林國(guó)登

(上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院(集團(tuán))有限公司，上海 200092)

1 引言

傳統(tǒng)方法道路設(shè)計(jì)采用CAD方式，一張圖紙承載了道路設(shè)計(jì)中的所有的信息，錯(cuò)綜復(fù)雜的線段、滿眼的符號(hào)，讓非專業(yè)人員尤其是業(yè)主很難理解，造成溝通障礙。通過(guò)BIM技術(shù)可以將項(xiàng)目整體信息和真實(shí)場(chǎng)景直觀地展現(xiàn)給各參與方[1]。

市政道路工程設(shè)計(jì)前期階段主要包括項(xiàng)目建議書段、投標(biāo)、方案、初設(shè)。設(shè)計(jì)前期階段道路總體方案是一個(gè)反復(fù)調(diào)整的過(guò)程，設(shè)計(jì)前期深度不足，基于二維資料及成果很難研究出最優(yōu)方案，通過(guò)BIM多專業(yè)集成可視化模型，設(shè)計(jì)人員能夠及時(shí)直觀地了解清楚設(shè)計(jì)成果與周邊構(gòu)造物、控制點(diǎn)的關(guān)系，從而更加高效地設(shè)計(jì)出最優(yōu)方案。這就要求BIM人員盡可能地與設(shè)計(jì)進(jìn)度同步創(chuàng)建BIM模型，即快速建模。

目前，主流BIM應(yīng)用軟件有Autodesk Revit系列、Benetly Building系列，以及Dassault的CATIA[2]，這三大主流BIM應(yīng)用軟件各自均有道路建模的軟件，而建模操作難度大及建模速度慢是共同存在的問(wèn)題，較難滿足市政道路工程設(shè)計(jì)前期快速建模的需求。

鴻業(yè)路易軟件支持市政道路、公路、互通立交設(shè)計(jì)，軟件將二維與三維設(shè)計(jì)的習(xí)慣相結(jié)合，強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)過(guò)程即建模過(guò)程，在不改變既有設(shè)計(jì)習(xí)慣的條件下，快速創(chuàng)建道路模型，同時(shí)軟件還提供了各分類組件的自動(dòng)化方案，通過(guò)程序輕松快速完成建模工作。

2 設(shè)計(jì)前期階段BIM應(yīng)用特點(diǎn)

市政道路工程設(shè)計(jì)前期階段主要目的是確定建設(shè)方案，建設(shè)方案一般研究步驟如圖1所示。

該時(shí)期BIM需要將影響建設(shè)方案的所有條件均建?；蛘哂闷渌问奖磉_(dá)出來(lái)，用于輔助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行方案研究及輔助業(yè)主快速理解總體方案和決策。需要建的模型一般包括現(xiàn)狀環(huán)境模型、設(shè)計(jì)模型、規(guī)劃模型、輔助模型。各分項(xiàng)模型中包含的模型如表1所示。

表1 分項(xiàng)模型所包含模型

圖1 建設(shè)方案研究步驟

設(shè)計(jì)前期階段所建的模型精度要求相對(duì)較低，一般滿足設(shè)計(jì)方案表達(dá)即可。為了最優(yōu)的建設(shè)方案，將實(shí)景模型或3DGIS和多專業(yè)模型綜合集成進(jìn)行設(shè)計(jì)校核及查驗(yàn)，同時(shí)進(jìn)行項(xiàng)目范圍內(nèi)的景觀綠化等環(huán)境設(shè)計(jì)并直觀地進(jìn)行可視化方案比選[3]，為該階段的主要BIM應(yīng)用。所以該階段BIM應(yīng)用涉及的專業(yè)較多，場(chǎng)景模型豐富，而且要求可視化效果好。

同時(shí)，設(shè)計(jì)前期階段的總體設(shè)計(jì)方案會(huì)不斷地調(diào)整的、反復(fù)的論證，從而也導(dǎo)致設(shè)計(jì)模型需要不斷的重復(fù)建模，而目前BIM作為下游專業(yè)，給BIM人員的工作時(shí)間往往比較有限，這就要求BIM人員要具備快速建模、模型集成及可視化成果制作的能力。項(xiàng)目案例展示如圖2～圖7所示。

圖2 案例展示

圖3 案例展示

圖4 案例展示

圖5 案例展示

圖6 案例展示

圖7 案例展示

3 基本工作流程

現(xiàn)階段BIM人員一般還不具備設(shè)計(jì)能力，而傳統(tǒng)設(shè)計(jì)人員也不具備BIM能力，故該時(shí)期BIM人員與設(shè)計(jì)人員共存，主要的設(shè)計(jì)工作還是由傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員按照傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，而BIM也就只能是輔助設(shè)計(jì)的角色。

