既有公路BIM模型构件拆分编码与三维模型建立研究

胡洪龙

(中设设计集团股份有限公司 南京 210014)

建筑信息模型(building information modeling,BIM)技术可加快实现公路行业从前期规划到设计施工再到养护运维的全寿命周期的数字化、智能化的时代发展趋势，因此，近年来逐渐成为行业研究的热点，大量学者对其进行了探索性的研究。程兴园[1]、徐高丰[2]、刘钊[3]等对公路设计阶段的BIM模型参数化建模、信息化管理和优化、工程量统计和方案比选等的应用进行了研究探讨；施萌[4]针对BIM应用存在手动建模、参数化程度低、联动性差等问题,阐述了Dynamo编程与Revit软件相结合的建模技术；张裕超[5]拓展了BIM在桥梁施工中的建模功能，解决了钢筋间的碰撞与冲突等问题，发挥了BIM对施工现场的指导作用；王英[6]依托塞拉利昂公路项目开展了BIM技术在施工图设计、施工模拟等方面的应用，探讨了全生命周期BIM应用的可行性及必要性。

以上研究主要针对新建公路，而实际上截止到2018年年底，全国既有公路通车总里程已超过477万km，BIM技术在既有公路的应用前景更加广泛。不同于新建公路，既有公路BIM技术应用需专注于养护运维阶段的实际需求。目前养护运维阶段BIM技术的推广应用主要存在以下2个问题：①养护运维阶段BIM需求不明确，造成BIM价值点体现不够充分；②既有公路体量庞大，尚缺乏经济快速的建模方法，致使既有公路BIM应用缺乏最基本的模型。

本研究从养护运维阶段BIM应用的实际需求角度，对BIM模型构件拆分、编码结构及规则、建模技术等进行研究，以期首先解决既有公路BIM模型快速经济的建立问题。

1 既有公路BIM模型构件拆分原则及结果

既有公路BIM模型建立时主要涉及道路工程(包括路基路面、支护、排水设施、交通安全设施等)和桥梁工程2个专业。

道路工程BIM模型构件拆分首先根据功能体系的不同，分为路基、路面、支护、排水设施、交通安全设施5个部分；然后按照不同结构的功能属性或特点进行细化；最后按照主体及附属的层级，根据材料类型、力学性质、养护需求的区别进行构件级的拆分。拆分结果见表1。

桥梁工程BIM模型构件拆分首先按照结构体系的不同分为梁式桥、拱式桥、斜拉桥、悬索桥等4种基本结构；然后将桥梁主体分为上部结构、下部结构和附属三大部分；最后根据材料类型、力学性质、养护需求的区别进行构件级的拆分。由于篇幅所限，这里仅给出了梁式桥的拆分结果(下同)，既有公路BIM模型构件拆分结果表见表1。由于桥梁结构形式多变，实际拆分时可根据桥梁情况参照上述原则来确定合适的方法。

表1 既有公路BIM模型构件拆分结果

2 既有公路BIM模型构件编码结构及规则

我国GB/T 51269-2017 《建筑信息模型分类和编码标准》[7]编码规则规定：编码结构应包括表代码、大类代码、中类代码、小类代码和细类代码5层，各级代码应采用2位阿拉伯数字表示。本研究参照GB/T 51269-2017 《建筑信息模型分类和编码标准》中的编码体系，从公路养护阶段BIM应用的实际需求出发，将编码结构从5层扩展到6层，表代码与GB/T 51269-2017 《建筑信息模型分类和编码标准》保持一致，大类码中的01代表道路、02代表桥梁，在“细类层级”后增加“细目层级”，以满足道桥工程模型构件拆分结果的要求，既有公路BIM模型构件编码结构见图1，限于篇幅，仅列举既有公路桥梁专业BIM模型构件编码见表2。

图1 既有公路BIM模型构件编码结构

表2 既有公路桥梁专业BIM模型构件编码

续表2

元素编号大类中类小类细类细目14-02.10.06.02.00铺装层14-02.10.06.04.00护栏14-02.10.06.04.02水泥混凝土护栏14-02.10.06.04.04钢波纹管护栏14-02.10.06.06.00伸缩缝14-02.10.06.08.00支座系统14-02.10.06.08.02支座14-02.10.06.08.04垫石14-02.10.06.08.06挡块

