基于路易+Infraworks的市政道路BIM建模与集成方法研究

林国登

(上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司，上海 200092)

1 引言

传统方法道路设计采用CAD方式，一张图纸承载了道路设计中的所有的信息，错综复杂的线段、满眼的符号，让非专业人员尤其是业主很难理解，造成沟通障碍。通过BIM技术可以将项目整体信息和真实场景直观地展现给各参与方[1]。

市政道路工程设计前期阶段主要包括项目建议书段、投标、方案、初设。设计前期阶段道路总体方案是一个反复调整的过程，设计前期深度不足，基于二维资料及成果很难研究出最优方案，通过BIM多专业集成可视化模型，设计人员能够及时直观地了解清楚设计成果与周边构造物、控制点的关系，从而更加高效地设计出最优方案。这就要求BIM人员尽可能地与设计进度同步创建BIM模型，即快速建模。

目前，主流BIM应用软件有Autodesk Revit系列、Benetly Building系列，以及Dassault的CATIA[2]，这三大主流BIM应用软件各自均有道路建模的软件，而建模操作难度大及建模速度慢是共同存在的问题，较难满足市政道路工程设计前期快速建模的需求。

鸿业路易软件支持市政道路、公路、互通立交设计，软件将二维与三维设计的习惯相结合，强调设计过程即建模过程，在不改变既有设计习惯的条件下，快速创建道路模型，同时软件还提供了各分类组件的自动化方案，通过程序轻松快速完成建模工作。

2 设计前期阶段BIM应用特点

市政道路工程设计前期阶段主要目的是确定建设方案，建设方案一般研究步骤如图1所示。

该时期BIM需要将影响建设方案的所有条件均建模或者用其它形式表达出来，用于辅助设计人员进行方案研究及辅助业主快速理解总体方案和决策。需要建的模型一般包括现状环境模型、设计模型、规划模型、辅助模型。各分项模型中包含的模型如表1所示。

表1 分项模型所包含模型

图1 建设方案研究步骤

设计前期阶段所建的模型精度要求相对较低，一般满足设计方案表达即可。为了最优的建设方案，将实景模型或3DGIS和多专业模型综合集成进行设计校核及查验，同时进行项目范围内的景观绿化等环境设计并直观地进行可视化方案比选[3]，为该阶段的主要BIM应用。所以该阶段BIM应用涉及的专业较多，场景模型丰富，而且要求可视化效果好。

同时，设计前期阶段的总体设计方案会不断地调整的、反复的论证，从而也导致设计模型需要不断的重复建模，而目前BIM作为下游专业，给BIM人员的工作时间往往比较有限，这就要求BIM人员要具备快速建模、模型集成及可视化成果制作的能力。项目案例展示如图2～图7所示。

图2 案例展示

图3 案例展示

图4 案例展示

图5 案例展示

图6 案例展示

图7 案例展示

3 基本工作流程

现阶段BIM人员一般还不具备设计能力，而传统设计人员也不具备BIM能力，故该时期BIM人员与设计人员共存，主要的设计工作还是由传统的设计人员按照传统的设计方法进行设计，而BIM也就只能是辅助设计的角色。

BIM人员作为辅助设计的角色，其主要的职责是利用BIM技术，辅助设计工作开展，提升设计质量。其主要的工作流程一般为：根据项目收集到的资料——建立全专业模型——进行全专业模型集成——可视化呈现。设计内部各个专业间、各参建方之间均可利用基于BIM可视化集成模型对方案进行讨论研究，即利用BIM的可视化与各方进行沟通协调，利用BIM的模拟性，发现设计中存在的不足，并据此进行设计方案的论证和调整，优化和提升设计质量[4]。

设计前期阶段BIM工作流程大致分4个步骤：资料对接——技术路线选择——建模实施——集成及可视化交付。具体流程如图8所示。

图8 基本工作流程

(1)资料对接：资料对接工作主要为资料收集和资料消化，及根据BIM需求收集必要的资料，如合同文本、设计任务书、设计说明、相关图纸等。将收集到的资料进行充分消化，了解建设条件，熟知设计方案，进一步明确BIM需求，核查资料是否齐全，应尽可能地收集相关资料，资料的完整性影响着后面具体实施的工作效率。

