì)院更是推動(dòng)BIM技術(shù)的主力軍，如華東院通過(guò)基于BIM系統(tǒng)的二次開發(fā)，已初步具備針對(duì)水利水電工程的BIM技術(shù)正向設(shè)計(jì)能力;中交一公院通過(guò)基于Bentley系統(tǒng)的二次開發(fā)，已逐漸打通BIM技術(shù)在公路工程設(shè)計(jì)中的全專業(yè)全過(guò)程應(yīng)用。隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的來(lái)臨，BIM技術(shù)已經(jīng)具備高速發(fā)展的契機(jī)，這是工程行業(yè)設(shè)計(jì)手段上的一次偉大變革，是設(shè)計(jì)理念和習(xí)慣的根本改變[2]。

1 基于BIM的市政道路應(yīng)用分析

1.1 市政道路的BIM應(yīng)用需求分析

目前我國(guó)正處于對(duì)BIM技術(shù)的期望探索期，積極探索BIM技術(shù)在市政交通中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)是國(guó)內(nèi)BIM應(yīng)用主流，其中應(yīng)用較多的城市主要集中在深圳、北京、上海等一線城市。[JP+1]而從技術(shù)應(yīng)用角度分析，目前絕大部分市政道路的BIM技術(shù)應(yīng)用仍以三維翻模的輔助設(shè)計(jì)為主，主要在大型市政交通項(xiàng)目如互通立交、特大橋、隧道等重要節(jié)點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)用，是我國(guó)目前BIM技術(shù)應(yīng)用的主要需求。

1.2 BIM技術(shù)在市政道路設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)分析

從市政道路工程的特點(diǎn)出發(fā)，相較于公路工程，其具有里程較短，規(guī)模較小，但環(huán)境因素影響大，交通方式分類多，涉及專業(yè)多，景觀綠化要求高等特點(diǎn)。因此，BIM技術(shù)在市政道路中的應(yīng)用與公路相比，在需求上更為明顯。

與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法相比較，BIM技術(shù)主要在三維可視、協(xié)調(diào)溝通、用量估算、征地拆遷及景觀亮化等方面存在較大優(yōu)勢(shì)。如深圳市要求城市重點(diǎn)景觀道路必須采用BIM技術(shù)進(jìn)行景觀亮化方案的對(duì)比，并從第一人視角進(jìn)行模擬展現(xiàn)，為決策者提供直觀依據(jù)。在深圳梅觀高速公路湖南段市政化改造工程中，BIM技術(shù)的應(yīng)用不僅減少了設(shè)計(jì)返工，優(yōu)化了方案，提高了溝通效率，更節(jié)省了設(shè)計(jì)時(shí)間，在降低成本等方面作出了巨大貢獻(xiàn)。

2 市政道路的BIM技術(shù)應(yīng)用分析

2.1 BIM技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)分析

目前市面上存在多款BIM應(yīng)用系統(tǒng)，從國(guó)內(nèi)系統(tǒng)來(lái)看，針對(duì)公路BIM應(yīng)用需求的主要有緯地BIM設(shè)計(jì)平臺(tái)、公路工程設(shè)計(jì)BIM系統(tǒng)等;針對(duì)市政BIM應(yīng)用需求則以鴻業(yè)系統(tǒng)的路易、管立得及BIMSpace等軟件為主。從國(guó)外系統(tǒng)來(lái)看，主要以Autodesk與Bentley系統(tǒng)為主流，其均具備針對(duì)工程行業(yè)各專業(yè)需求的系列軟件集，從系統(tǒng)性、集成性上更具優(yōu)勢(shì)。

根據(jù)市政道路設(shè)計(jì)階段的特點(diǎn)，從技術(shù)層面分析，Bentley系統(tǒng)本身為三維底層架構(gòu)的系統(tǒng)集成，而Autodesk公司和鴻業(yè)系統(tǒng)均以AutoCAD為基礎(chǔ)框架平臺(tái)，在三維集成上存在一定的劣勢(shì)。從綜合性能上分析，Bentley系統(tǒng)是致力于解決各行各業(yè)的綜合性系統(tǒng)平臺(tái)，針對(duì)不同的需求對(duì)象開發(fā)有不同的解決方案，且格式統(tǒng)一，兼容性強(qiáng)。因此，從市政道路不同設(shè)計(jì)階段的需求分析，鴻業(yè)系統(tǒng)更符合目前方案設(shè)計(jì)階段的建模需求，Bentley系統(tǒng)則更符合深化設(shè)計(jì)階段的建模需求。