BIM人員作為輔助設(shè)計(jì)的角色，其主要的職責(zé)是利用BIM技術(shù)，輔助設(shè)計(jì)工作開(kāi)展，提升設(shè)計(jì)質(zhì)量。其主要的工作流程一般為：根據(jù)項(xiàng)目收集到的資料——建立全專業(yè)模型——進(jìn)行全專業(yè)模型集成——可視化呈現(xiàn)。設(shè)計(jì)內(nèi)部各個(gè)專業(yè)間、各參建方之間均可利用基于BIM可視化集成模型對(duì)方案進(jìn)行討論研究，即利用BIM的可視化與各方進(jìn)行溝通協(xié)調(diào)，利用BIM的模擬性，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的不足，并據(jù)此進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的論證和調(diào)整，優(yōu)化和提升設(shè)計(jì)質(zhì)量[4]。

設(shè)計(jì)前期階段BIM工作流程大致分4個(gè)步驟：資料對(duì)接——技術(shù)路線選擇——建模實(shí)施——集成及可視化交付。具體流程如圖8所示。

圖8 基本工作流程

(1)資料對(duì)接：資料對(duì)接工作主要為資料收集和資料消化，及根據(jù)BIM需求收集必要的資料，如合同文本、設(shè)計(jì)任務(wù)書、設(shè)計(jì)說(shuō)明、相關(guān)圖紙等。將收集到的資料進(jìn)行充分消化，了解建設(shè)條件，熟知設(shè)計(jì)方案，進(jìn)一步明確BIM需求，核查資料是否齊全，應(yīng)盡可能地收集相關(guān)資料，資料的完整性影響著后面具體實(shí)施的工作效率。

(2)技術(shù)路線選擇：不同的項(xiàng)目其建設(shè)條件、主體形式、BIM需求各不相同，即不同的項(xiàng)目可能需要不同的解決方案，需要根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況選擇合適的技術(shù)路線，這個(gè)過(guò)程可能需要進(jìn)行一定的技術(shù)路線探索。表2舉例了部分技術(shù)路線供參考，路易建模速度相對(duì)較快，故設(shè)計(jì)前期階段采用路易為主要建模軟件，除此之外，常用的建模軟件還有Civil 3D、Bentely、CATIA等，集成軟件根據(jù)項(xiàng)目的不同需求選擇。

(3)建模實(shí)施：確定技術(shù)路線后，再根據(jù)該技術(shù)路線檢查所收集資料是否完全滿足建模要求。資料齊全后，以道路專業(yè)為主體(橋梁、隧道可由道路專業(yè)進(jìn)行建模)，其它專業(yè)(如管線、管廊、路燈、景觀等)配合開(kāi)展建模工作。

表2 技術(shù)路線與功能需求

(4)集成及可視化交付：將各專業(yè)模型進(jìn)行整合集成，并根據(jù)需求添加輔助模型，最后按實(shí)際需求制作并輸出圖片、漫游視頻、渲染視頻、輕量化集成可視化模型等。

4 鴻業(yè)路易+Infraworks技術(shù)路線

本文以鴻業(yè)路易+Infraworks(后文簡(jiǎn)稱路易+AIW)技術(shù)路線為例，詳細(xì)介紹建模實(shí)施、集成及可視化交付主要操作流程。圖8為本技術(shù)路線的基本工作流程。

圖9 主要使用軟件

由圖9可看出，地形、道路、橋梁、隧道、交安設(shè)施均可由路易完成建模工作，故當(dāng)建模精度要求較低時(shí)，這些模型應(yīng)由路易完成建模。在路橋隧及交安設(shè)施模型建模完成后，還需要利用路橋隧模型對(duì)地形進(jìn)行剪切。

如勘察單位提供正射影像，則影像一般不需要處理，直接導(dǎo)入Infraworks中完成整合即可； 如沒(méi)有正射影像，則可利用地圖下載器(如水經(jīng)注、LSV)下載衛(wèi)星影像，當(dāng)?shù)匦螆D及其它設(shè)計(jì)資料為地方坐標(biāo)系，而地圖下載器沒(méi)有地方坐標(biāo)系，可在ARCGIS中完成衛(wèi)星影像與地形的配準(zhǔn)，即先按常用坐標(biāo)系下載衛(wèi)星影像，再通過(guò)控制點(diǎn)匹配完成地形與衛(wèi)星影像的配準(zhǔn)。

配景建筑、水域及用地范圍均由Civil 3D對(duì)其輪廓進(jìn)行處理，再導(dǎo)入Infraworks中完成相應(yīng)模型的創(chuàng)建。而管線、管廊及景觀則需專業(yè)的軟件進(jìn)行建模，如管線用管立得、管廊用鴻業(yè)綜合管廊，景觀用Sketch Up。其它的結(jié)構(gòu)模型、輔助模型可以根據(jù)實(shí)際情況采用CAD、Revit或者CATIA進(jìn)行建模。

