市政道路工程BIM设计方案比选

2021-10-23余鹏，谷健，余露

工程技术研究 2021年15期

余鹏，谷健，余露

中国市政工程西南设计研究总院有限公司，四川成都 610000

市政工程是包含建筑业的城市道路、桥梁、地铁、各种管线的专业工程。如今建筑业的技术整体架构都在从2D图纸迈入3D模型，市政工程也是如此。BIM技术又称为建筑信息模型，它可以将建筑的设计、施工等各种信息整合于信息数据库中，并实现协同工作，提高效率、节省资源，以实现施工可持续发展。目前，BIM技术这种新兴技术给许多传统土木工程行业带来了许多革命式的改变。对于工程生命周期的各个方面，由原来的信息不对等，逐步过渡到如今的信息透明化。

1 BIM的特点

我国《建筑信息模型应用统一标准》（GB/T 51212—2016）对于BIM的定义主要强调的是工程项目在全生命周期中对于功能和物理特性的信息化表达，并且依照这种表达形式进行设计、施工、运营、管理的全过程。市政道路设计行业的主要难点有涉及专业繁杂，强调整体性；在城市中进行施工，施工环境复杂；立交等项目设计难度大，不易表达清楚。然而BIM技术的协调整合功能、可视化特点及模块式的设计理念等特点恰好是解决这些难点所需要的。

2 BIM在市政道路工程中的设计优势

通过运用BIM技术，市政道路的设计效率和设计质量得到了明显提高。笔者总结出了BIM在市政道路工程设计中的三大优势，分别是BIM模型的完备性、信息之间的关联性，以及可视化特性。

2.1 BIM模型的完备性

通过BIM技术建立的三维市政道路设计模型内容涵盖范围相当全面，不仅包含线路工程和路基路面工程两大专业的物理几何工程信息，同时还涵盖工程造价信息、施工工艺和进度管理等信息，对比传统的设计理念更具整体性和完备性。

2.2 信息之间的关联性

BIM技术在设计的各个阶段的应用是有密切关联的，上一设计阶段的BIM模型往往是下一设计阶段的设计基础，即使设计的某一阶段出现很大变动，其他不同阶段与之对应的信息也会随之自动变更，并重新形成新的关联。这就从侧面减少了设计人员的工作负担，同时提高了整体设计上的容错率。

2.3 可视化特性

BIM与传统CAD的二维设计方式最直观的区别就是BIM模型的可视化特性，这也是BIM技术较CAD技术更加适合于市政道路设计领域的重要特点。BIM技术的主要设计理念是注重对信息的掌控，关注性能、质量和效益。它主要以模型为载体，以工程信息为中心，数据集中储存在模型中，因此BIM能够直观表达复杂的形体，大幅度优化交流协调过程。

此外，还可以通过增加时间维度的方式将3D信息模型整合成4D模型，进而加入造价成本的维度，整合成5D模型，在众多包含工期、造价信息的模型方案中比选出最合适的方案。

3 实际工程的BIM软件比选

3.1 工程概况

顺河路道路位于成都市郫都区郫筒街道，道路建设场地西临郫温路，东接蜀信西路，北临中信大道，南接蜀信路一段，道路呈东西走向。道路现状为农田等未开发地块，规划为住宅、绿地等。

此次设计根据规划道路红线开展道路设计工作。工程为城市次干道，道路全长892.656m，设计实施长度为862.267m，道路规划红线宽度为24m，两侧设人行道，人行道宽度为3m。

场地位于成都市郫都区郫筒镇，道路起点与郫温路相交，道路终点与蜀信西路相交，东临拟建的郫都区人民医院，交通便捷。场内地形平坦，各孔口相对高程在557.04～564.37m。地貌单元岷江水系Ⅰ级阶地。研究的内容为k0+000～k0+354.221段道路工程设计部分。

3.2 市政BIM软件与比选

市政BIM软件市场有几十款之多，文章主要介绍较为常见的BIM设计软件。

Autodesk公司的Revit是目前熟知度最广泛的BIM软件，它最初是用于解决民用建筑的BIM建模问题，被Autodesk公司收购后拓展了许多其他的模块，Revit的强大族库功能常常被用来进行企业级的数据库二次开发。在市政领域，Autodesk公司开发了Civil 3D、Infraworks等BIM软件。Autodesk公司开发的BIM软件之间能够相互协调，通常在设计中联合使用，被称为BIM设计的A方案。

