浅析BIM在市政道路设计中的应用

一、BIM的概念和特性

1.BIM的概念：建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）是以三维数字技术为基础，集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型，BIM是对工程项目设施实体与功能特性的数字化表达。通常从两个方面描述：一是作为名词，BIM是一种载体，包含特定建筑和设备的各种专业数据，并明确的描述其建筑的物理和非物理的属性。BIM数据模型包含来自不同专业的未加工（Raw）的建筑数据。BIM模型包含特定建筑和设施的所有成分，所以BIM模型是丰富的（Rich）。BIM包含特定建筑和设施所有成分的关系和属性，所以BIM模型是智能的（Intelligence）。二是作为动词，BIM表示建立建筑数据模型的行为，包括数据的交换和共享。不同层面的使用者可以通过数据模型输入并输出模型在内的数据，而利用于设计和施工等工作。虽然对BIM定义存在不同的文字描述，但一般都涵盖着这两个方面。

2.BIM的特性：一般具有以下特征：

（1）模型的3D参数化：3D参数化设计是有别于传统AutoCAD等二维设计方法的一种全新的设计方法，是一种可以使用各种工程参数来创建、驱动三维建筑模型，并可以利用三维建筑模型进行建筑性能等各种分析与模拟的设计方法。

（2）模型的信息化：建筑信息模型BIM采用参数化来描述建筑单元，以墙、窗、梁、柱等建筑构件为基本对象而不是CAD中的点、线、面等几何元素，并将建筑单元的各种真实属性通过参数的形式进行模拟。

（3）模型信息的完整性：除了对工程对象进行3D几何信息的描述，还描述对象的拓扑关系。更主要的是信息模型包括了完整的工程信息描述，如具体对象名称、建筑材料、结构类型等设计信息；如施工工序、施工进度、工程量、项目成本、工程质量以及人力、机械、材料等施工信息；如工程结构安全性能、安全运营管理、材料耐久性等运营养护信息。

（4）遵照统一标准：为实现多种软件的信息互访。BIM数据形式必须是开放交互的，所有采用BIM技术的软件都支持国际标准组织认可的工业基础分类标准（IFC，Industry Foundation Classes）。当BIM软件采用IFC格式进行数据输出时，其他支持该协议标准的软件就可以直接读取这些数据进行下一步的工作。

（5）协同作业：BIM技术实施是提升工程行业全产业链的各个环节质量和效率的终极目标，多工种、多行业协同作业正是BIM实现该目标的重要保障工具和手段。设计协同是针对设计阶段各专业间进行文件、数据的交互、沟通等的协同工作。施工、运营协同是针对项目业主、设计方、施工方、监理方、材料供应商、运营商等与项目相关各方，进行交互、沟通交流等的协同工作。

二、BIM技术在市政道路设计中的应用

当前市政专业BIM设计软件常用的是Autodesk公司推出的Civil 3D软件，它作为交通、管道、水利等土木工程行业实现BIM的解决方案，如在道路设计方面，AutoCAD Civil 3D模型能够帮助交通设计专业人员简化道路设计项目各个阶段的流程。运用Civil 3D进行市政道路设计主要包括以下环节：

1.地形图处理

勘测单位提供的地形图通常有两种，一种为三维地形，即地形图中的高程点的标高即为实际高程；另外一种是二维地形，即地形图中的高程点的实际高程均为0，具体高程由数字在高程点旁标注。以三维地形图为例，高程点均为带有Z坐标的图块。

（1）打开图层管理器，将高程点以外的图层反向选择，然后冻结；

（2）点击曲面菜单下的创建曲面命令，打开创建曲面对话框，选择相应的图层、名称和曲面类型。然后点击确定。

（3）点击工具空间的曲面树形菜单，打开定义工具栏，在图形对象上点击右键，选择添加，在弹出的对话框中选择块。点击确定。

（4）框选所有高程点，按回车键。

（5）曲面创建完成，可用对象查看器查看所创建的曲面。

2.道路中心线设计

道路设计首先要确定道路中心线线位，设计人需考虑各控制因素，按照规划确定的线位进行拟合，并按照规范要求适当调整圆曲线半径、长度、缓和曲线长等曲线要素。

（1）将初步确定好的道路中心线插入地形图中。

（2）将道路中心线转换为多段线。

（3）单击路线菜单下的从多段线创建路线，选中道路中心线。在弹出对话框中输入路线名称，选择路线样式和路线标签集，然后单击确定。

3.道路纵断面设计

目前国内常用的道路设计软件的纵断面设计功能，基本流程为先编制原地面线文件，然后生成原地面线，再在生成的原地面线上绘制拉坡线，并调整拉坡线直至满足设计要求为止。然后将拉坡线储存为竖曲线设计文件，再调用原地面线文件、竖曲线文件生成最终的道路纵断面设计图。Civil 3D采用三维地形为设计的基本资料，地面线可以直接通过“从曲面创建纵断面”命令生成。且道路中心线修改之后，地面线会自动更新，节省了设计时间和精力。使用“按布局创建纵断面”可进行拉坡线设计。设计纵断面绘制完成后，查看自动生成的竖曲线要素和坡度、坡长等指标，如发现不满足规范，则点击编辑纵断面形状命令，在弹出的子工具条中，点击纵断面布局参数命令，打开布局对话框。然后点取边坡点，在布局对话框中修改边坡点里程桩号、边坡点标高、竖曲线半径、坡度、坡长等参数。

4.道路横断面设计

在Civil 3D即为创建道路装配的过程，为了能够精确反应道路模型，需综合考虑，选用合适的部件来组合装配。

（1）点击道路下拉菜单，单击创建装配命令，在弹出对话框中输入装配名称，然后单击确定。

（2）在屏幕任意位置单击鼠标，将插入一个中部带有圆形标记的竖线，这条竖线即是装配的基准线，也即道路中心线。

（3）调出道路菜单下的“部件工具板选项板”，利用程序自带的部件完成装配。

（4）先装配出标准横断面，再根据以后的设计需要添加其余装配，由于Civil 3D具有动态关联特性，对道路制定了不同的装配或者修改了装配部件的参数后，道路模型可以快速、即时更新。

5.道路建模

点击道路下拉菜单，单击创建道路命令，按照提示选择路线、纵断面和标准横断面装配。在弹出对话框中，根据道路宽度的变化创建相应的区域，并为道路组件指定相应的逻辑目标。

结 束 语

在市政道路设计手段飞速发展的今天，BIM技术逐渐显示出高效、快速、准确、直观的优点，目前已经涵盖了从项目前期、初步设计和施工图设计的在市政道路设计全过程，将发挥越来越重要的作用。

本文来源：智能交通技术