BIM技术辅助复杂市政道路设计的应用研究

张绪斌

（领睿建设工程有限公司，广东 江门 529000）

0 引言

我国市政道路工程正逐渐从以往短、平、快的建设路线向复杂、创造性强的方向发展，因此传统的二维设计方法已无法满足复杂市政道路设计要求，需要相关部门与人员将BIM 技术应用在市政道路设计中，借助3D 建模进行工程模拟，简化设计项目，提高设计精确性。为了确保BIM 技术的应用路径更加科学、合理，需要对其主要特征进行深入了解。

1 BIM 技术概述

BIM 技术又称建筑信息模型，是指应用在工程设计、管理中的一种数据化手段，可以实现建筑的信息化模型整合，并在项目生命周期中完成数据的传递与共享，帮助技术人员全面掌握建筑信息，以此为后续各方主体的协作提供基础，能够起到降低生产成本、缩短施工周期、提高生产效率的作用。同时，也可将BIM 技术理解为建设项目的功能特性数字表达，其本质上属于一个知识资源，能够在建设项目的不同阶段，使各利益方利用BIM 技术完成信息的提取、更新与修改，从而支持各部门之间的协同作业。

2 BIM 技术具备的优势

2.1 凸显设计意图

以往的CAD 二维设计方式难以有效解决将复杂市政道路三维空间呈现在二维空间中的难题，在实际设计时，因为三维参数具有一定的复杂性，难以避免会造成部分数据丢失，进而影响设计成果，无法准确表达设计意图。而应用BIM 技术设计的数字化信息模型能够完整表达市政道路工程的真实样貌、准确反映设计意图，而且相关工程属性以及模型划分更加详细，既可以自定义设计参数，也能描述市政道路三维问题。

2.2 模拟效果优良

在复杂市政道路设计中能够应用BIM 技术逼真的3D 信息模型直观地查看工程的完工效果，从而清晰、准确地找出可能存在的设计问题，并为后续设计方案的调整、优化提供参考依据，这也是BIM 模拟效果优良的具体表现。对于相关设计人员而言，BIM 技术强大的分析能力可以进一步提高解决对策的针对性以及适用性，降低工作难度，减少返工概率，将市政道路建设过程中可能出现的问题消除在设计阶段，避免小问题的不断累积而引发安全事故，也能减少不必要的人力资源与物力资源消耗，这些都是传统二维设计难以达到的。而对于业主而言，也能借此消除内心预期偏差。除此之外，通过BIM 技术所打造的3D 信息模型信息量庞大，不仅涵盖3D 集合信息、工程拓扑关系数据，还将工程信息等内容包含在内，此类信息能够为后续工程设计与施工提供重要的数据支持，以此获取准确的验证结论，保证技术交底的高效性。

2.3 工程量计算准确

以往的二维设计方法大多采用断面法进行市政道路的工程量计算，虽然此类计算方法对于道路相对平坦、设计复杂性较低的道路工程能够保持极小的误差，但对于地形起伏程度及设计复杂性较高的道路工程却会导致较大的误差。在市政道路管线设计方面，以往的工程量确定方法以标准图或工作人员的经验为主，容易受工作人员的个人能力等因素的影响导致误差。但在采用BIM 技术后，可以利用3D 信息模型中各工程子模型内精确的属性信息以及集合数据，更准确地完成面积、体积等工程数据的计算，且此类计算本身具有一定的自动化特点，无须人工手动录入，可以更好地减小计算误差。

