陳輔偉， 楊鴻， 徐磊如

（甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院股份有限公司）

1 BIM 技術(shù)在公路工程設(shè)計(jì)階段的優(yōu)化與集成探討

1.1 建立模型

BIM技術(shù)在我國(guó)建筑工程設(shè)計(jì)行業(yè)的應(yīng)用依然處于起步階段，傳統(tǒng)的應(yīng)用方式主要以逆向設(shè)計(jì)為主，先進(jìn)行二維制圖，然后再去三維建模，隨著技術(shù)的不斷成熟，利用BIM 技術(shù)實(shí)現(xiàn)正向設(shè)計(jì)取得了突破性成果，在BIM軟件平臺(tái)的支持下，進(jìn)行參數(shù)化模型設(shè)計(jì)、信息集成、碰撞檢測(cè)、工程量計(jì)算、自動(dòng)出圖、可視化技術(shù)交底等工作。

基于數(shù)據(jù)傳遞易丟失的問(wèn)題，必須合理選擇設(shè)計(jì)軟件平臺(tái)，保證信息集成管理效果，能夠在工程全壽命周期中發(fā)揮核心作用，現(xiàn)階段，Civil 3D 軟件在道路橋梁工程設(shè)計(jì)階段應(yīng)用效果良好，具有強(qiáng)大的設(shè)計(jì)、分析、協(xié)作、編制功能，在地形處理、場(chǎng)地規(guī)劃、道路設(shè)計(jì)、管網(wǎng)設(shè)計(jì)、土方計(jì)算、圖紙輸出等方面體現(xiàn)出較強(qiáng)的適用性，所以可以將該軟件作為BIM 建模的主要工具，結(jié)合其他軟件應(yīng)用，開(kāi)展正向協(xié)同設(shè)計(jì)和信息集成管理。

完整的道路工程模型既包括場(chǎng)地環(huán)境模型，也包括道路主體工程模型，環(huán)境模型主要由地形、水文、地質(zhì)、地物等部分組成，利用Civil 3D 軟件中的曲面命令，將二維電子地形圖進(jìn)行三維創(chuàng)建，賦予合適的材質(zhì)，貼合衛(wèi)星地圖，在Infraworks 中真實(shí)呈現(xiàn)地形效果，通過(guò)三角網(wǎng)體積曲面屬性特征或者相關(guān)插件，能夠?qū)⒌刭|(zhì)勘查報(bào)告成果轉(zhuǎn)化為場(chǎng)地三維地質(zhì)模型。

應(yīng)用BIM技術(shù)，根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)理論和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行路線設(shè)計(jì)、渠化展寬與加寬設(shè)計(jì)、超高設(shè)計(jì)、縱斷面設(shè)計(jì)、橫斷面設(shè)計(jì)，按照實(shí)際需求，使用部件編輯器創(chuàng)建自定義部件組合裝配，并且將平縱橫設(shè)計(jì)參數(shù)動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)，完成道路工程模型創(chuàng)建，可以提取任意層的道路曲面。在景觀工程、照明工程、交通工程的配套設(shè)計(jì)中，可以以點(diǎn)樣式或圖塊插入的方式靈活創(chuàng)建，便于統(tǒng)一定義管理，利用BIM技術(shù)還可以針對(duì)管網(wǎng)工程、場(chǎng)地放坡、土方計(jì)算、挖填方平衡等方面展開(kāi)設(shè)計(jì)工作，最終實(shí)現(xiàn)完整的BIM 建模正向設(shè)計(jì)[1]。

1.2 集成設(shè)計(jì)

