龐聰 彭欣 符蕾 李佳航

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

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);市政道路;設(shè)計階段;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)所帶來的利好優(yōu)勢。借助我國近十年在交通領(lǐng)域大發(fā)展的契機，BIM技術(shù)在我國交通行業(yè)的應(yīng)用已逐漸成為全球領(lǐng)先，特別在近年來國際上各類BIM比賽的獲獎名單來看，中國項目基本占據(jù)獲獎名單一半以上。

以全生命周期為驅(qū)動的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，國內(nèi)大型設(shè)計院更是推動BIM技術(shù)的主力軍，如華東院通過基于BIM系統(tǒng)的二次開發(fā)，已初步具備針對水利水電工程的BIM技術(shù)正向設(shè)計能力;中交一公院通過基于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)計中的全專業(yè)全過程應(yīng)用。隨著大數(shù)據(jù)時代的來臨，BIM技術(shù)已經(jīng)具備高速發(fā)展的契機，這是工程行業(yè)設(shè)計手段上的一次偉大變革，是設(shè)計理念和習(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

目前我國正處于對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)勢是國內(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)計為主，主要在大型市政交通項目如互通立交、特大橋、隧道等重要節(jié)點進行應(yīng)用，是我國目前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)計中的優(yōu)勢分析

從市政道路工程的特點出發(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。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。如深圳市要求城市重點景觀道路必須采用BIM技術(shù)進行景觀亮化方案的對比，并從第一人視角進行模擬展現(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)計返工，優(yōu)化了方案，提高了溝通效率，更節(jié)省了設(shè)計時間，在降低成本等方面作出了巨大貢獻。

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)，從國內(nèi)系統(tǒng)來看，針對公路BIM應(yīng)用需求的主要有緯地BIM設(shè)計平臺、公路工程設(shè)計BIM系統(tǒng)等;針對市政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。從國外系統(tǒng)來看，主要以Autodesk與Bentley系統(tǒng)為主流，其均具備針對工程行業(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。

根據(jù)市政道路設(shè)計階段的特點，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，在三維集成上存在一定的劣勢。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，針對不同的需求對象開發(fā)有不同的解決方案，且格式統(tǒng)一，兼容性強。因此，從市政道路不同設(shè)計階段的需求分析，鴻業(yè)系統(tǒng)更符合目前方案設(shè)計階段的建模需求，Bentley系統(tǒng)則更符合深化設(shè)計階段的建模需求。

在方案設(shè)計階段，選用鴻業(yè)系統(tǒng)，充分利用其在建模快速化及展示便利化等方面的優(yōu)勢。

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

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“過渡建?！钡恼`區(qū)。對于設(shè)計場地環(huán)境的構(gòu)建，采用無人機傾斜攝影技術(shù)基于ContextCapture軟件進行三維實景構(gòu)建，高度還原項目周邊真實場景。對于協(xié)同設(shè)計管理平臺，通過ProjectWise建立基礎(chǔ)文件、模型文件和管理文件多層結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)設(shè)計模型的協(xié)同管理和資源共享，以解決傳統(tǒng)二維設(shè)計“信息孤島”的問題。

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

3 市政道路的BIM設(shè)計應(yīng)用

3.1 市政道路設(shè)計BIM應(yīng)用解決方案

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

3.2 基于BIM的場地勘測

基于真實準(zhǔn)確的三維實景環(huán)境下開展動態(tài)交互設(shè)計是BIM技術(shù)的一大亮點，可極大提升設(shè)計效率和質(zhì)量。利用無人機傾斜攝影技術(shù)對項目區(qū)域進行航拍，獲取項目所需的高分辨率影像，通過BentleyContextCapture軟件構(gòu)建三維實景模型，為項目提供真實、準(zhǔn)確、實時的設(shè)計環(huán)境。在此基礎(chǔ)上開展建模設(shè)計工作，改變傳統(tǒng)枯燥晦澀的設(shè)計環(huán)境，使設(shè)計工作真實協(xié)調(diào)于現(xiàn)場條件，減輕設(shè)計人員外業(yè)調(diào)查強度和難度，為設(shè)計人員提供更為詳實的設(shè)計資料，提高項目設(shè)計的準(zhǔn)確性。

