BIM技术在市政道路设计阶段的应用分析

庞聪 彭欣 符蕾 李佳航

摘要：文章结合BIM技术在我国工程行业的发展趋势，以市政道路为研究对象，阐述了市政道路对于BIM技术应用的需求，分析了BIM技术在市政道路设计阶段应用的优势，并从平台选用、总体方案、流程梳理、设计环境、协同管理、专业应用等多方面进行归纳总结，提出适用于市政道路全过程全专业设计的BIM建模方法和设计流程。

关键词：BIM技术;市政道路;设计阶段;Bentley

0 引言

随着BIM技术在建筑行业的快速发展和优势展现，水利水电、轨道、公路及市政交通等工程行业也在逐渐尝试BIM技术所带来的利好优势。借助我国近十年在交通领域大发展的契机，BIM技术在我国交通行业的应用已逐渐成为全球领先，特别在近年来国际上各类BIM比赛的获奖名单来看，中国项目基本占据获奖名单一半以上。

以全生命周期为驱动的BIM技术在工程行业的迅速发展已被业内人士看作是继CAD甩图板之后的又一次技术革新[1]。BIM技术作为一种基于三维环境下开展的数字化新理念，随着软硬件条件的不断提升，已逐渐成为行业所需。作为技术密集型企业的典型代表，国内大型设计院更是推动BIM技术的主力军，如华东院通过基于BIM系统的二次开发，已初步具备针对水利水电工程的BIM技术正向设计能力;中交一公院通过基于Bentley系统的二次开发，已逐渐打通BIM技术在公路工程设计中的全专业全过程应用。随着大数据时代的来临，BIM技术已经具备高速发展的契机，这是工程行业设计手段上的一次伟大变革，是设计理念和习惯的根本改变[2]。

1 基于BIM的市政道路应用分析

1.1 市政道路的BIM应用需求分析

目前我国正处于对BIM技术的期望探索期，积极探索BIM技术在市政交通中的应用优势是国内BIM应用主流，其中应用较多的城市主要集中在深圳、北京、上海等一线城市。[JP+1]而从技术应用角度分析，目前绝大部分市政道路的BIM技术应用仍以三维翻模的辅助设计为主，主要在大型市政交通项目如互通立交、特大桥、隧道等重要节点进行应用，是我国目前BIM技术应用的主要需求。

1.2 BIM技术在市政道路设计中的优势分析

从市政道路工程的特点出发，相较于公路工程，其具有里程较短，规模较小，但环境因素影响大，交通方式分类多，涉及专业多，景观绿化要求高等特点。因此，BIM技术在市政道路中的应用与公路相比，在需求上更为明显。

与传统设计方法相比较，BIM技术主要在三维可视、协调沟通、用量估算、征地拆迁及景观亮化等方面存在较大优势。如深圳市要求城市重点景观道路必须采用BIM技术进行景观亮化方案的对比，并从第一人视角进行模拟展现，为决策者提供直观依据。在深圳梅观高速公路湖南段市政化改造工程中，BIM技术的应用不仅减少了设计返工，优化了方案，提高了沟通效率，更节省了设计时间，在降低成本等方面作出了巨大贡献。

2 市政道路的BIM技术应用分析

2.1 BIM技术应用系统分析

目前市面上存在多款BIM應用系统，从国内系统来看，针对公路BIM应用需求的主要有纬地BIM设计平台、公路工程设计BIM系统等;针对市政BIM应用需求则以鸿业系统的路易、管立得及BIMSpace等软件为主。从国外系统来看，主要以Autodesk与Bentley系统为主流，其均具备针对工程行业各专业需求的系列软件集，从系统性、集成性上更具优势。

根据市政道路设计阶段的特点，从技术层面分析，Bentley系统本身为三维底层架构的系统集成，而Autodesk公司和鸿业系统均以AutoCAD为基础框架平台，在三维集成上存在一定的劣势。从综合性能上分析，Bentley系统是致力于解决各行各业的综合性系统平台，针对不同的需求对象开发有不同的解决方案，且格式统一，兼容性强。因此，从市政道路不同设计阶段的需求分析，鸿业系统更符合目前方案设计阶段的建模需求，Bentley系统则更符合深化设计阶段的建模需求。