BIM技術(shù)的應(yīng)用改變了傳統(tǒng)的公路工程設(shè)計(jì)方式，能夠組織開(kāi)展協(xié)同設(shè)計(jì)，把不同專業(yè)設(shè)計(jì)成果集成在一個(gè)平臺(tái)上，將不同設(shè)計(jì)軟件創(chuàng)建的模型和數(shù)據(jù)信息導(dǎo)入到數(shù)據(jù)集成交換平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)自由的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)交流共享，同時(shí)為其他階段各參與方的共同管理奠定了基礎(chǔ)，保證了設(shè)計(jì)信息的準(zhǔn)確、完整、安全、統(tǒng)一。協(xié)同設(shè)計(jì)是以各方協(xié)同的方式指導(dǎo)輔助設(shè)計(jì)工作的開(kāi)展，既包括設(shè)計(jì)單位內(nèi)部專業(yè)協(xié)同作業(yè)，也包括其他單位提出的設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)意見(jiàn)，以互聯(lián)網(wǎng)集成信息管理平臺(tái)為依托，實(shí)現(xiàn)全壽命周期的信息集成管理，尤其是在總承包項(xiàng)目模式下，大大降低了溝通交流成本，實(shí)現(xiàn)了全要素、全過(guò)程的管理協(xié)同?；贐IM技術(shù)的公路工程設(shè)計(jì)協(xié)同主要包括建模和渲染兩個(gè)階段，對(duì)于大型復(fù)雜項(xiàng)目，需要多種軟件協(xié)同作業(yè)，確保工程主體建模軟件與相關(guān)軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，比如Civil 3D 軟件與Revit、3DMAX、Navisworks、Infraworks 以及CAD 等軟件的數(shù)據(jù)交互，有效提高建模效率，保證效果制作質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)集成設(shè)計(jì)。在不同設(shè)計(jì)階段，對(duì)建模的精細(xì)化程度要求不同，必須達(dá)到相應(yīng)設(shè)計(jì)階段的設(shè)計(jì)深度，在方案設(shè)計(jì)階段，主要滿足模型外部輪廓、幾何尺寸、空間位置等要求，在初步設(shè)計(jì)階段，需要滿足模型和主要節(jié)點(diǎn)特性信息要求，在施工圖設(shè)計(jì)階段，需要涵蓋模型全部幾何尺寸、空間位置、部件材質(zhì)等數(shù)據(jù)信息，是對(duì)設(shè)計(jì)方案的最終確定和細(xì)節(jié)深化，必須滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求，這是一個(gè)由淺入深的過(guò)程。

1.3 設(shè)計(jì)優(yōu)化

基于BIM技術(shù)的公路工程設(shè)計(jì)階段優(yōu)化成果不但包括三維模型，而且包括各種分析報(bào)告，涵蓋了場(chǎng)地分析、設(shè)計(jì)規(guī)范分析、行車模擬分析、凈空檢查分析、視距檢查分析、管網(wǎng)碰撞檢查分析、轉(zhuǎn)彎半徑檢查分析等方面，全面系統(tǒng)地闡述了設(shè)計(jì)成果質(zhì)量。

在工程設(shè)計(jì)之前，必須進(jìn)行場(chǎng)地詳細(xì)分析，針對(duì)原始地形曲面等高線、高程、方向、坡度、流域、視線等方面展開(kāi)研究，從土方工程量、排水流向、邊坡防護(hù)等方面著重考慮，降低不利場(chǎng)地條件對(duì)工程建設(shè)的影響，通過(guò)高程分析可以減少土方挖填量，更好地設(shè)計(jì)平縱方案，通過(guò)流域分析指導(dǎo)排水流向設(shè)計(jì)，通過(guò)剖面方向分析合理選擇道路方位，比如，在北方寒冷地區(qū)應(yīng)該盡可能選擇朝陽(yáng)面，這樣可以有效避免長(zhǎng)時(shí)間的結(jié)冰積水問(wèn)題。利用Civil 3D 樣板文件中的自定義檢查集，可以根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合自定義表達(dá)式，自動(dòng)檢查相關(guān)參數(shù)指標(biāo)，對(duì)不滿足要求的呈現(xiàn)黃色警告，針對(duì)性的進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，同時(shí)，軟件中的可見(jiàn)性檢查模塊可以更好的進(jìn)行駕駛視線分析，通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、視線影響區(qū)、檢查視距等工具，用于不同路段、不同范圍的視覺(jué)分析，更好地模擬實(shí)際駕駛情景，使公路工程設(shè)計(jì)成果能夠貼合真實(shí)需求。