3.3 基于BIM的設(shè)計協(xié)同及管理

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

利用ProjectWise開展BIM協(xié)同設(shè)計管理，實現(xiàn)全專業(yè)在同一環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)下開展設(shè)計工作。平臺會自動將模型數(shù)據(jù)信息存儲到系統(tǒng)中，即實現(xiàn)信息共享，簡化了信息傳遞的渠道。由項目負(fù)責(zé)人（管理員）根據(jù)項目各專業(yè)的人員安排、進度計劃及特點進行統(tǒng)一創(chuàng)建，所有的項目資料和消息都將在平臺上統(tǒng)一發(fā)布，具有嚴(yán)格的一致性和實時性。項目參與人員無論在何時何處均可登陸客戶端開展工作，而不同設(shè)計成員將由項目負(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行有效集合的信息共享設(shè)計模式將使得設(shè)計工作變得簡單且規(guī)范，大幅度提高工作效率，減少過程差錯。

3.4 基于BIM的市政道路方案設(shè)計

針對市政道路方案設(shè)計階段的特點分析，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)鴻城平臺作為方案BIM模型基礎(chǔ)平臺，重點突出方案設(shè)計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

3.5.1 道路設(shè)計

道路設(shè)計需要將各分項專業(yè)進行有效串聯(lián)。Bentley提供了OpenRoadsDesigner系統(tǒng)開展道路三維建模，通過多視口系統(tǒng)功能可開展平、縱、橫協(xié)同設(shè)計，在集成性、參數(shù)化、三維化、可視化等方面更具優(yōu)勢，更利于路線的總體把控。針對路基路面，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，可實時對道路的加寬、超高、分離等變化進行參數(shù)化調(diào)整，為使用者提供靈活、便利的三維設(shè)計環(huán)境?；贐IM技術(shù)的市政道路設(shè)計將傳統(tǒng)二維設(shè)計中的點與線的設(shè)計信息直接轉(zhuǎn)化為三維數(shù)字化實體模型信息，避免了二維設(shè)計層次上的“模糊性”等問題。

3.5.2 橋梁設(shè)計

橋梁工程是項目的主要控制節(jié)點，Bentley提供了多款軟件進行交互設(shè)計并完成模型構(gòu)建，利用OpenBridgeModeler開展橋梁整體建模，同時基于ProStructures進行配筋設(shè)計，并對部分特殊組件采用MicroStation平臺進行構(gòu)建。除此之外，為更好地滿足國內(nèi)設(shè)計單位的需求和習(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)計方式，建立參數(shù)化構(gòu)件庫，通過更新參數(shù)化通用圖來自動更新全橋三維模型，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

城市隧道工程相對需求較少，Bentley提供了OpenRoadsDesigner進行隧道主體結(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，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

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，實時調(diào)用相應(yīng)對象，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)施可分解為一個基本單元構(gòu)建，且編碼信息唯一獨立，這樣既可以快速創(chuàng)建交安設(shè)施，同時也可保證信息唯一性[4]。交通標(biāo)線則采用OpenRoadsDesigner基于平面進行不同類型標(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體模型上以滿足項目實際需求。

3.5.5 排水設(shè)計

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等信息集進行批量處理，自動創(chuàng)建井、管線等三維模型，可針對整個項目的雨水和污水管網(wǎng)進行建模、分析和設(shè)計。

3.5.6 模型集成及渲染

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

完成項目模型的碰撞檢查后，可直接導(dǎo)入LumenRT進行場景渲染，開展真實材質(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行場景模擬，打造“所見即所得”的場景構(gòu)建，制作視頻動畫。

4 工程應(yīng)用

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

5 結(jié)語

BIM技術(shù)的出現(xiàn)，為市政交通行業(yè)帶來了新思想的技術(shù)革新，是大數(shù)據(jù)時代衍生的一種全新的技術(shù)方法。本文以市政道路為對象，探索研究BIM技術(shù)在市政道路設(shè)計階段的應(yīng)用，對目前市場上主流BIM平臺進行分析對比，根據(jù)市政道路不同設(shè)計階段的特點提出選用不同BIM系統(tǒng)的應(yīng)用流程及解決方案。從設(shè)計環(huán)境構(gòu)建、協(xié)同設(shè)計管理平臺搭建及各專業(yè)應(yīng)用等方面進行分析，探索性梳理了一套適用于市政道路的BIM輔助設(shè)計方法并成功應(yīng)用于多個市政項目，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，具有十分重要的意義。

參考文獻：

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