基于BIM技术的道路三维联动设计方法探究

2020-11-23

中国公路 2020年21期

（中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉 430063）

随着BIM技术的发展，BIM概念也逐渐从建筑行业延伸至交通运输领域，交通运输部办公厅印发的《关于推进公路水运工程BIM技术应用的指导意见》要求，工程设计单位应加强BIM技术研发和技术培训，鼓励设计人员广泛应用BIM技术，提升BIM技术软硬件开发应用水平，加快形成以BIM数据方式提交设计成果的能力。本文结合工程设计和软件技术研究工作，提出基于BIM技术的道路三维联动设计方法。

一、基于BIM技术的道路三维联动设计技术路线

图1 基于BIM技术的道路三维联动设计思路

基于道路工程具有线形工程及与地形密切关联的特点，紧密结合设计师传统的设计习惯，基于BIM的设计思想，将道路几何设计过程演变成为一个道路三维建模的过程。具体思路为基于数字地面模型创建一系列包含智能动态数据的实体对象，例如：“道路中线”实体、“拉坡图”实体、“竖曲线”实体、“路基模板”和“边坡模板”实体等。通过设定这些智能实体之间的关联，使得方案改动之后自动更新，同时快速有效地同步生成三维可视化的模型视图，最终实现自动生成道路模型实体，并且方便的输出符合各项规范的二维图纸，实现道路二维出图与三维模型生成的统一，基于BIM技术的道路三维联动设计思路，如图1所示。

二、基于BIM技术的道路平纵横三维联动设计方法

针对线路工程特点，以路基为工程实体单元，通过道路平面、纵断面、横断面参数化分解，进行道路三维参数化设计，并建立道路设计要素间的关联关系，实现三维联动设计，构建道路信息模型。

（一）智能化“道路中线”实体

基于智能化的“道路中线”自定义实体，设计师可以直接拖拽道路中线实体上的各个夹点，以修改交点位置、圆曲线半径、缓和曲线长度、切线长和外距等设计参数，操作过程所见即所得。“道路中线”实体修改完成后，系统会按指定的起点桩号，自动进行桩号推算，更新桩号标注、平曲线特征点和设计参数的标注，无需另行标注路线。设计者可以为“道路中线”实体指定一个数模，在平面设计修改的过程中，系统能够实时联动地切割数模，以及时检查道路纵地线和横地线的情况。

（二）智能化“拉坡图”实体与“竖曲线”实体

纵断面设计基于“拉坡图”和“竖曲线”两个自定义实体完成。“拉坡图”实体中包含了纵断面地面线、拉坡控制点、平曲线示意图、高程标尺等内容；“竖曲线”实体包含了变坡点、直坡线、竖曲线、监视断面和参数标注等内容，如图2所示。

图2 智能“拉坡图”实体与“竖曲线”实体

“拉坡图”实体与数模关联，实时进行纵地线切割和更新。“拉坡图”中的平曲线示意图实时与“道路中线”关联，一旦道路中线发生修改，平曲线示意图会立即更新。

设计师基于“拉坡图”进行竖曲线设计。在各控制点的约束下，动态布设竖曲线。

（三）智能化“路基模板”实体与“边坡模板”实体

灵活多变的“路基模板”实体与“边坡模板”实体是横断面设计的基础。“路基模板”由一组彼此相连的路基部件组成，基本的路基部件包括分隔带、行车道、硬路肩、土路肩、非机动车道、人行道等。用户也可以自行定义和拓展路基部件。

图3 “边坡模板”实体的可视化编辑

程序采用“边坡模板”控制横断面的边坡戴帽设计。“边坡模板”实体由一组彼此相连的边坡线段组成，基本的边坡段包括：填方边坡、挖方边坡、护坡道、碎落台和边沟等，如图3所示。“边坡模板”的终点控制条件能够开展更为智能和更加复杂的逻辑判断，从而大大减少戴帽所需的模板数量。

（四）道路信息模型实体

利用各类智能实体功能，通过数字地面模型模块进行数据提取和导入及高速构网，为设计提供一个数字化三维地形平台，实现能够沿道路纵向、横向和任意斜向，剖切地形。然后按照线路工程特点，创建路中线、纵断面信息智能实体，与数字地面模型无缝衔接，实现道路中线平纵联动设计，创建道路中线立体线形实体。最后基于“道路中线”实体，装配路基和边坡装配模板等智能化实体，建立可视化的道路信息模型智能实体，这些智能实体从不同维度描述和记录设计方案所包含的信息，集成和装配为一个道路信息模型三维实体。如图4所示。由于道路信息模型信息之间的关联性，设计者可以快速地完成方案设计修改和自动更新，所有的设计信息保存在“道路信息模型”实体中，不依赖任何外部数据文件，实现将道路设计过程演变成为一个创建道路三维模型的过程，自动创建道路信息模型三维实体，实现道路路线专业自动出图，同时为其他专业设计提供基础信息。