摘要：針對(duì)BIM技術(shù)在市政道路工程正向設(shè)計(jì)過(guò)程中存在的問(wèn)題，文章以興安盟經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)園道路工程項(xiàng)目為例，研究市政道路BIM正向設(shè)計(jì)流程方法。通過(guò)道路工程、交叉工程、給排水工程、涵洞工程等專業(yè)在BIM正向設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)方面的研究，提出基于Civil 3D及Revit的多專業(yè)三維動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、校核、出圖方法。工程應(yīng)用結(jié)果表明，通過(guò)BIM技術(shù)可實(shí)現(xiàn)多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)、土石方算量、從模型中導(dǎo)出圖紙等，打通了從設(shè)計(jì)到出圖的全流程，實(shí)現(xiàn)了模型數(shù)據(jù)的流轉(zhuǎn)，推動(dòng)了市政行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù)；正向設(shè)計(jì)；市政工程；三維出圖；設(shè)計(jì)校核

中圖分類號(hào)：U412.1+2A591985

0引言

自2016年起，我國(guó)相繼頒布相關(guān)政策推動(dòng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)全要素、全周期的數(shù)字化。2021年，國(guó)務(wù)院印發(fā)的《國(guó)家綜合立體交通網(wǎng)規(guī)劃綱要》中提出，到2035年我國(guó)交通基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)字化率要達(dá)到90%。BIM技術(shù)作為基礎(chǔ)設(shè)施全生命周期信息的載體，是推進(jìn)建筑業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵。因此，提高BIM正向設(shè)計(jì)能力，推動(dòng)BIM模型在全生命周期的應(yīng)用符合基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化的發(fā)展要求。

道路工程BIM正向設(shè)計(jì)是指從項(xiàng)目草圖設(shè)計(jì)階段至交付階段，全過(guò)程由BIM三維模型完成，交付內(nèi)容是三維模型及基于模型剖切生成的圖紙。各參建方通過(guò)準(zhǔn)確且?guī)в行畔⒌哪Ｐ瓦M(jìn)行溝通，能夠打破傳統(tǒng)行業(yè)間信息傳遞壁壘，實(shí)現(xiàn)多向信息交流，提高設(shè)計(jì)交底工作效率，減少設(shè)計(jì)變更。此外，BIM正向設(shè)計(jì)交付也為下游單位提供了很多有用的信息，優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案對(duì)工程進(jìn)度、質(zhì)量以及建成后的使用效果、經(jīng)濟(jì)效益等方面都有著直接的影響。

1正向設(shè)計(jì)的思路方法

BIM正向設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)道路設(shè)計(jì)最大的區(qū)別，為基于BIM平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)多專業(yè)的協(xié)同設(shè)計(jì)校核、信息的綜合調(diào)用及流傳，其主要流程如圖1所示。在項(xiàng)目前期制定各專業(yè)統(tǒng)一的建模標(biāo)準(zhǔn)和項(xiàng)目樣板；在方案設(shè)計(jì)階段，基于Infroworks、Civil 3D等軟件進(jìn)行道路整體方案設(shè)計(jì)選線及原始場(chǎng)地分析；完成路線設(shè)計(jì)后，各專業(yè)在各自的本地文件進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，主要包括道路平面、縱斷面、橫斷面設(shè)計(jì)、平面交叉口設(shè)計(jì)等，并基于部件編輯器進(jìn)行路基路面設(shè)計(jì)，基于Revit軟件進(jìn)行路基結(jié)構(gòu)、橋涵、管線等具體構(gòu)造物設(shè)計(jì)，并將設(shè)計(jì)成果上傳至統(tǒng)一的BIM中心文件，進(jìn)行集成碰撞檢查分析及可視化設(shè)計(jì)校核［1-2］；平臺(tái)反饋問(wèn)題后，各專業(yè)繼續(xù)在本地文件進(jìn)行模型深化設(shè)計(jì)并同步上傳至平臺(tái)進(jìn)一步校核，直至施工圖設(shè)計(jì)完成；通過(guò)Civil 3D軟件進(jìn)行土石方量統(tǒng)計(jì)，并通過(guò)Civil 3D軟件快速生成道路平面、縱斷面、橫斷面圖紙，通過(guò)Revit快速生成橋梁、涵洞等結(jié)構(gòu)物三維圖紙。通過(guò)正向設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了全過(guò)程設(shè)計(jì)信息自動(dòng)留存，方便多專業(yè)設(shè)計(jì)人員更直觀、高效地進(jìn)行集成設(shè)計(jì)［3］。