在方案設(shè)計(jì)階段，選用鴻業(yè)系統(tǒng)，充分利用其在建?？焖倩罢故颈憷确矫娴膬?yōu)勢(shì)。

在深化設(shè)計(jì)階段，選用Bentley系統(tǒng)進(jìn)行精細(xì)化建模，在各專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)、模型精細(xì)度、工程量計(jì)算及效果渲染展示等方面具有較大優(yōu)勢(shì)。

2.2 BIM技術(shù)總體方案

市政道路BIM應(yīng)用方案以不同設(shè)計(jì)階段的不同需求和建模精度為原則，制定BIM建模標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用體系及系統(tǒng)應(yīng)用方案，避免陷入“過(guò)渡建模”的誤區(qū)。對(duì)于設(shè)計(jì)場(chǎng)地環(huán)境的構(gòu)建，采用無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)基于ContextCapture軟件進(jìn)行三維實(shí)景構(gòu)建，高度還原項(xiàng)目周邊真實(shí)場(chǎng)景。對(duì)于協(xié)同設(shè)計(jì)管理平臺(tái)，通過(guò)ProjectWise建立基礎(chǔ)文件、模型文件和管理文件多層結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)模型的協(xié)同管理和資源共享，以解決傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)“信息孤島”的問(wèn)題。

從場(chǎng)地勘測(cè)到方案設(shè)計(jì)再到深化設(shè)計(jì)，形成了一套行之有效的市政道路工程設(shè)計(jì)全專業(yè)全過(guò)程BIM技術(shù)總體應(yīng)用方案（見圖1）。

3 市政道路的BIM設(shè)計(jì)應(yīng)用

3.1 市政道路設(shè)計(jì)BIM應(yīng)用解決方案

針對(duì)市政道路各設(shè)計(jì)階段的不同需求，提出分別將鴻業(yè)系統(tǒng)應(yīng)用于方案設(shè)計(jì)階段，Bentley系統(tǒng)應(yīng)用于深化設(shè)計(jì)階段的BIM解決方案，具體如圖2所示。

3.2 基于BIM的場(chǎng)地勘測(cè)

基于真實(shí)準(zhǔn)確的三維實(shí)景環(huán)境下開展動(dòng)態(tài)交互設(shè)計(jì)是BIM技術(shù)的一大亮點(diǎn)，可極大提升設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。利用無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)對(duì)項(xiàng)目區(qū)域進(jìn)行航拍，獲取項(xiàng)目所需的高分辨率影像，通過(guò)BentleyContextCapture軟件構(gòu)建三維實(shí)景模型，為項(xiàng)目提供真實(shí)、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的設(shè)計(jì)環(huán)境。在此基礎(chǔ)上開展建模設(shè)計(jì)工作，改變傳統(tǒng)枯燥晦澀的設(shè)計(jì)環(huán)境，使設(shè)計(jì)工作真實(shí)協(xié)調(diào)于現(xiàn)場(chǎng)條件，減輕設(shè)計(jì)人員外業(yè)調(diào)查強(qiáng)度和難度，為設(shè)計(jì)人員提供更為詳實(shí)的設(shè)計(jì)資料，提高項(xiàng)目設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。

3.3 基于BIM的設(shè)計(jì)協(xié)同及管理

市政道路工程設(shè)計(jì)是基于多專業(yè)多階段的共同協(xié)作流程，在設(shè)計(jì)過(guò)程中會(huì)存在方案調(diào)整、資料互提及進(jìn)度把控等需求，而傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法在過(guò)程上往往存在脫節(jié)問(wèn)題，導(dǎo)致項(xiàng)目出現(xiàn)缺陷甚至錯(cuò)誤。Bentley公司為解決項(xiàng)目協(xié)同設(shè)計(jì)管理等問(wèn)題，提供了一款用于項(xiàng)目信息管理及協(xié)同工作的平臺(tái)ProjectWise開展協(xié)同設(shè)計(jì)，如圖3所示，清晰表達(dá)了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與BIM協(xié)同設(shè)計(jì)在總體構(gòu)架上的區(qū)別。