(2)技术路线选择：不同的项目其建设条件、主体形式、BIM需求各不相同，即不同的项目可能需要不同的解决方案，需要根据项目实际情况选择合适的技术路线，这个过程可能需要进行一定的技术路线探索。表2举例了部分技术路线供参考，路易建模速度相对较快，故设计前期阶段采用路易为主要建模软件，除此之外，常用的建模软件还有Civil 3D、Bentely、CATIA等，集成软件根据项目的不同需求选择。

(3)建模实施：确定技术路线后，再根据该技术路线检查所收集资料是否完全满足建模要求。资料齐全后，以道路专业为主体(桥梁、隧道可由道路专业进行建模)，其它专业(如管线、管廊、路灯、景观等)配合开展建模工作。

表2 技术路线与功能需求

(4)集成及可视化交付：将各专业模型进行整合集成，并根据需求添加辅助模型，最后按实际需求制作并输出图片、漫游视频、渲染视频、轻量化集成可视化模型等。

4 鸿业路易+Infraworks技术路线

本文以鸿业路易+Infraworks(后文简称路易+AIW)技术路线为例，详细介绍建模实施、集成及可视化交付主要操作流程。图8为本技术路线的基本工作流程。

图9 主要使用软件

由图9可看出，地形、道路、桥梁、隧道、交安设施均可由路易完成建模工作，故当建模精度要求较低时，这些模型应由路易完成建模。在路桥隧及交安设施模型建模完成后，还需要利用路桥隧模型对地形进行剪切。

如勘察单位提供正射影像，则影像一般不需要处理，直接导入Infraworks中完成整合即可； 如没有正射影像，则可利用地图下载器(如水经注、LSV)下载卫星影像，当地形图及其它设计资料为地方坐标系，而地图下载器没有地方坐标系，可在ARCGIS中完成卫星影像与地形的配准，即先按常用坐标系下载卫星影像，再通过控制点匹配完成地形与卫星影像的配准。

配景建筑、水域及用地范围均由Civil 3D对其轮廓进行处理，再导入Infraworks中完成相应模型的创建。而管线、管廊及景观则需专业的软件进行建模，如管线用管立得、管廊用鸿业综合管廊，景观用Sketch Up。其它的结构模型、辅助模型可以根据实际情况采用CAD、Revit或者CATIA进行建模。

下面详细介绍路易+AIW技术路线建模实施、集成及可视化交付主要操作流程，图10为本技术路线的大致流程。

图10 路易+AIW技术路线主要流程

4.1 路易建模及导出

利用路易依次创建地形、路线、设计纵断、道路模型，随后处理道路之间的平立交并创建道路绿化带，再创建桥隧模型，然后进行护栏、边坡、标线等其它模型的创建。绿化带在桥梁和隧道之前创建是因为当桥梁或隧道为分幅时，需要有中央分隔带。最后对地形进行挖洞处理。

模型导出时，地形模型导出为LandXML格式文件，其余模型均导出FBX模型文件。地形导出LandXML格式文件后还需要在Civil 3D中将LandXML文件转为IMX文件供Infraworks中整合使用。在导出FBX模型文件时，需要给一定的偏移量使模型中心尽量靠近原点，因为当模型中心离远点较远时，模型导出会失真。

4.2 Navisworks模型整合

Autodesk Navisworks可以将设计和施工数据整合到单个模型，在施工前发现并解决冲突和干涉问题，整合多个领域的合作数据，以便更好地控制成果，我们可以利用Navisworks模型集成功能进行模型整合，主要目的是将不用软件创建的模型先整合在一起。因为不同的建模软件其坐标系(左手坐标系、右手坐标系)和API可能不一样(Revit API中的长度单位都是统一用英尺)，所以需要先进行转换为统一的坐标系和API。一般情况下在Navisworks中先附加路易的模型文件，后面添加的模型文件都会跟它保持一致，这样子就可以解决坐标系和API的问题。