Bentley公司的软件产品也同Autodesk公司一般，讲究软件之间的协同性，但不同的是，Bentley所有软件都是基于Microstation进行二次开发的产物，软件也需要联合使用，故被称为B方案。

Dassault公司的CATIA软件在机械设计中有十分重大的影响，但在工程建设中的信息输入输出对接能力稍差，主要用于土木工程结构中的各种异性构件的创建上，另外CATIA在桥梁工程中有出色的表现。

国内的BIM软件中代表是鸿业软件，但是鸿业BIM软件主要是整合到上述Autodesk软件中进行二次开发得到的开源软件。

下面从众多的BIM软件中挑选出2款软件，比较后选出较为合适的一款作为市政行业BIM的推荐软件。

（1）A方案。Autodesk的系列软件普遍偏向于民用房屋建筑，Autodesk公司的BIM软件与CAD有很多相似之处，容易上手，因此Autodesk公司的BIM软件为中小企业所青睐，它有投入较少、回报较快的优势。对于该工程而言，Revit平台本身难以单独进行设计，需要结合其他软件辅助建模。首先将初步设计资料导入Civil 3D软件，通过Civil 3D软件建立地质地形模型及道路的平纵横三维线性，然后将得到的结果在Revit中输出为地质模型，同时借助Dynamo进行路面路基等专业的细部的参数化设计，由于受到软件本身的限制，用此方案生成的模型没办法显示道路交叉、立交的实际情况，并且在道路某些特殊位置（比如道路和桥梁相接处、有涵洞穿过的位置等）都没有办法进行有效的处理，只能借助Dynamo的参数化构件编程的方式进行建模。具体操作流程图如图1所示。

图1 基于A方案的道路设计流程

（2）B方案。Bentley的系列软件是比较综合的针对不同行业的软件大类，而且针对的主要是较为繁杂的工程，其特点是不仅仅强调设计某一个部门，而是强调整体性，常为大型企业所采用。类似企业对软件的要求是支持大量人员同时对于某项工程进行设计，且信息交流达到无缝无损，要求能够支持大文件。因此，Bentley的目标用户突出各个部门之间的协调，每个部门都能够高效顺利地完成自己的部分，而不是在乎工作成本。对于该工程而言，B方案相对较为简单，只需要用到OpenRoad软件即可，首先将初设阶段的高程点控制信息导入软件，即可自动生成空间三维三角高程网，然后提取出道路中心线处的自然标高，之后通过初步设计阶段的纵断面坡度数据和竖曲线要素进行拉坡设计。道路横断面设计则是通过按照设计需要，提前设计标准路基、路堑横断面参数，通过线路中心线的空间位置及三维地形，自动生成道路横断面模型。这一点对比A方案较为复杂的可视化建模的方式进行路面设计显得更加合理。由B方案生成的路基、路面断面图如图2所示。

图2 OpenRoad软件道路路基路面设计

由上述对比可知，就大项目支持能力而言，相关参数的修改会导致Revit产生的信息体量呈几何倍数增长，信息量大。Bentley根据各专业实际需求设置关联参数，只保留本专业必要的关联性，从而产生较少数据量。相比之下，Bentley对大项目支持能力更胜一筹。就软件互通性而言，Revit和AutoCAD虽然同属Autodesk公司，但它们从软件架构到数据格式，都有很大区别。Bentley坚持在Microstation的基础上开发BIM软件，利用Microstation的图形功能，针对不同行业不同专业甚至不同阶段，开发不同的功能预制相应的构件，真正做到了“图形平台统一，数据格式统一，软件架构统一”。不同软件数据不需要转换，最高级的软件交互就是不用交互。

综合对比来说，B方案更加适应市政工程本身的特点，因此从客观上来说，B方案选为市政行业的BIM软件是十分合适的。但是B方案本身也是有缺陷的，主要体现在中国本土化程度不高。