基于路易2020的道路BIM正向设计应用研究

2022-03-18邹俊杰

交通科技与管理 2022年4期

关键词：道路

邹俊杰

关键词道路;BIM;正向设计;路易2020

中图分类号 TU17 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）04-0007-03

0 引言

隨着道路运输的快速发展，传统道路工程暴露出信息传递效果差、生产及管理效率低的问题[1]，因此在道路工程中应用BIM技术解决问题具有相当广泛的应用前景。建筑信息模型（BIM），是一种工程数据模型。它基于三维数字技术，集成了建筑工程项目的各种相关信息[2]。从提出到现在已经数十年，经历过萌芽、生成和发展三个阶段。由于BIM具有可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性五大特点[3]，目前BIM概念在建筑领域已深入人心，发展异常迅猛，在我国越来越多的基础设施类建设工程中也开始逐步应用。

在全球市场竞争日趋白热化的大背景下，传统CAD技术已经明显跟不上时代的发展步伐，而应用BIM技术为道路设计开展一条新途径，将会成为未来主流的发展方向[4]。BIM作为引导交通行业走向信息化的一种高层次技术，能促进设计阶段乃至整个项目周期的效率大大提升，质量也能得到保证，成本大幅度降低。

1 BIM平台

BIM目前的发展存在各种各样的问题，从未来的发展方向来看，随着计算机技术的发展、国家政策、行业标准的完善以及工程案例经验的增加，BIM技术必将走向成熟，为大众所接纳，完成一次新的设计革命[5]。由此可见，利用提出基于BIM的道路正向设计更具有创新价值，对于创造社会效益具有重要意义。当下，在国外主要有Autodesk、Bentley等BIM平台，国内有路易、公路工程设计BIM系统等BIM平台。目前已有单位和个人利用成型的BIM软件不断进行国内本地化的二次开发。随着BIM软件在功能方面和本地化开发的不断完善，BIM技术将产生更大效益。

基于上述发展趋势，广联达等软件商也意识到二维的设计并不符合今后的发展趋势，目前正在大力研发三维设计功能，广联达鸿业软件商宣传三维设计功能为“鸿业BIM”。纬地软件商基于数模技术和虚拟现实技术实现了一套路、桥、隧、涵、墙、土方、仿真、交通、地质多专业集成的三维CAD解决方案，称为“纬地BIM”。

该文以某二级公路项目为例，使用广联达鸿业路易2020作为BIM建模平台，进行道路BIM正向设计。路易2020符合国内设计师的使用习惯，其拥有道路BIM设计、道路施工图设计、交通设施设计三个部分。道路BIM设计的设计过程即建模过程，将二维与三维设计习惯相结合，学习成本大幅降低，能轻松创建三维道路模型;施工图设计在传统施工图软件功能的基础上，结合新需求，对出图功能进行重新设计，丰富的可配置项加上灵活简便的调整方式能够满足众多设计院的出图要求;交通设施设计可以快速设计完成交通设施并进行三维建模。

2 道路三维数字化地形创建

三维数字化地形，即设计范围内地表的三维几何表示。是应用路易2020进行三维道路设计的基础，也为道路平纵横设计、工程量计算等提供了数据源。当三维数字化地形图发生变更时，由于路易2020参数驱动、约束联动[6]的工作机制，路易会根据平面路线自动更新与之联动的自然纵断面、边坡、路基横断面等对象。

路易2020创建三维数字化地形可利用多种渠道和数据源。一是可通过联机地图在线下载项目所在地的卫星图片和DWG地形图;二是利用勘测所得项目所在地DWG地形图;三是勘测所得项目所在地地形数据文件。路易2020在创建三维数字化地形时，会自动分析地形数据源，利用空间上距离最近的高程点进行Delaunay（德洛内）三角剖分来创建三角网，然后以此构建三维数字化地形[7]。河流、建筑等地貌在BIM技术的支持下，可在三维数字化地形中真实还原出来，为后续的工程设计提供可靠的资料。

路易2020对三维数字化地形具有丰富的分析计算功能。例如可通过2D平面图-图片（以光栅图像方式绘制高程彩色图）、2D平面图-填充（以平面填充绘制高程彩色图）、3D高程图（以三维面绘制高程彩色图）3种方式进行高程分析，如图1所示。

3.1 平面设计

道路的平面线形是公路三维线形在水平面的投影。一般采用导线法和曲线法对道路平面线形进行设计。而在路易2020中主要采用导线法、曲线法、单元接线法3种方法进行平面路线设计。

该文采用导线法和曲线法相结合的方式，来对路线平面线形进行设计。在简单线形段利用导线法快速确定线位，在复杂线形段利用曲线法灵活布线。以此扬长避短，充分利用两种方法的优点，提高设计效率。通过上述方法完成项目平面设计，如图2所示。

当项目的平面线形设计完成后，接着进行的路线的纵断面设计。路易2020中纵断面线形设计分为两个步骤：一是根据之前创建的地形曲面来生成自然纵断面，二是利用纵断面设计工具来创建设计纵断面。