公路模型完成后，還可以通過(guò)虛擬駕駛功能以第一視角的方式檢查設(shè)計(jì)方案，并對(duì)不合理之處進(jìn)行優(yōu)化修改，在Civil 3D軟件的基礎(chǔ)上，以及相關(guān)軟件的輔助下，可以實(shí)現(xiàn)不同類型車輛的行車軌跡模擬，可視化分析不同設(shè)計(jì)速度條件的行車軌跡，評(píng)價(jià)三維空間因素產(chǎn)生的影響，對(duì)平面渠化組織、縱斷面豎向標(biāo)高、超高加寬設(shè)置等方面進(jìn)行調(diào)整。另外，利用BIM 技術(shù)，可以針對(duì)公路工程不同專業(yè)之間以及車輛與工程之間進(jìn)行碰撞檢測(cè)，分析車輛行駛軌跡與公路平面設(shè)施的沖突，檢查平面設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)彎半徑是否滿足真實(shí)行車要求，除此之外，還可以實(shí)現(xiàn)三維凈空碰撞檢查，分析車輛行駛軌跡與三維立體設(shè)施之間的關(guān)系，在指定行駛范圍內(nèi)不得存在障礙物侵入的情況。管線工程設(shè)計(jì)具有一定的復(fù)雜性，很容易出現(xiàn)碰撞情況，利用碰撞檢測(cè)功能，可以發(fā)現(xiàn)管線之間存在的硬碰撞問(wèn)題，也可以分析管線之間的距離，解決軟碰撞的問(wèn)題，結(jié)構(gòu)碰撞檢測(cè)需要通過(guò)Navis-Works 軟件來(lái)完成，能夠獲得更為專業(yè)全面的檢測(cè)結(jié)果。

1.4 可視化成果

可視化成果表達(dá)是基于BIM技術(shù)的公路工程設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)之一，用于與外部的溝通交流工作，能夠以直觀的方式查看設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行深入地探討和創(chuàng)新。移動(dòng)端瀏覽模型主要以便攜式移動(dòng)設(shè)備為載體，即時(shí)查看設(shè)計(jì)模型，擺脫了電腦端查看的限制，可以通過(guò)制作三維全景圖鏈接和基于云端數(shù)據(jù)鏈接的軟件平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中，三維全景圖鏈接是以網(wǎng)頁(yè)鏈接的形式在移動(dòng)端呈現(xiàn)，而B(niǎo)IM 移動(dòng)端操作平臺(tái)可以在移動(dòng)設(shè)備安裝，并查看管理云端模型。在某些重要節(jié)點(diǎn)制作效果圖能夠更好地展示設(shè)計(jì)方案特點(diǎn)，可以通過(guò)3DMAX 等專業(yè)渲染軟件進(jìn)行制作效果圖，這是一種靜態(tài)的可視化成果展現(xiàn)，漫游視頻則是動(dòng)態(tài)的可視化成果展現(xiàn)，使用相關(guān)軟件制作漫游視頻，能夠在較短時(shí)間內(nèi)全面介紹項(xiàng)目設(shè)計(jì)情況，提高交流質(zhì)量和效率。

2 BIM 技術(shù)在橋梁工程設(shè)計(jì)階段的優(yōu)化與集成探討

2.1 方案設(shè)計(jì)階段

橋梁工程的設(shè)計(jì)同樣是一個(gè)逐步深入的過(guò)程，在可行性分析論證的基礎(chǔ)上，做好方案設(shè)計(jì)，利用BIM技術(shù)，可以有效減少方案生成和比選的時(shí)間，為相關(guān)各方提供順暢的交流協(xié)作平臺(tái)，保證設(shè)計(jì)方案質(zhì)量。傳統(tǒng)的橋梁方案設(shè)計(jì)會(huì)使用一定比例的地形圖來(lái)獲取相關(guān)信息，存在位置關(guān)系不精確、信息表達(dá)不清晰等問(wèn)題，利用OpenBridge Modeler 軟件，可以更好地收集工程數(shù)據(jù)、地理信息，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)采集到的其他信息，建立環(huán)境模型，通過(guò)交通路線、通行要求、河床斷面等參數(shù)指標(biāo)，評(píng)估現(xiàn)場(chǎng)施工條件，優(yōu)化橋梁總體布置。方案設(shè)計(jì)階段對(duì)模型精度要求不高，根據(jù)橋梁主體結(jié)構(gòu)，分別建立簡(jiǎn)易參數(shù)化模型，快速生成各種橋梁方案，同時(shí)，BIM模型的可視化展示可以直觀展現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖，降低方案理解難度，方便快速組織設(shè)計(jì)方案比選評(píng)估，并且為方案優(yōu)化調(diào)整提供了便利[2]。