在方案设计阶段，选用鸿业系统，充分利用其在建模快速化及展示便利化等方面的优势。

在深化设计阶段，选用Bentley系统进行精细化建模，在各专业协同设计、模型精细度、工程量计算及效果渲染展示等方面具有较大优势。

2.2 BIM技术总体方案

市政道路BIM应用方案以不同设计阶段的不同需求和建模精度为原则，制定BIM建模标准、应用体系及系统应用方案，避免陷入“过渡建模”的误区。对于设计场地环境的构建，采用无人机倾斜摄影技术基于ContextCapture软件进行三维实景构建，高度还原项目周边真实场景。对于协同设计管理平台，通过ProjectWise建立基础文件、模型文件和管理文件多层结构，实现设计模型的协同管理和资源共享，以解决传统二维设计“信息孤岛”的问题。

从场地勘测到方案设计再到深化设计，形成了一套行之有效的市政道路工程设计全专业全过程BIM技术总体应用方案（见图1）。

3 市政道路的BIM设计应用

3.1 市政道路设计BIM应用解决方案

针对市政道路各设计阶段的不同需求，提出分别将鸿业系统应用于方案设计阶段，Bentley系统应用于深化设计阶段的BIM解决方案，具体如图2所示。

3.2 基于BIM的场地勘测

基于真实准确的三维实景环境下开展动态交互设计是BIM技术的一大亮点，可极大提升设计效率和质量。利用无人机倾斜摄影技术对项目区域进行航拍，获取项目所需的高分辨率影像，通过BentleyContextCapture软件构建三维实景模型，为项目提供真实、准确、实时的设计环境。在此基础上开展建模设计工作，改变传统枯燥晦涩的设计环境，使设计工作真实协调于现场条件，减轻设计人员外业调查强度和难度，为设计人员提供更为详实的设计资料，提高项目设计的准确性。

3.3 基于BIM的设计协同及管理

市政道路工程设计是基于多专业多阶段的共同协作流程，在设计过程中会存在方案调整、资料互提及进度把控等需求，而传统设计方法在过程上往往存在脱节问题，导致项目出现缺陷甚至错误。Bentley公司为解决项目协同设计管理等问题，提供了一款用于项目信息管理及协同工作的平台ProjectWise开展协同设计，如图3所示，清晰表达了传统设计与BIM协同设计在总体构架上的区别。

利用ProjectWise开展BIM协同设计管理，实现全专业在同一环境标准下开展设计工作。平台会自动将模型数据信息存储到系统中，即实现信息共享，简化了信息传递的渠道。由项目负责人（管理员）根据项目各专业的人员安排、进度计划及特点进行统一创建，所有的项目资料和消息都将在平台上统一发布，具有严格的一致性和实时性。项目参与人员无论在何时何处均可登陆客户端开展工作，而不同设计成员将由项目负责人赋予不同的权限以确保文件安全和流程可控。这种将分散的信息孤岛进行有效集合的信息共享设计模式将使得设计工作变得简单且规范，大幅度提高工作效率，减少过程差错。

3.4 基于BIM的市政道路方案设计

针对市政道路方案设计阶段的特点分析，选用鸿业路易2020作为路、桥、隧、交安、照明等专业的BIM应用软件，选用鸿业管立得作为给排水BIM应用软件，选用鸿业鸿城平台作为方案BIM模型基础平台，重点突出方案设计阶段的快速建模比选及便捷展示等方面的需求。

3.5 基于BIM的市政道路深化设计

3.5.1 道路设计

道路设计需要将各分项专业进行有效串联。Bentley提供了OpenRoadsDesigner系统开展道路三维建模，通过多视口系统功能可开展平、纵、横协同设计，在集成性、参数化、三维化、可视化等方面更具优势，更利于路线的总体把控。针对路基路面，其核心和关键在于廊道横断面模板的智能参数化构建，详细灵活的参数化廊道模板应具有结构清晰、分类明确及延展性佳等特点，可实时对道路的加宽、超高、分离等变化进行参数化调整，为使用者提供灵活、便利的三维设计环境。基于BIM技术的市政道路设计将传统二维设计中的点与线的设计信息直接转化为三维数字化实体模型信息，避免了二维设计层次上的“模糊性”等问题。