2BIM正向設(shè)計(jì)實(shí)踐案例

2.1工程概況

興安盟經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)風(fēng)電裝備制造創(chuàng)新示范產(chǎn)業(yè)園道路工程設(shè)計(jì)施工總承包項(xiàng)目位于烏蘭浩特市東南20 km，全長(zhǎng)14.378 km，包含主線和連接線。主線全長(zhǎng)13.220 km，其中新建段長(zhǎng)度為8.738 km，改建利用段共4.482 km，連接線全長(zhǎng)1.158 km。該路段主要服務(wù)大型風(fēng)機(jī)運(yùn)輸，對(duì)道路設(shè)計(jì)有特殊要求。此外，項(xiàng)目工期緊、任務(wù)重，涉及多專業(yè)交叉頻繁，對(duì)施工控制要求嚴(yán)格，迫切需要借助BIM正向設(shè)計(jì)，提高多專業(yè)協(xié)同能力，確保工程質(zhì)量。

2.2BIM正向設(shè)計(jì)準(zhǔn)備

BIM設(shè)計(jì)需要在多文件、多專業(yè)間進(jìn)行文件數(shù)據(jù)信息共享、并向施工、運(yùn)維階段傳遞信息，因此統(tǒng)一、規(guī)范的模型數(shù)據(jù)規(guī)則將極大地提高工作效率和成果質(zhì)量。基于興安盟項(xiàng)目特點(diǎn)，充分考慮后續(xù)在施工、運(yùn)維階段的需求，形成本項(xiàng)目的模型命名規(guī)則及模型細(xì)度規(guī)則。

命名原則考慮各專業(yè)特點(diǎn)，主要包括8個(gè)部分，名稱組成見表1。根據(jù)不同應(yīng)用階段及應(yīng)用要求，模型構(gòu)件的命名選取不同字段組成。此外，項(xiàng)目還定義了模型的拆分規(guī)則及各階段模型細(xì)度規(guī)則，在后續(xù)路線、路基路面、橋涵管線設(shè)計(jì)過(guò)程中，嚴(yán)格按照命名及拆分規(guī)則對(duì)模型進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，為模型檢索及后期模型向施工運(yùn)維傳遞奠定基礎(chǔ)［4］。

2.3BIM正向設(shè)計(jì)

2.3.1總體設(shè)計(jì)

進(jìn)行總體設(shè)計(jì)之前，首先要建立地形曲面。建立方法主要有兩種：（1）將無(wú)人機(jī)航拍形成的點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入Infraworks軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)建模；（2）將等高線、高程點(diǎn)在Civil 3D軟件中進(jìn)行三角構(gòu)網(wǎng)，形成地形曲面再貼圖。接著進(jìn)行曲面分析，將地理信息模型導(dǎo)入Infroworks軟件進(jìn)行項(xiàng)目總體方案設(shè)計(jì)，將規(guī)劃路網(wǎng)信息、土地利用信息、道路、水域、村莊、現(xiàn)況管線等項(xiàng)目相關(guān)信息集成，形成區(qū)域路網(wǎng)圖，如圖2所示，清晰展現(xiàn)項(xiàng)目周邊情況?；诎喾矫嫘畔⒌娜S地形、地物曲面，可以輔助設(shè)計(jì)人員快速進(jìn)行路線方案設(shè)計(jì)，對(duì)路線、結(jié)構(gòu)物的合理性進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析比選。

2.3.2路線設(shè)計(jì)