在路易2020中，“纵断拉坡设计”多视口窗口分为平面视图区、纵断视图区、横断视图区三个部分。平面视图区主要作用是显示平面道路信息、对应纵断拉坡位置以及在拉坡后在该区域显示各变坡点的各项数据，包括变坡点等数据、竖曲线半径、前直线长、前坡、后直线长、后坡、外距、切线长、竖曲线长。可以在列表中直接修改上述各项数据。在设置中勾选规范检查后，对不符合规范的数据，将在列表中红显。纵断视图区主要作用是显示纵断拉坡图信息，通过纵断面拉坡工具，结合工程经验创建设计纵断面。横断视图区显示道路横断信息。包括桩号、版块、自然地面线、标高等信息。首行默认窗口在进行动态拉坡时会实时更新为拉坡点横断信息。通过添加按钮可添加道路多个位置的监视桩，如图3所示。

在设计纵断面完成后，可通过路易2020的纵断面规范检查和检查模块对完成的设计纵断面进行检查，不符合的需要对设计纵断面进行调整直至完全符合。

4 超高加宽设计

路易2020内置依托于国内设计规范的超高计算功能。在路易2020道路工具栏中选中“道路超高与加宽”。在超高窗口中完成平曲线超高设计。路易2020内置依托于国内设计规范的加宽计算功能，前面同超高的流程进入到加宽设计界面，根据路线中定义的圆曲线半径、设计车长（轴距+前悬挂），以及横断中定义的板块和车道数据，加上指定的加宽方式、加宽方向、套用规范或者指定计算条件分别计算每车道板块的加宽数据。

5 横断面设计及装配

道路横断面装配是由一组部件（如行车道部件、人行道部件、边坡部件等）按照一定的逻辑组装后的部件集合[8]。

在路易2020中，组件是装配的基础，是道路建模的基本构成。不同的组件方案构成不同的横断面。路易2020中有许多预设组件，方便用户根据实际工程项目进行修改，提高设计效率。与此同时，在将组件方案装配到三维道路模型的过程中，需要设置逻辑条件使得组件方案能在不同横断面上灵活布置。然而预设组件一般不能很好地满足项目需求。此时，路易2020提供组建方案管理模块来创建自定义组件方案。自定义组件方案中包含板块方案、边坡方案等。在确定路基标准横断面后，对路基横断面分别进行组件方案设计。

综上，在路易2020中可以通过两种方式创建装配。一种是通过路易2020组建方案管理里已有的组件方案来进行装配。第二种方式是在新建项目时，通过已有装配创建或直接新建方案，在此基础上按所需内容装配成编辑符合要求的横断面，如图4所示。

6 三维道路模型创建

在路易2020工具栏中点击创建道路命令，弹出“创建道路”对话框。该命令可以单独创建路线，也可以直接创建出带道路全属性的模型。选择了“道路装配”后确定自定义组件方案或者已有组建方案，选择需要创建三维模型的路线，同时确定地形曲面，根据之前确定下来的平纵横数据，路易2020会沿着路线平、纵方向要素线，将设置好的组件根据逻辑规则布设路基横断面，形成三维带状实体，完成公路三维模型的构建，如图5所示。

该文深入研究了BIM技术在道路三维设计中的应用，总结出基于BIM技术设计道路的流程。流程涵盖三维数字化地形的创建及分析、道路平纵横设计、超高加宽设计、自定义组件方案创建、三维道路模型创建。研究内容如下：

（1）研究基于路易2020的三维数字化地形创建与分析。

（2）研究对导线法和曲线法去芜存菁完成道路平面路线设计，并利用路易2020 BIM特性在纵断面设计中充分考虑了路线平面和路基横断面。

（3）研究基于路易2020的BIM模型创建方法，及平、纵、横与三维数字化地形自动关联更新。

同时，在明确了道路BIM正向设计理念和方法之外，还考虑到道路工程除平纵横设计，桥涵等结构物的设计需要更深入研究，希望后来者创建更完善的道路BIM设计平台。

参考文献

[1]交通运输部. 2018年交通运输行业发展统计公报[R]. 2019.

[2]崔敏. 浅谈基于参数化BIM建筑设计技术及其优势[J]. 建筑工程技术与设计， 2015（4）： 236.

[3]王晨. 市政路桥设计中BIM技术的应用研究[J]. 商品与质量， 2018（42）： 87.

[4]高子尧. 长韶娄高速公路起点段线形方案比选及BIM技术应用[D]. 长沙：长沙理工大学， 2017.

[5]吴琼洁，王曙光. BIM技术应用现状及思考[J]. 现代食品， 2019（22）： 7-12+19.

[6]刘国图，周淼，郭腾峰. 基于道路信息模型（RIM）技术的三维涵洞CAD系统研究与开发[C]. 中国公路学会计算机应用分会2010年学术年会， 2010.