2.4 协同作用良好

随着我国社会经济的不断发展，工程规模也得以进一步扩张，对市政道路的设计也提出了全新的挑战，需要设计人员细化设计内容，加强与其他部门的合作，才能切实解决一系列设计难题。以往的二维设计中，工作人员通常会采用分图层复制与引用的方法完成合作，或是借助协同设计系统进行工作协调，但此类协同方式的问题在于操作过于简单，只是在服务器上对图形与文件进行权限设置，难以有效解决复杂的协同问题。比如在设计市政道路的过程中，一般情况下要将路段边坡、互通立交、公交站等设计任务分别指派给不同的人员完成，在二维设计模式中，此类协同性极高的工作往往无法有效并行，因为设计图中所涉及的线条、数据存在一定的关联性，如果单纯将不同人员的工作成果简单结合，必然会大幅度提高出错的可能性。而BIM 技术则不同，由于其设计过程本身是一种模型搭建过程，需要设计众多子模型并处理好模型之间的低耦合关系，若此类耦合关系足够明确，便可简化协同工作，并找出潜在的协同问题，之后将工作合理分配给不同人员，达到提高协同效果的目的。

3 应用路径

随着我国市政道路设计愈发复杂，BIM 技术所能发挥的作用也得以进一步提高，本文将以BIM 技术中的Civil 3D 设计软件作为研究对象，阐述其在市政道路设计中的具体应用路径。

3.1 绘制地形图

通常而言，我国市政道路勘测机构大多会采用以下两种地形图：一是二维地形图，其高程点的数值需要设定为0，而实际高程则要以数字形式标注在高程点附近；二是三维地形图，由于高程点的标注高程与实际高程相同，因此可以通过标注高程确认实际高程。以三维地形图为例，设高程点图块为Z 坐标图块，在地形图中BIM 技术的应用路径为：

首先，打开Civil 3D 设计软件中的图层管理模块，反向选取除高层点外的所有图层，并冻结反向选取的图层。

其次，点击创建曲面指令，打开对话框，依照曲面实际类型以及图层名称选取对应的图层。

再次，点击曲面菜单，打开自定义工具栏，选取工具栏内的图形对象，完成图层添加。

最后，框选全部高程点，创建三维地形图内的曲面，便可利用对象查看器获取新创建的曲面。

3.2 绘制道路中心线

道路中心线的绘制是复杂市政道路设计中的核心部分，由于设计过程需要考虑多种控制因素，因此需要设计人员预先完成规划设计中线位的拟合处理，结合市政道路实际要求对规划方案内的曲线半径、曲线长度等元素进行适当优化。同时还要充分掌握地层信息与场地数据，利用倾斜摄影手段辅助景观设计，更快速地完成工程数据的计算。将BIM 技术应用在道路中心线绘制中的路径可分为以下三个步骤：

一是插入中心线。预先分析复杂市政道路中心的布设状况，并结合实际需要进行优化处理，在确定后，便可将其添加在三维地形图当中。

二是完成中心线的转换。设计人员需要在三维地形图中完成转换操作，将复杂市政道路中心线转变为多段线。

三是创建路线。单击Civil 3D 设计软件中的“从多段线创建路线”选项，便可选中复杂市政道路中心线，之后程序窗口中会弹出对话框，用以提示用户输入路线，设计人员在输入路线名称后还需选择路线标签集与样式，再点击确定便可完成道路中心线的绘制。

3.3 设计道路纵向断面

调查显示，我国以往采用的道路设计软件在进行道路纵向断面设计的过程中仍存在一定的功能缺陷，其具体的设计流程为：预先完成地面线文件的编制处理，之后借助设计软件自动形成地面线，再以此为基础绘制对拉坡线；在绘制时需要根据实际情况适当调整对拉坡线，直至其满足设计需求；设计人员需要将调整后的对拉坡线以文件形式存储在原地面线文件当中，这样便可随时调用原地面线文件以及竖曲线文件，最终形成市政道路纵向断面图。虽然该方法能够保证道路纵向断面良好的设计效果，但过程相对烦琐，且布局参数的调整效果不佳，也不能方便地查看相关要素。而采用BIM 技术的Civil 3D 设计软件，将三维地形图作为道路纵向断面设计的基本数据，以此简化地面线的生成流程，只需利用“从曲面创建道路纵向断面”这一操作指令便可自动生成地面线文件。并且通过该方法生成的地面线可以根据复杂市政道路中心线的调整自动更新，能够有效节省设计人员的工作时间与精力，减少工作量。