2.2 施工圖設(shè)計(jì)階段

施工圖設(shè)計(jì)階段對(duì)模型精度要求更高，需要在可操作性和具體化方面表現(xiàn)得更為細(xì)致。利用BIM技術(shù)進(jìn)行橋梁工程參數(shù)化建模，將各種參數(shù)集成管理，通過(guò)修改一個(gè)參數(shù)就可以調(diào)整與之關(guān)聯(lián)的其他參數(shù)，有利于規(guī)范設(shè)計(jì)流程，提高設(shè)計(jì)效率，減少了反復(fù)優(yōu)化調(diào)整導(dǎo)致的繁重工作量，利用橋梁標(biāo)準(zhǔn)圖，構(gòu)建橋梁參數(shù)化設(shè)計(jì)模板庫(kù)，在參數(shù)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，可以實(shí)現(xiàn)橋梁工程自動(dòng)化設(shè)計(jì)的效果。主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析是施工圖設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在，基于預(yù)制鋼箱梁橋梁的突出優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于公路工程建設(shè)中，但由于鋼箱梁內(nèi)部構(gòu)造復(fù)雜，由多種功能不同、尺寸不一的構(gòu)件組成，很容易出現(xiàn)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。應(yīng)用ProStructure軟件，可以實(shí)現(xiàn)鋼箱梁精細(xì)化設(shè)計(jì)，直觀展現(xiàn)不同構(gòu)件之間的位置關(guān)系，模擬預(yù)拼裝過(guò)程，提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案中的不合理之處，減少預(yù)制加工、拼裝施工過(guò)程產(chǎn)生的問(wèn)題，結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)分析軟件的應(yīng)用，對(duì)整體及局部的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性進(jìn)行受力驗(yàn)算，確保橋梁結(jié)構(gòu)安全。鋼筋布設(shè)對(duì)橋梁主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尤為重要，傳統(tǒng)的二維平面施工圖很容易出現(xiàn)配筋錯(cuò)誤、碰撞沖突等問(wèn)題，依托主體結(jié)構(gòu)建模，利用BIM 技術(shù)進(jìn)行鋼筋布設(shè)，可以通過(guò)多種鋼筋模板開(kāi)展配筋工作，同時(shí)利用軟件的可視化性能和碰撞檢測(cè)功能，可以及時(shí)檢查鋼筋碰撞問(wèn)題。除此之外，利用碰錯(cuò)漏檢查功能還可以針對(duì)不同構(gòu)件進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)可視化集成分析，根據(jù)碰撞點(diǎn)信息提示進(jìn)行設(shè)計(jì)核對(duì)與優(yōu)化調(diào)整。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，傳統(tǒng)二維理念的設(shè)計(jì)方式存在大量重復(fù)的無(wú)效勞動(dòng)，難以保證設(shè)計(jì)質(zhì)量，而且不同專業(yè)之間的協(xié)同設(shè)計(jì)斷裂，容易產(chǎn)生信息孤島問(wèn)題，在后續(xù)的施工環(huán)境會(huì)演變成更為復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)變更。基于BIM技術(shù)的公路橋梁設(shè)計(jì)優(yōu)化是一種數(shù)字化設(shè)計(jì)方式，能夠從建筑工程全生命周期的角度出發(fā)，集成所有數(shù)據(jù)信息，保證設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維管理的持續(xù)性，更好的發(fā)揮源頭控制作用。