3.5.2 桥梁设计

桥梁工程是项目的主要控制节点，Bentley提供了多款软件进行交互设计并完成模型构建，利用OpenBridgeModeler开展桥梁整体建模，同时基于ProStructures进行配筋设计，并对部分特殊组件采用MicroStation平台进行构建。除此之外，为更好地满足国内设计单位的需求和习惯，基于OpenRoadsDesigner，北京跨世纪软件公司开发的CivilStationDesigner和华东院开发的BDStation均可应用于桥梁交互式建模。采用三维参数化设计方式，建立参数化构件库，通过更新参数化通用图来自动更新全桥三维模型，有效提高了桥梁模型的构建效率，也尽可能提高市政桥梁建模的准确性和便利性[3]。

3.5.3 隧道设计

城市隧道工程相对需求较少，Bentley提供了OpenRoadsDesigner进行隧道主体结构及三维地质模型的构建，利用MicroStation开展细部构件处理，最后采用ProStructures开展配筋设计，以多系统交互式的方式完成市政隧道建模。

3.5.4 交安设计

交安工程根据其内容可分为交通标线、交通标志及智能监控三部分。其中交通标志及智能监控主要基于MicroStation进行模型构建，并根据规范建立不同标准的交安模型数据库，实时调用相应对象，采用面向组件的参数化构建方法将具有灵活的分解性和组合性，每一种交安设施可分解为一个基本单元构建，且編码信息唯一独立，这样既可以快速创建交安设施，同时也可保证信息唯一性[4]。交通标线则采用OpenRoadsDesigner基于平面进行不同类型标线的参数化定制及平面绘制，最后利用三维映射功能投影至实体模型上以满足项目实际需求。

3.5.5 排水设计

排水工程是城市道路的主要内容之一，利用OpenRoadsDesigner中内置的SUE地下公用设施模块进行地下管线模型构建，其三维建模功能可基于CAD及Excel等信息集进行批量处理，自动创建井、管线等三维模型，可针对整个项目的雨水和污水管网进行建模、分析和设计。

3.5.6 模型集成及渲染

基于MicroStation将各专业模型进行参考汇总，并通过Navigator对模型内部所存在的错、漏、碰、缺问题进行检查，从设计的源头保证工程质量，减少施工过程中的变更，确保施工顺利进行[5]。

完成项目模型的碰撞检查后，可直接导入LumenRT进行场景渲染，开展真实材质转化、植物景观添加、交通流模拟等后期处理，并能以驾驶员及行人视角进行场景模拟，打造“所见即所得”的场景构建，制作视频动画。

4 工程应用

本文所提出的针对市政道路不同设计阶段应用不同BIM设计流程的全过程全专业设计建模方法和设计流程已在大学路改扩建工程、廉州湾大道工程、民大立交工程等多个市政道路项目上成功应用（见图4），并在项目方案汇报、评审及技术交底上取得了一致好评。使得汇报成果更为清晰明了，生动活泼，在三维可视化环境中促进专业间及各参建方间的理解和沟通，减少沟通成本，提高设计效率。

5 结语

BIM技术的出现，为市政交通行业带来了新思想的技术革新，是大数据时代衍生的一种全新的技术方法。本文以市政道路为对象，探索研究BIM技术在市政道路设计阶段的应用，对目前市场上主流BIM平台进行分析对比，根据市政道路不同设计阶段的特点提出选用不同BIM系统的应用流程及解决方案。从设计环境构建、协同设计管理平台搭建及各专业应用等方面进行分析，探索性梳理了一套适用于市政道路的BIM辅助设计方法并成功应用于多个市政项目，为今后市政交通行业BIM技术的应用发展提供了重要经验，具有十分重要的意义。

参考文献：

[1]涂圣文，杨 柳，姚常伟，等.BIM+VR道路设计系统技术特点及应用现状[J].公路，2019（2）：164-169.

[2]刘 鹏.铁路工程设计BIM技术的差异化和解决方案[J].铁道工程学报，2014，185（2）：23-26.

[3]梁 才，彭 欣，龙 波，等.BIM技术在大跨径组合斜拉桥设计中的应用[J].西部交通科技，2019（4）：87-90.

[4]彭 欣，庞 聪，龙 波，等.基于BIM技术的公路交通安全设施数据库构建分析[J].西部交通科技，2019（5）：148-151.

[5]徐 博.基于BIM技术的铁路工程正向设计方法研究[J].铁道设计标准，2018，62（4）：35-40.