利用ProjectWise開展BIM協(xié)同設(shè)計(jì)管理，實(shí)現(xiàn)全專業(yè)在同一環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)下開展設(shè)計(jì)工作。平臺(tái)會(huì)自動(dòng)將模型數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)到系統(tǒng)中，即實(shí)現(xiàn)信息共享，簡(jiǎn)化了信息傳遞的渠道。由項(xiàng)目負(fù)責(zé)人（管理員）根據(jù)項(xiàng)目各專業(yè)的人員安排、進(jìn)度計(jì)劃及特點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)一創(chuàng)建，所有的項(xiàng)目資料和消息都將在平臺(tái)上統(tǒng)一發(fā)布，具有嚴(yán)格的一致性和實(shí)時(shí)性。項(xiàng)目參與人員無(wú)論在何時(shí)何處均可登陸客戶端開展工作，而不同設(shè)計(jì)成員將由項(xiàng)目負(fù)責(zé)人賦予不同的權(quán)限以確保文件安全和流程可控。這種將分散的信息孤島進(jìn)行有效集合的信息共享設(shè)計(jì)模式將使得設(shè)計(jì)工作變得簡(jiǎn)單且規(guī)范，大幅度提高工作效率，減少過(guò)程差錯(cuò)。

3.4 基于BIM的市政道路方案設(shè)計(jì)

針對(duì)市政道路方案設(shè)計(jì)階段的特點(diǎn)分析，選用鴻業(yè)路易2020作為路、橋、隧、交安、照明等專業(yè)的BIM應(yīng)用軟件，選用鴻業(yè)管立得作為給排水BIM應(yīng)用軟件，選用鴻業(yè)鴻城平臺(tái)作為方案BIM模型基礎(chǔ)平臺(tái)，重點(diǎn)突出方案設(shè)計(jì)階段的快速建模比選及便捷展示等方面的需求。

3.5 基于BIM的市政道路深化設(shè)計(jì)

3.5.1 道路設(shè)計(jì)

道路設(shè)計(jì)需要將各分項(xiàng)專業(yè)進(jìn)行有效串聯(lián)。Bentley提供了OpenRoadsDesigner系統(tǒng)開展道路三維建模，通過(guò)多視口系統(tǒng)功能可開展平、縱、橫協(xié)同設(shè)計(jì)，在集成性、參數(shù)化、三維化、可視化等方面更具優(yōu)勢(shì)，更利于路線的總體把控。針對(duì)路基路面，其核心和關(guān)鍵在于廊道橫斷面模板的智能參數(shù)化構(gòu)建，詳細(xì)靈活的參數(shù)化廊道模板應(yīng)具有結(jié)構(gòu)清晰、分類明確及延展性佳等特點(diǎn)，可實(shí)時(shí)對(duì)道路的加寬、超高、分離等變化進(jìn)行參數(shù)化調(diào)整，為使用者提供靈活、便利的三維設(shè)計(jì)環(huán)境?；贐IM技術(shù)的市政道路設(shè)計(jì)將傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)中的點(diǎn)與線的設(shè)計(jì)信息直接轉(zhuǎn)化為三維數(shù)字化實(shí)體模型信息，避免了二維設(shè)計(jì)層次上的“模糊性”等問(wèn)題。

3.5.2 橋梁設(shè)計(jì)

橋梁工程是項(xiàng)目的主要控制節(jié)點(diǎn)，Bentley提供了多款軟件進(jìn)行交互設(shè)計(jì)并完成模型構(gòu)建，利用OpenBridgeModeler開展橋梁整體建模，同時(shí)基于ProStructures進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)，并對(duì)部分特殊組件采用MicroStation平臺(tái)進(jìn)行構(gòu)建。除此之外，為更好地滿足國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)單位的需求和習(xí)慣，基于OpenRoadsDesigner，北京跨世紀(jì)軟件公司開發(fā)的CivilStationDesigner和華東院開發(fā)的BDStation均可應(yīng)用于橋梁交互式建模。采用三維參數(shù)化設(shè)計(jì)方式，建立參數(shù)化構(gòu)件庫(kù)，通過(guò)更新參數(shù)化通用圖來(lái)自動(dòng)更新全橋三維模型，有效提高了橋梁模型的構(gòu)建效率，也盡可能提高市政橋梁建模的準(zhǔn)確性和便利性[3]。

3.5.3 隧道設(shè)計(jì)

城市隧道工程相對(duì)需求較少，Bentley提供了OpenRoadsDesigner進(jìn)行隧道主體結(jié)構(gòu)及三維地質(zhì)模型的構(gòu)建，利用MicroStation開展細(xì)部構(gòu)件處理，最后采用ProStructures開展配筋設(shè)計(jì)，以多系統(tǒng)交互式的方式完成市政隧道建模。

