祝家光

蚌埠市規(guī)劃設計研究院 安徽 蚌埠 233000

引言

隨著中國城鎮(zhèn)化率逐年提高，城市化已經進入到逐漸成熟的階段。當前的城市道路等工程建設均呈現出一定的復雜性，利用傳統的技術對工程中的三維空間部分進行設計難以形成良好的效果，因此市政道路設計需要應用到更加先進的BIM技術構建三維模型。利用BIM技術集成市政道路數據信息可清晰、精確的表達設計意圖，從而能夠提升設計質量并保障市政道路設計合理性。

1 市政道路設計中常見的BIM技術

在市政道路設計場景中常見應用到的BIM技術軟件分為三類，第一類是Autodesk、Bentley以及Dassault等大型軟件廠商開發(fā)的Autodesk Revit、Bentley Building、CATIA等系列軟件。第二類則基于上述系列軟件的系統架構二次開發(fā)的專業(yè)功能軟件產品。這兩類BIM軟件產品在實際中的應用成本相對較高，在我國的本土化應用中優(yōu)化速度相對緩慢[1]。第三類是國內軟件廠商基于BIM軟件為基礎，集成國內標準和規(guī)范、適應設計人員習慣開發(fā)的本土化市政道路BIM技術軟件，包括鴻業(yè)路易、金絲路路線專家等軟件。本文將結合鴻業(yè)路易軟件研究BIM技術在市政道路設計中的應用。

2 工程案例

以河北省雄安新區(qū)的某市政道路工程為例，研究其中應用到的BIM技術所形成的設計。該市政道路工程主干道數量為5條，次干道以及各支路數量分別為9條以及55條，屬于中等建設規(guī)模。通過統計，本市政道路工程的實際建設里程為70.35km。在設計本市政道路工程時，需要考慮到地下管廊結構，包括給水、燃氣、電力、污水以及通信等眾多市政管線結構。避免與其造成交叉施工從而影響到城市的正常運行。并且考慮到當前市政工程中的地下通道結構為道路紅線的豎向結構，則需要保障合理設計管線以及道路結構的施工。并且根據雄安新區(qū)規(guī)劃智能城市的專項要求，保障在設計中涵蓋城市的全范圍空間數據。涵蓋規(guī)劃、設計、運營以及全過程生命周期內的建筑信息集成化模型，打造城市信息CIM平臺結構，促進城市數字鏡像化發(fā)展。因此，按照設計要求以及交付標準，則需要應用到BIM技術構建三維模型，添加工程屬性信息，并交付數字化設計成果。

3 基于BIM技術的市政道路設計流程

根據當前市政道路工程的實際建設需求，應用到BIM技術對其進行設計，具體的流程則分為四個層級。第一層則需要完成基礎工程環(huán)境設計，根據勘探鉆孔數據、衛(wèi)星影像、激光掃描、地形圖等眾多數據，構建工程范圍內的三維數字地面模型以及地質模型圖,從而打造BIM設計的基礎環(huán)境[2]。

第二層級則是設計市政道路以及其他工程內容，搭建工程數據鏈路，也同樣也是構建BIM模型的環(huán)節(jié)之一。第三層級則是應用BIM模型，根據市政道路工程的實際需求，應用空間分析、方案驗證以及計算工程量等，并根據這樣的結果對設計進行優(yōu)化。第四層級則是交付數字化的設計成果，在工程數據庫中導出相應設計圖，結合當前城市的BIM平臺結構需求，向城市專屬項目工程數據轉化，具體的BIM技術應用流程如圖1所示。

圖1 BIM技術應用下的市政道路設計流程圖

4 創(chuàng)建BIM市政道路模型

4.1 創(chuàng)建地面數字模型

道路設計中的基礎就是三維數字地面模型的構建，同時也是BIM模型下的三維環(huán)境表現。借助于無人機機載雷達勘查并結合航空攝影勘查技術，獲取市政道路地面的高程數據。應用到公式進行計算：

其中：h代表的則是在航測過程中的無人機實際飛行高度參數；f代表的則是在航測過程中的無人機數碼攝影鏡頭的實際間距參數；而α代表的則是像元尺寸；GSD所指的則是地面實際分辨率參數；x則為最終的高程數據。根據軟件的曲面應用，通過勘測后將高線、點云、激光雷達掃描等眾多數據實施三角構網繪制地形曲面圖，將地形數據向數字化成果轉化[3]。全面整合高分辨率數據影像，并匹配數字化地形，制作市政道路工程的DOM數據，以真實直觀的環(huán)境信息為后續(xù)三維設計提供參考。

4.2 設計路線

在本次的市政道路工程設計中，盡管應用到先進的BIM技術實現了完善的軟件工具應用，但是當前設計團隊中，人員結構眾多，在協同設計的過程中，每一設計人員按照自身的工作習慣等，應用到五花八門的線路設計工具。從而導致形成了多種多樣的數據格式，難以形成一體化的數字化設計與設計成果交付。因此則需要應用到多個數據接口，將每一設計人員形成的設計結果等，向BIM的中心端傳輸，包括地形圖、線路圖以及道路斷面圖等眾多設計數據等，轉化為統一的線路模型，從而處于統一數據源下獲取市政道路工程的平面、超高以及縱斷面設計信息等，完善路線設計模型。