下面詳細(xì)介紹路易+AIW技術(shù)路線建模實(shí)施、集成及可視化交付主要操作流程，圖10為本技術(shù)路線的大致流程。

圖10 路易+AIW技術(shù)路線主要流程

4.1 路易建模及導(dǎo)出

利用路易依次創(chuàng)建地形、路線、設(shè)計(jì)縱斷、道路模型，隨后處理道路之間的平立交并創(chuàng)建道路綠化帶，再創(chuàng)建橋隧模型，然后進(jìn)行護(hù)欄、邊坡、標(biāo)線等其它模型的創(chuàng)建。綠化帶在橋梁和隧道之前創(chuàng)建是因?yàn)楫?dāng)橋梁或隧道為分幅時(shí)，需要有中央分隔帶。最后對(duì)地形進(jìn)行挖洞處理。

模型導(dǎo)出時(shí)，地形模型導(dǎo)出為L(zhǎng)andXML格式文件，其余模型均導(dǎo)出FBX模型文件。地形導(dǎo)出LandXML格式文件后還需要在Civil 3D中將LandXML文件轉(zhuǎn)為IMX文件供Infraworks中整合使用。在導(dǎo)出FBX模型文件時(shí)，需要給一定的偏移量使模型中心盡量靠近原點(diǎn)，因?yàn)楫?dāng)模型中心離遠(yuǎn)點(diǎn)較遠(yuǎn)時(shí)，模型導(dǎo)出會(huì)失真。

4.2 Navisworks模型整合

Autodesk Navisworks可以將設(shè)計(jì)和施工數(shù)據(jù)整合到單個(gè)模型，在施工前發(fā)現(xiàn)并解決沖突和干涉問(wèn)題，整合多個(gè)領(lǐng)域的合作數(shù)據(jù)，以便更好地控制成果，我們可以利用Navisworks模型集成功能進(jìn)行模型整合，主要目的是將不用軟件創(chuàng)建的模型先整合在一起。因?yàn)椴煌慕＼浖渥鴺?biāo)系(左手坐標(biāo)系、右手坐標(biāo)系)和API可能不一樣(Revit API中的長(zhǎng)度單位都是統(tǒng)一用英尺)，所以需要先進(jìn)行轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的坐標(biāo)系和API。一般情況下在Navisworks中先附加路易的模型文件，后面添加的模型文件都會(huì)跟它保持一致，這樣子就可以解決坐標(biāo)系和API的問(wèn)題。

當(dāng)然，在Navisworks中我們還可以對(duì)模型的材質(zhì)、位置和方向進(jìn)行調(diào)整，也可以隱藏局部不需要的構(gòu)件模型、模型分類分組導(dǎo)出等。

4.3 Infraworks模型集成及可視化交付

Infraworks 是一款功能強(qiáng)大的全新設(shè)計(jì)工具和整合平臺(tái)軟件，可根據(jù)項(xiàng)目真實(shí)環(huán)境極其方便快捷地創(chuàng)建和編輯道路、隔離帶、水域、綠化等模型，并可進(jìn)行交通模擬分析、可視化展示等操作[5]。

在Infraworks中新建項(xiàng)目，新建項(xiàng)目時(shí)如果對(duì)坐標(biāo)系沒(méi)有過(guò)高的要求可按默認(rèn)坐標(biāo)系即可。整合時(shí)，最好先導(dǎo)入地形曲面.imx并進(jìn)行配置和刷新(配置時(shí)坐標(biāo)系根據(jù)項(xiàng)目需求選定)，此時(shí)地形曲面就會(huì)出現(xiàn)在場(chǎng)景中。導(dǎo)入模型的功能路徑：數(shù)據(jù)源——添加文件數(shù)據(jù)源(地形為Autodesk IMX、FBX模型為3D model、影像為Raster、建筑、水域、用地紅線為SDF)。如圖11所示。

Infraworks可以導(dǎo)入三維模型文件(3D model)，可以改變模型大小、位置和方向，但是不能對(duì)導(dǎo)入的三維模型進(jìn)行編輯。

需要注意的是，路易模型導(dǎo)出時(shí)給了偏移量，而地形原坐標(biāo)導(dǎo)出，故配置路易模型時(shí)需要給反向的偏移量，將模型移回原坐標(biāo)(其他軟件導(dǎo)出的模型同理)。模型的導(dǎo)入需要配置并刷新，模型才會(huì)導(dǎo)入至場(chǎng)景中，配置時(shí)個(gè)模型文件需選擇統(tǒng)一的坐標(biāo)系。