除此之外，在进行道路纵向断面拉坡线设计的过程中，还可借助“以布局完成纵向断面创建”的指令进行纵向断面的绘制，而在绘制完成后设计人员便可查看坡度、坡长、总曲线等要素，更好地判断各项数据是否符合相关标准。若不符合，则要利用Civil 3D 设计软件中的“纵向断面形状”指令进行二次编辑，单击该指令模块会弹出工具条，用以完成纵向断面布局参数的重新设置，此时设计人员可在对话框内完成竖曲线半径、坡度、边坡点里程桩号等参数的调整，直至符合规范要求。

3.4 设计道路横向断面

采用Civil 3D 设计软件完成道路横向断面的设计可以理解为对复杂市政道路进行装配，因此需要在设计时将多种影响因素考虑到位，合理选择工程配件，之后才可依次进行组合、配置与安装，保证BIM 技术的3D 信息模型能够精确反映相关数据。具体可分为以下三个设计步骤：

一是装配创建。单击Civil 3D 设计软件中“道路”菜单下的“装配创建”指令，程序会自动弹出对话框，提示操作人员输入装配名称，输入完成后点击确定按钮便可完成装配创建。

二是装配基准线的插入处理。在Civil 3D 设计软件中进行鼠标移动点击时可以发现带有圆形标记的竖线，该竖线便是需要进行插入处理的装配基准线，即复杂市政道路中心线。

三是装配部件。在Civil 3D 设计软件中“道路”菜单下有工具板选项，属于Civil 3D 设计软件的自带选项之一，借助该选项便可进行装配部件处理。装配部件的具体步骤为，首先完成横向断面的装配，并确保装配面能够满足各项装配要求。其次要在完成横向断面的装配后分析市政道路设计规划内容，结合分析结果完成剩余装配的添加；同时，由于Civil 3D 设计软件具备动态功能，因此可以借助该功能完成各项装配部件参数的修改，也能对原有装配进行重制，使其成为所需的装配。最后要确保软件中的复杂市政道路参数模型可以实时更新各项装配。

3.5 道路建模设计

在道路建模设计的过程中，首先单击“道路”菜单下的“创建道路”指令，弹出有关道路创建的提示对话框，根据相关提示信息便可完成复杂市政道路的选取，并依次完成道路横向断面与纵向断面的装配处理。然后，在完成道路创建后，结合复杂市政道路宽度，在道路组建逻辑对话框中创建设计区域，再将市政道路组建作为设计对象，为其提供科学、合理的道路组件逻辑目标。

4 应用中需要改进的问题

BIM 技术在复杂市政道路设计应用中需要改进的问题主要有以下两点：

一是需要推动行业标准建立。虽然近年来BIM技术的应用范围得到进一步扩展，但在应用过程中由于不同人员的能力水平参差不齐，容易造成设计效果出现较大差异，不同设计单位与施工单位之间在技术交流时也经常出现问题，导致设计结果评价不统一，严重阻碍了BIM 技术的发展。为此相关部门与负责人需要及时统一行业标准，细化规章制度，提高对人员的能力要求，必要时，可制定多项考核体系，以此推动BIM 技术的应用。

二是需要优化BIM 技术的兼容性。调查显示，我国BIM 技术应用在复杂市政道路设计中存在的问题大多表现为地形、地貌等信息的准确性较低，为了解决此类问题，需要将BIM 技术与其他技术适当结合，提高信息的获取、分析效率，并保证BIM 技术能够与其他技术保持良好的兼容性，比如与GPS 技术结合使用，扩大BIM 技术的应用范围，提高地质信息的准确性。

5 结语

本文分析了BIM 技术的基本内容与主要特征，阐述了BIM 技术的优势以及应用中需要改进的问题，并提出了绘制地形图、绘制道路中心线、设计道路纵向断面、设计道路横向断面、设计道路建模等复杂市政道路设计中BIM 技术的应用路径，希望以此提高市政道路设计效率与质量，消除潜在的危险因素，便于后续施工、验收等工作的开展。