在Civil 3D軟件中進(jìn)行道路設(shè)計(jì)，其實(shí)和傳統(tǒng)的緯地、EI、鴻業(yè)等傳統(tǒng)路線設(shè)計(jì)軟件很類似，便于設(shè)計(jì)人員熟悉和操作。和傳統(tǒng)設(shè)計(jì)一樣，先進(jìn)行平面線形設(shè)計(jì)，本項(xiàng)目采用的是導(dǎo)線法。直接通過(guò)夾點(diǎn)編輯功能，快速完成選線。Civil 3D軟件在平面設(shè)計(jì)過(guò)程中，支持基于規(guī)范的路線設(shè)計(jì)，可以快速依據(jù)規(guī)范要求對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行檢查［5］。

在完成平面設(shè)計(jì)后，系統(tǒng)會(huì)依據(jù)道路曲面自動(dòng)繪制目標(biāo)曲面縱斷面，為設(shè)計(jì)人員提供參考。本項(xiàng)目在縱斷面設(shè)計(jì)時(shí)，考慮周邊規(guī)劃道路、已建道路標(biāo)高的影響，將相交路口和環(huán)島作為高程控制點(diǎn)。添加完控制點(diǎn)后，通過(guò)“快速縱斷面”功能，可以自動(dòng)完成縱斷面設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的主要依據(jù)是高程控制點(diǎn)、規(guī)范要求的最大縱坡、最小縱坡等。設(shè)計(jì)人員通過(guò)夾點(diǎn)編輯功能調(diào)整豎曲線的長(zhǎng)度和半徑后，即可快速完成縱斷面的細(xì)部設(shè)計(jì)優(yōu)化。見圖3。

2.3.3路基路面

路基設(shè)計(jì)首先要確定路基橫斷面形式，在Civil 3D軟件中將其稱為“裝配”。道路模型是通過(guò)橫斷面裝配串聯(lián)起來(lái)的。本項(xiàng)目依據(jù)設(shè)計(jì)需求通過(guò)部件編輯器完成了興安盟項(xiàng)目道路裝配設(shè)計(jì)，包括裝配設(shè)置詳圖（如圖4所示）。通過(guò)橫斷面裝配在目標(biāo)曲面上進(jìn)行放坡，并通過(guò)控制裝配沿線的加密情況完成路段的道路模型創(chuàng)建。本項(xiàng)目由于部分利用舊路，同一條道路涉及多個(gè)橫斷面，通過(guò)部件編輯器分別設(shè)計(jì)新建段裝配及連接段裝配形式后，快速完成全路段路基橫斷面設(shè)計(jì)［6］。

在進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，通過(guò)部件編輯器可以以三維形式更清晰地展現(xiàn)路面各層材料及厚度，如下頁(yè)圖5所示。利用建立的路面結(jié)構(gòu)模型可生成道路實(shí)體模型，通過(guò)制作路基圖表模板，以參數(shù)化形式實(shí)現(xiàn)程序自動(dòng)生成圖表，極大提高了生產(chǎn)效率。

2.3.4交叉工程

本項(xiàng)目在交叉口設(shè)計(jì)過(guò)程中主要考慮加鋪轉(zhuǎn)角半徑是否滿足風(fēng)機(jī)運(yùn)輸最小轉(zhuǎn)彎半徑的特殊需求（根據(jù)風(fēng)電企業(yè)中廣核產(chǎn)業(yè)園提供的《葉片參數(shù)及運(yùn)輸條件的要求》，路線轉(zhuǎn)彎半徑≥60 m）。通過(guò)Civil 3D軟件“自動(dòng)交叉口建?！惫ぞ?，可以按需求完成交叉口的自動(dòng)創(chuàng)建，該功能基本可以滿足所有常規(guī)平面交叉口的設(shè)計(jì)工作：（1）創(chuàng)建交點(diǎn)，選擇兩條需要建立交叉口的道路，確定交叉口交點(diǎn)，路線需要已經(jīng)完成平面與縱斷面的設(shè)計(jì)；（2）進(jìn)行交叉口相關(guān)信息的設(shè)置，確定道路的優(yōu)先級(jí)、相交道路加輔轉(zhuǎn)角參數(shù)、車道坡度、加輔轉(zhuǎn)角縱斷面參數(shù)裝配等內(nèi)容后，即可自動(dòng)生成平面交叉口［7］。本項(xiàng)目依據(jù)需求對(duì)加鋪轉(zhuǎn)角進(jìn)行編輯修改，修改之后數(shù)據(jù)會(huì)動(dòng)態(tài)更新到平面圖與模型中，如圖6所示。