3 既有公路BIM三维建模软件的选取及建模总体思路

模型是BIM技术应用的基础，目前国内外主流的BIM软件平台主要有Autodesk、Bentley、Dassault 3家，主流建模平台、软件的比较表见表3。

表3 主流建模平台、软件的比较

由于目前国内外尚无专门针对公路建模的BIM软件，因此在建立涉及多专业的公路BIM模型过程中，需利用不同软件的优势采用“分别建模，统一整合”的方法将不同专业的模型整合为1个模型。

Autodesk平台通用性强、易于操作，考虑到既有公路BIM模型的精度较新建公路BIM模型的精度低等因素，本研究选取Autodesk平台软件Civil 3D和Revit进行道桥主体的建模工作。

具体而言，首先采用Civil 3D软件进行既有道路模型的建模工作，将其文件格式保存为.fbx形式；然后利用Revit软件开发桥梁、交通附属设施等的族库，进行桥梁的建模工作；最后将道路模型导入到Revit软件中，与桥梁模型进行整合，并放置交通附属设施模型。

4 工程案例

4.1 工程简介

某省道于2016年建成通车，采用一级公路标准建设，设计车速 100 km/h，路基宽26 m。在该省道选取K5+000-K6+000的路段进行了示范工程的建模工作，该段内包含桥梁1座，桥梁中心桩号为K5+500，设计角度120°，桥梁上部结构采用3×20 m先张法预应力混凝土空心板梁，全桥共1联。

4.2 道路模型创建

道路模型采用Civil 3D软件创建。首先，依据原始CAD数据文件，提取该段地形对应的道路中心线，基于项目断面形式，按照既有公路BIM模型构件拆分结果，创建道路断面装配，包含路基、路面、附属物等；然后，利用Civil 3D软件的道路功能生成道路实体，同时分幅创建、导出对应的三维实体模型；最后，将导出的三维实体模型转化为Revit族文件，并保存为.fbx格式。

4.3 桥梁族库开发与模型创建

桥梁模型采用Revit软件创建，项目原点定位为桥梁中心桩号K5+500，项目高程对应1985国家高程。

根据本桥梁的实际情况，按照既有公路BIM模型构件拆分结果，创建桥梁族库：①桥墩族(包含桩基、墩柱、盖梁)；②左右幅桥台族(包含桩基和桥台上部构件)；③预制空心板梁；④橡胶支座；⑤桥梁伸缩缝；⑥墙式护栏；⑦防眩板等。桥梁族库见图2。

图2 桥梁族库

族库开发后根据各构件的特征点或定位点放置构件。桥面铺装层使用楼板创建，创建后在铺装层上放置护栏、防眩板等附属设施。

4.4 交通附属设施族库开发

创建交通附属设施族库：①常规两波波形护栏；②三波波形护栏；③百米桩；④里程桩；⑤道路标识标牌(限载标牌、桥标牌、道路指引标牌)；⑥路灯等。交通附属设施族库图见图3。

图3 交通附属设施族库

4.5 模型整合

在Revit软件里导入并放置道路实体模型、放置附属设施模型，并调整材质设置和显示样式，完成整个模型的创建工作。整合后的路段模型见图4。

图4 路段模型

经整合后的BIM模型包含公路工程各专业的BIM模型构件，可在此基础上进一步开发基于BIM技术的公路养护管理系统、开展科学养护管理和决策，能够满足公路养护管理人员的工作要求。

5 结论

1) 既有公路BIM模型建模与新建公路BIM建模有较大差异，BIM模型构件拆分时除应考虑功能或结构体系、结构属性、材料类型、力学性质等因素外，还应着重考虑养护阶段的实际需求。

2) 建筑行业的5层编码体系(表代码、大类代码、中类代码、小类代码、细类代码)无法满足既有公路BIM模型拆分及养护阶段BIM应用的实际需求，建议既有公路的编码结构体系应在“细类层级”后增加“细目层级”，从5层扩展到6层。

3) 目前国内外尚无专门针对公路工程建模的BIM软件，因此在既有公路BIM模型的建立过程中，建议利用不同建模软件的优势，采用“分别建模，统一整合”的方法进行建模，建模结果能够满足养护应用场景与BIM技术进一步融合开发应用的要求。