4.3 設計道路

根據雄安新區(qū)的BIM城市規(guī)劃標準中所提到的道路工程的專業(yè)模型以及編碼規(guī)則等相應內容，在設計城市道路模型時，同樣需要分為三級進行設計。包括項目級、功能級以及構建級，并在這樣的分級基礎上細化道路工程中的結構構建。按照模型單元結構，對道路的標準橫截面進行定級，并創(chuàng)建道路板塊計劃。按照市政道路設計形成的路基以及路面結構模型，以參數化的方式快速完成建模。在BIM軟件的應用下，結合市政道路的交叉線路狀況，生成平交口模型。根據設計原則，對這樣的結構位置參數進行優(yōu)化設計，或是在BIM軟件的平交口平面視圖中對其輪廓進行拖拽調整，從而修改設計[4]。軟件能夠在BIM模型中自動輸入設計數據以及需求，并結合工程設計要求，貼圖并標記施工材料。建立清晰的市政道路工程的各路線結構模型以及平面交叉視圖，并在評價與整合完成后，獲取當前片區(qū)的網絡模型圖。

4.4 設計交通工程

完整設計市政道路工程，在BIM技術的應用下也需要創(chuàng)建道路應用后的交通工程結構模型。其中需要包括交通標志線、護欄、標牌、公交車站等眾多結構。其中在BIM模型中的標志標牌主要是展示其外形尺寸、位置信息以及表示內容等。車道線則是反映其寬度、合流走向以及分流走向等眾多信息。展示護欄結構的尺寸結構以及位置信息?；谡w而言，交通工程的BIM模型則主要是以位置、內容以及形式等作為主體信息所形成的，并不展示這樣的交通工程的基礎以及混凝土結構信息等。并且除此之外，在交通工程的模型中，同時也包括了路燈、電線桿、交通燈以及各種智慧設置等附屬設施，從而構建完整狀態(tài)下的是市政道路BIM模型。

4.5 添加模型信息

完成市政道路工程的基礎模型創(chuàng)建之后，為了符合雄安新區(qū)的智慧城市規(guī)劃需求，則需要對照CIM平臺中的相應要求，完善設計模型，并對模型賦予屬性信息。完成道路模型的建模之后，在軟件的自動化應用下，掛接對應模型構建的屬性，完成這一環(huán)節(jié)的處理之后，則根據雄安新區(qū)城市專屬XDB工具，按照XDB格式導出市政道路、橋梁、隧道以及管廊管網的綜合模型。根據雄安新區(qū)的自檢軟件，檢測當前設計模型的合理性，并生成檢驗報告。根據檢驗報告中的內容，對模型中不合理的設計結構進行優(yōu)化，按照XDB格式導出市政道路、橋梁、隧道以及管廊管網的綜合模型，生成的XDB數據格式便于后續(xù)交付數字化設計成果，進而向雄安新區(qū)的CIM平臺上傳這樣的設計成果，完成高效的BIM市政道路設計之后，則同樣能夠為智慧城市的創(chuàng)建提供真實可信的數據基礎。

5 BIM模型的應用

5.1 驗證展示BIM+GIS設計

根據本文中提到的市政道路設計案例而言，在實際的設計中，沿市政主干道、綜合管廊、給排水線路等存在著多個重要的控制節(jié)點位置，在設計過程中，除了需要保障市政道路的基礎交通運行通暢之外，同時也需要保障市政道路工程周圍的基礎設施、環(huán)境等均處于協調的狀態(tài)。結合BIM模型中的三維數字地面模型，根據《BIM模型成果應用》中的標準，除了搭建市政道路項目的道路、橋梁、管線等模型之外，也需要構建工程周圍的鐵路、建筑以及高壓網路的模型，并形成基于當前工程項目的數字化專業(yè)GIS+BIM沙盤。在這樣的三維數字化沙盤的應用下，實現可視化設計方案，從而便于項目中的各方參與人員集中進行討論驗證，快速深化復雜設計節(jié)點。

5.2 深化設計復雜節(jié)點

BIM模型的應用優(yōu)勢在于所見即所得，在碰撞檢測復雜設計節(jié)點的過程當中，則能夠精準定位基于市政道路建設下的三維立體空間沖突問題。從而以立體化三維校審市政道路工程的設計圖紙，能夠有效避免不合理的結構位置沖突出現，避免由于設計失誤從而引發(fā)返工或停止施工等問題造成經濟成本支出過度。在BIM模型的應用下，能夠對可能存在沖突的道路管線交叉口以及地下結構空間排布等做好檢驗，若發(fā)現碰撞點，則能夠及時向設計階段的人員進行反饋，從而對這樣的不合理設計分布進行優(yōu)化改良。

5.3 交付數字化設計成果

根據現有的BIM模型參數內容，向雄安新區(qū)的CIM平臺交付相應的設計成果，則首先需要進行數據轉化，應用到公式進行處理，如下所示：

在這一公式中，x、y與H分別代表的是BIM與CIM之間的數據轉換比例參數。CIM模型中的基數則主要是城市信息數據，是基于城市基礎信息以及三維空間立體模型所形成的綜合表現。從大范圍上則是基于場景的GIS數據以及BIM模型相結合的效果。CIM的數據顆粒度具有良好的細化結果，能夠涉及城市全范圍內的構成，從以往的靜態(tài)數字城市轉換為動態(tài)感知、虛擬交互的智慧城市表現，從而為整體城市的高效管理以及精細化治理提供支撐。通過BIM模型參數向CIM數據的轉化，能夠在實現良好的市政道路設計的基礎上，滿足當前城市發(fā)展進程中的可視化管理、土地資源規(guī)劃、交通分析以及眾多功能，從而全面推動城市的發(fā)展建設。

6 結束語

BIM技術是現代先進信息技術發(fā)展的成果之一，在市政道路建設數量與規(guī)模不斷提升的今天，為了能夠形成更加良好的市政道路設計效果，需要應用到BIM技術構建三維空間模型，形成可視化設計效果，從而保障市政道路工程的高質量建設。