建筑.sdf文件配置，類型選擇“建筑”，如導(dǎo)入的建筑輪廓有標(biāo)高時(shí)，勾選“屋頂海拔高度”，無(wú)標(biāo)高時(shí)不勾選并給定一定的屋頂高度，關(guān)閉并刷新后，軟件自動(dòng)創(chuàng)建建筑模型，建筑模型的材質(zhì)貼圖可以進(jìn)行修改； 水域和用地.sdf文件配置時(shí)類型均可選擇“覆蓋區(qū)域”，水域的“規(guī)則樣式”選擇水域材質(zhì)即可。

Infraworks軟件也可支持創(chuàng)建一部分模型，如道路、橋梁、隧道等及一些環(huán)境模型，為了有較好的可視化效果，一般會(huì)在Infraworks進(jìn)行綠化的種植、水域的描繪，甚至是一些道具的布置。如圖12所示。

圖11 數(shù)據(jù)源配置

圖12 場(chǎng)景效果圖

Infraworks集成完成后，如需要給業(yè)主或他人瀏覽該集成模型，可將該項(xiàng)目文件的文件夾發(fā)送給業(yè)主或他人。他們可以用Infraworks軟件打開(kāi)查看該集成場(chǎng)景，但不能再對(duì)模型文件再進(jìn)行配置。如圖13所示。

圖13 圖片和動(dòng)畫制作

Infraworks也可以輸出高清矢量圖和動(dòng)畫視頻，動(dòng)畫視頻的創(chuàng)建方式也比較豐富。

7 結(jié)束語(yǔ)

BIM在市政道路設(shè)計(jì)前期階段主要應(yīng)用為總體方案的可視化表達(dá)，通過(guò)BIM可視化技術(shù)可以對(duì)市政設(shè)計(jì)工程項(xiàng)目進(jìn)行更直觀的預(yù)覽[6]，設(shè)計(jì)人員利用BIM的可視化與各方進(jìn)行溝通協(xié)調(diào)，利用BIM的模擬性，優(yōu)化和提升設(shè)計(jì)質(zhì)量。設(shè)計(jì)前期階段最不穩(wěn)定的是方案本身，總體設(shè)計(jì)方案會(huì)不斷地調(diào)整的、反復(fù)的論證，需要BIM人員要具備快速建模、模型集成及可視化成果制作的能力。本文結(jié)合市政道路設(shè)計(jì)前期階段BIM應(yīng)用需求，梳理該階段BIM應(yīng)用特點(diǎn)，對(duì)BIM基本工作流程及技術(shù)路線進(jìn)行探究，并以路易+AIW技術(shù)路線為例，詳細(xì)介紹BIM工作實(shí)施全流程。

BIM作為建筑工程領(lǐng)域新技術(shù)，其在市政工程設(shè)計(jì)階段中的應(yīng)用必將不斷的成熟，理想的BIM設(shè)計(jì)應(yīng)該是這樣一種模式：設(shè)計(jì)院內(nèi)各專業(yè)在同一個(gè)模型上面協(xié)同工作，由主體專業(yè)創(chuàng)建協(xié)同模型，其它各專業(yè)在此模型的基礎(chǔ)上，對(duì)模型進(jìn)行信息深化，進(jìn)行各自的專業(yè)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)結(jié)束后，向業(yè)主提供完整的、包含全專業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容的綜合模型。這個(gè)模型里已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了可視化設(shè)計(jì)、協(xié)同設(shè)計(jì)、性能化分析、以及管線綜合的相關(guān)內(nèi)容。業(yè)主根據(jù)設(shè)計(jì)院提供的BIM模型，向施工及運(yùn)維方向去延伸，以實(shí)現(xiàn)建筑全生命周期的BM能力[7]。

BIM技術(shù)提供了全新的設(shè)計(jì)載體，帶來(lái)了全新的設(shè)計(jì)方式[8]，BIM設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用使得設(shè)計(jì)質(zhì)量得到顯著提升已經(jīng)是業(yè)界的共識(shí)，實(shí)現(xiàn)理想的BIM設(shè)計(jì)是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，而傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與BIM設(shè)計(jì)并存將長(zhǎng)期存在。希望本文介紹的技術(shù)路線能夠在市政工程設(shè)計(jì)階段的BIM工作開(kāi)展中給予BIM人員及傳統(tǒng)設(shè)計(jì)人員一定的幫助。BIM設(shè)計(jì)必將是未來(lái)設(shè)計(jì)的主流，唯有實(shí)現(xiàn)BIM設(shè)計(jì)為主，二維設(shè)計(jì)為輔，才能發(fā)揮BIM更多的價(jià)值。