3.5.4 交安設(shè)計(jì)

交安工程根據(jù)其內(nèi)容可分為交通標(biāo)線、交通標(biāo)志及智能監(jiān)控三部分。其中交通標(biāo)志及智能監(jiān)控主要基于MicroStation進(jìn)行模型構(gòu)建，并根據(jù)規(guī)范建立不同標(biāo)準(zhǔn)的交安模型數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)時(shí)調(diào)用相應(yīng)對(duì)象，采用面向組件的參數(shù)化構(gòu)建方法將具有靈活的分解性和組合性，每一種交安設(shè)施可分解為一個(gè)基本單元構(gòu)建，且編碼信息唯一獨(dú)立，這樣既可以快速創(chuàng)建交安設(shè)施，同時(shí)也可保證信息唯一性[4]。交通標(biāo)線則采用OpenRoadsDesigner基于平面進(jìn)行不同類型標(biāo)線的參數(shù)化定制及平面繪制，最后利用三維映射功能投影至實(shí)體模型上以滿足項(xiàng)目實(shí)際需求。

3.5.5 排水設(shè)計(jì)

排水工程是城市道路的主要內(nèi)容之一，利用OpenRoadsDesigner中內(nèi)置的SUE地下公用設(shè)施模塊進(jìn)行地下管線模型構(gòu)建，其三維建模功能可基于CAD及Excel等信息集進(jìn)行批量處理，自動(dòng)創(chuàng)建井、管線等三維模型，可針對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的雨水和污水管網(wǎng)進(jìn)行建模、分析和設(shè)計(jì)。

3.5.6 模型集成及渲染

基于MicroStation將各專業(yè)模型進(jìn)行參考匯總，并通過(guò)Navigator對(duì)模型內(nèi)部所存在的錯(cuò)、漏、碰、缺問(wèn)題進(jìn)行檢查，從設(shè)計(jì)的源頭保證工程質(zhì)量，減少施工過(guò)程中的變更，確保施工順利進(jìn)行[5]。

完成項(xiàng)目模型的碰撞檢查后，可直接導(dǎo)入LumenRT進(jìn)行場(chǎng)景渲染，開展真實(shí)材質(zhì)轉(zhuǎn)化、植物景觀添加、交通流模擬等后期處理，并能以駕駛員及行人視角進(jìn)行場(chǎng)景模擬，打造“所見即所得”的場(chǎng)景構(gòu)建，制作視頻動(dòng)畫。

4 工程應(yīng)用

本文所提出的針對(duì)市政道路不同設(shè)計(jì)階段應(yīng)用不同BIM設(shè)計(jì)流程的全過(guò)程全專業(yè)設(shè)計(jì)建模方法和設(shè)計(jì)流程已在大學(xué)路改擴(kuò)建工程、廉州灣大道工程、民大立交工程等多個(gè)市政道路項(xiàng)目上成功應(yīng)用（見圖4），并在項(xiàng)目方案匯報(bào)、評(píng)審及技術(shù)交底上取得了一致好評(píng)。使得匯報(bào)成果更為清晰明了，生動(dòng)活潑，在三維可視化環(huán)境中促進(jìn)專業(yè)間及各參建方間的理解和溝通，減少溝通成本，提高設(shè)計(jì)效率。

5 結(jié)語(yǔ)

BIM技術(shù)的出現(xiàn)，為市政交通行業(yè)帶來(lái)了新思想的技術(shù)革新，是大數(shù)據(jù)時(shí)代衍生的一種全新的技術(shù)方法。本文以市政道路為對(duì)象，探索研究BIM技術(shù)在市政道路設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用，對(duì)目前市場(chǎng)上主流BIM平臺(tái)進(jìn)行分析對(duì)比，根據(jù)市政道路不同設(shè)計(jì)階段的特點(diǎn)提出選用不同BIM系統(tǒng)的應(yīng)用流程及解決方案。從設(shè)計(jì)環(huán)境構(gòu)建、協(xié)同設(shè)計(jì)管理平臺(tái)搭建及各專業(yè)應(yīng)用等方面進(jìn)行分析，探索性梳理了一套適用于市政道路的BIM輔助設(shè)計(jì)方法并成功應(yīng)用于多個(gè)市政項(xiàng)目，為今后市政交通行業(yè)BIM技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展提供了重要經(jīng)驗(yàn)，具有十分重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

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