Civil 3D軟件修改完成的交叉口模型可以導(dǎo)入Infraworks軟件中進(jìn)行路口渠化設(shè)計(jì)，并以車輛動(dòng)態(tài)的視角模擬不同階段的行車狀況（如圖7所示），以此驗(yàn)證方案合理性、輔助設(shè)計(jì)方案比選及項(xiàng)目評(píng)審論證。此外，通過(guò)平臺(tái)可以輔助設(shè)計(jì)人員動(dòng)態(tài)進(jìn)行導(dǎo)改方案的設(shè)計(jì)，生成多階段動(dòng)態(tài)導(dǎo)行方案，有效提高設(shè)計(jì)效率，保證設(shè)計(jì)質(zhì)量。

2.3.5涵洞工程

在Civil 3D軟件中進(jìn)行場(chǎng)地分析及匯水分析，基于人行過(guò)街需求和排水需求，確定涵洞的位置及具體結(jié)構(gòu)形式。通過(guò)可視化設(shè)計(jì)，確定全線涵洞的數(shù)量及點(diǎn)位，包括過(guò)街通道11道、機(jī)耕通道1道、排水通道2道。在Civil 3D中提取出對(duì)應(yīng)的位置、高程參數(shù)，導(dǎo)入Revit軟件中，通過(guò)Dynamo參數(shù)化的方式完成混凝土蓋板涵的設(shè)計(jì)建模（如圖8所示），清晰展示橋涵通道端部八字墻位置結(jié)構(gòu)，精確統(tǒng)計(jì)材料用量，提高設(shè)計(jì)效率和成果質(zhì)量。

完成涵洞設(shè)計(jì)后，可以將路線、路基、路面等專業(yè)的設(shè)計(jì)成果一同導(dǎo)入Infraworks軟件中集成，從全局的角度進(jìn)行涵洞位置形式設(shè)計(jì)校核。涵洞的設(shè)計(jì)成果也能及時(shí)反饋給總體、路基等專業(yè)，實(shí)現(xiàn)了全專業(yè)協(xié)同校核以及數(shù)據(jù)的留存和共享。

2.3.6給排水工程

本項(xiàng)目隨道路新建一條給水管、一條污水管。（1）依據(jù)給排水需求，確定給水管和污水管管徑。在Civil 3D軟件中依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化流程設(shè)定，按項(xiàng)目需要選定所需的管材及接口，設(shè)計(jì)給水管道管和污水管的管頂覆土控制在2.2 m左右。（2）完成設(shè)定后，系統(tǒng)會(huì)沿路線快速建立給水、污水管線。（3）在完成管線建立后，還需要在管道沿線預(yù)留給水支線及污水支線，通過(guò)自定義設(shè)定菜單欄，可以快速輔助設(shè)計(jì)人進(jìn)行手動(dòng)添加［8］。

完成全部的給排水管線BIM模型建立后，平臺(tái)會(huì)自動(dòng)生成管道、閥門、彎頭等材料的工程量清單，將給排水管線模型導(dǎo)入Navisworks軟件，可以快速進(jìn)行碰撞檢查（如圖9所示），并同步生成碰撞分析報(bào)告。設(shè)計(jì)完成后，將管線模型導(dǎo)入Infraworks軟件集成（如圖10所示），輔助設(shè)計(jì)人員更清晰、直觀地查看各類管線的布置情況，更準(zhǔn)確地對(duì)設(shè)計(jì)成果進(jìn)行把控及優(yōu)化，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，最大限度減少資源成本浪費(fèi)。

2.4BIM正向設(shè)計(jì)應(yīng)用

2.4.1BIM土石方算量

道路路基主體模型是不規(guī)則的，傳統(tǒng)軟件土石方量計(jì)算原理是通過(guò)分段計(jì)算棱柱體體積的方法獲得。分段的細(xì)度對(duì)工程量的精度有很大影響，但Civil 3D軟件可以直接生成道路實(shí)體，實(shí)現(xiàn)土石方量的精確計(jì)算和提取。具體的計(jì)算流程主要分為四步（如圖11所示）：（1）設(shè)置采樣線與采樣線編組；（2）定制土方量標(biāo)準(zhǔn)；（3）土方量計(jì)算；（4）生成材質(zhì)報(bào)表［9］。