当然，在Navisworks中我们还可以对模型的材质、位置和方向进行调整，也可以隐藏局部不需要的构件模型、模型分类分组导出等。

4.3 Infraworks模型集成及可视化交付

Infraworks 是一款功能强大的全新设计工具和整合平台软件，可根据项目真实环境极其方便快捷地创建和编辑道路、隔离带、水域、绿化等模型，并可进行交通模拟分析、可视化展示等操作[5]。

在Infraworks中新建项目，新建项目时如果对坐标系没有过高的要求可按默认坐标系即可。整合时，最好先导入地形曲面.imx并进行配置和刷新(配置时坐标系根据项目需求选定)，此时地形曲面就会出现在场景中。导入模型的功能路径：数据源——添加文件数据源(地形为Autodesk IMX、FBX模型为3D model、影像为Raster、建筑、水域、用地红线为SDF)。如图11所示。

Infraworks可以导入三维模型文件(3D model)，可以改变模型大小、位置和方向，但是不能对导入的三维模型进行编辑。

需要注意的是，路易模型导出时给了偏移量，而地形原坐标导出，故配置路易模型时需要给反向的偏移量，将模型移回原坐标(其他软件导出的模型同理)。模型的导入需要配置并刷新，模型才会导入至场景中，配置时个模型文件需选择统一的坐标系。

建筑.sdf文件配置，类型选择“建筑”，如导入的建筑轮廓有标高时，勾选“屋顶海拔高度”，无标高时不勾选并给定一定的屋顶高度，关闭并刷新后，软件自动创建建筑模型，建筑模型的材质贴图可以进行修改； 水域和用地.sdf文件配置时类型均可选择“覆盖区域”，水域的“规则样式”选择水域材质即可。

Infraworks软件也可支持创建一部分模型，如道路、桥梁、隧道等及一些环境模型，为了有较好的可视化效果，一般会在Infraworks进行绿化的种植、水域的描绘，甚至是一些道具的布置。如图12所示。

图11 数据源配置

图12 场景效果图

Infraworks集成完成后，如需要给业主或他人浏览该集成模型，可将该项目文件的文件夹发送给业主或他人。他们可以用Infraworks软件打开查看该集成场景，但不能再对模型文件再进行配置。如图13所示。

图13 图片和动画制作

Infraworks也可以输出高清矢量图和动画视频，动画视频的创建方式也比较丰富。

7 结束语

BIM在市政道路设计前期阶段主要应用为总体方案的可视化表达，通过BIM可视化技术可以对市政设计工程项目进行更直观的预览[6]，设计人员利用BIM的可视化与各方进行沟通协调，利用BIM的模拟性，优化和提升设计质量。设计前期阶段最不稳定的是方案本身，总体设计方案会不断地调整的、反复的论证，需要BIM人员要具备快速建模、模型集成及可视化成果制作的能力。本文结合市政道路设计前期阶段BIM应用需求，梳理该阶段BIM应用特点，对BIM基本工作流程及技术路线进行探究，并以路易+AIW技术路线为例，详细介绍BIM工作实施全流程。

BIM作为建筑工程领域新技术，其在市政工程设计阶段中的应用必将不断的成熟，理想的BIM设计应该是这样一种模式：设计院内各专业在同一个模型上面协同工作，由主体专业创建协同模型，其它各专业在此模型的基础上，对模型进行信息深化，进行各自的专业设计。设计结束后，向业主提供完整的、包含全专业设计内容的综合模型。这个模型里已经实现了可视化设计、协同设计、性能化分析、以及管线综合的相关内容。业主根据设计院提供的BIM模型，向施工及运维方向去延伸，以实现建筑全生命周期的BM能力[7]。

BIM技术提供了全新的设计载体，带来了全新的设计方式[8]，BIM设计技术的应用使得设计质量得到显著提升已经是业界的共识，实现理想的BIM设计是一个长期的过程，而传统设计与BIM设计并存将长期存在。希望本文介绍的技术路线能够在市政工程设计阶段的BIM工作开展中给予BIM人员及传统设计人员一定的帮助。BIM设计必将是未来设计的主流，唯有实现BIM设计为主，二维设计为辅，才能发挥BIM更多的价值。