通過(guò)Civil 3D軟件土石方算量，不僅可以保證項(xiàng)目中土方計(jì)算的精度，還能通過(guò)定制土石方標(biāo)準(zhǔn)，快速生成材質(zhì)報(bào)表，在直觀有效開展土石方挖運(yùn)分析與運(yùn)算的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)土方平衡計(jì)算的精確化與精細(xì)化，對(duì)項(xiàng)目成本管控有重要支撐作用。

2.4.2BIM出圖

在完成路線設(shè)計(jì)后，通過(guò)Civil 3D軟件可以實(shí)現(xiàn)平縱橫快速出圖。平面設(shè)計(jì)完成后，設(shè)定好出圖樣板，本項(xiàng)目采用的是上下兩個(gè)視圖（如圖12所示）：上面和傳統(tǒng)二維圖紙類似，方便展現(xiàn)具體尺寸標(biāo)注；下面同步三維模型，更形象立體?？v斷面設(shè)計(jì)出圖是根據(jù)設(shè)計(jì)需要自定義縱斷面出圖樣式和特性，通過(guò)出圖向?qū)Э焖偻瓿桑ㄈ鐖D13所示）。當(dāng)縱斷面發(fā)生調(diào)整時(shí)，所出的相關(guān)圖紙會(huì)聯(lián)動(dòng)改變。和縱斷面出圖類似，橫斷面設(shè)計(jì)出圖也通過(guò)出圖向?qū)В_定橫斷面出圖范圍、高程區(qū)間、數(shù)據(jù)欄標(biāo)注樣式等，快速完成橫斷面圖紙集的創(chuàng)建。創(chuàng)建完成的圖紙可以實(shí)現(xiàn)與模型聯(lián)動(dòng)，極大節(jié)約了圖紙反復(fù)修改的時(shí)間［10-11］。

涵洞等類似結(jié)構(gòu)物出圖主要在Revit軟件中，需要設(shè)定好統(tǒng)一的圖框和模型剖切的斷面，控制尺寸大小，確保同一構(gòu)件的同一位置，尺寸在不同視圖能夠保持一致。當(dāng)完成設(shè)定后，之后的出圖可以直接應(yīng)用此樣板，省去重復(fù)工作。在發(fā)生設(shè)計(jì)變更后，僅需對(duì)模型修改，所有視圖對(duì)應(yīng)尺寸自動(dòng)修改，不再需要對(duì)每個(gè)視圖進(jìn)行尺寸校核，規(guī)避了傳統(tǒng)方式的人為修改誤差，提高了出圖效率?；谇笆瞿Ｐ推是蟹椒?，出具本項(xiàng)目的涵洞圖紙如圖14所示。

3結(jié)語(yǔ)

本文以興安盟經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)道路工程為例，探索了道路、涵洞、給排水等專業(yè)BIM正向設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)路徑，提出了各專業(yè)正向設(shè)計(jì)的思路方法，實(shí)現(xiàn)了各專業(yè)可視化設(shè)計(jì)校核、碰撞檢查、三維出圖等，有效排查工程設(shè)計(jì)問(wèn)題，取得了較好的效果。

BIM正向設(shè)計(jì)也存在一些問(wèn)題，如Civil 3D軟件適合做道路、管線等線性結(jié)構(gòu)物的設(shè)計(jì)，但在盲溝、蓋板溝等特殊結(jié)構(gòu)物建模方面功能薄弱，要更好地完成設(shè)計(jì)需要借助多款軟件。由于軟件間的坐標(biāo)系不一致、數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一等問(wèn)題，使得軟件間無(wú)法實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、全面的數(shù)據(jù)互通，這些問(wèn)題是后續(xù)需重點(diǎn)攻克的方向。

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作者簡(jiǎn)介：雷運(yùn)良（1987—），助理工程師，研究方向：路橋管理。