李凌宇 蔣明敏 閆亞光 左詠梅

Road Visual Application Based on BIM Model

LI Ling-yu JIANG Ming-min;

YAN Ya-guang ZUO Yong-mei

摘要：本文為了深化BIM在工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用，應(yīng)用Civil3d與Infraworks等其他軟件搭建平臺(tái)，針對(duì)BIM可視化在道路的應(yīng)用進(jìn)行建模。本文提出的新型可視化協(xié)同設(shè)計(jì)方法對(duì)于招投標(biāo)階段更直觀的觀看模型，以及設(shè)計(jì)階段節(jié)約設(shè)計(jì)成本，減少了設(shè)計(jì)時(shí)間，減少返工時(shí)間節(jié)省資源控制成本，為山區(qū)路橋可視化協(xié)同設(shè)計(jì)提供了有效的技術(shù)支撐。

Abstract： In order to deepen BIM's application in the engineering project design phase， other software platforms such as Civil3d and Infraworks are used to model the application of BIM visualization in the road. The new visual collaborative design method proposed in this paper provides an effective technical support for the visual collaborative design of mountain road bridge to save design cost， reduce design time， reduce the cost of resource control， and provide effective technical support for the visual collaborative design of mountain road bridge.

關(guān)鍵詞：BIM;建模;可視化;協(xié)同設(shè)計(jì)

Key words： BIM;modeling;visualization;collaborative design

中圖分類號(hào)：TU17? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2019）32-0203-02

0? 引言

作為現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，BIM技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用給高速公路建設(shè)帶來(lái)了深刻改變，伴隨著BIM技術(shù)應(yīng)用的不斷深入與發(fā)展，BIM技術(shù)也在不斷的完善。

BIM（Building information modeling）簡(jiǎn)稱是建筑信息模型，以三維信息技術(shù)為基礎(chǔ)，是集成項(xiàng)目各個(gè)階段的相關(guān)信息于一體的三維信息模型，便于工程各方參與試用，并以該為模型為基礎(chǔ)進(jìn)行項(xiàng)目規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)管理形象直觀的展示了項(xiàng)目的設(shè)計(jì)效果，模擬施工流程，施工可視化，使得項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工、管理、運(yùn)營(yíng)、維護(hù)都在可視化狀態(tài)下進(jìn)行，提高了工程效率和質(zhì)量，減少了設(shè)計(jì)時(shí)間，減少返工時(shí)間，控制成本[1]。它所推崇的協(xié)同設(shè)計(jì)是指：項(xiàng)目開展初期通過(guò)各個(gè)參與方的介入，在這個(gè)平臺(tái)不斷修改與完善設(shè)計(jì)，并達(dá)到各方都認(rèn)同的最合理方案。

1? BIM技術(shù)的發(fā)展

三維BIM（BIM-3D）模型集成了建筑工程項(xiàng)目所有的幾何、物理、功能和性能的信息是以三維信息技術(shù)為基礎(chǔ)。綜合建筑工程項(xiàng)目的各種相關(guān)信息建立的數(shù)據(jù)模型，對(duì)建筑工程項(xiàng)目的實(shí)體與功能進(jìn)行可視化、數(shù)字化展示。四維BIM（BIM-4D）則是在三維BIM的基礎(chǔ)上加上了時(shí)間這個(gè)維度使得靜態(tài)的模型可隨時(shí)間的流動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)的研究。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，增加變更索賠的可行性，提供成本信息、合同管理信息和合同預(yù)警信息，減少因合同管理錯(cuò)誤導(dǎo)致成本控制失誤和利益損失的可能性。避免不必要的人力、物力浪費(fèi)。

BIM技術(shù)貫穿工程項(xiàng)目的各個(gè)階段，是建筑全生命周期的樞紐，同時(shí)BIM技術(shù)的所搭載的各種軟件，是建筑各個(gè)階段不同專業(yè)搭建三維協(xié)同可視化平臺(tái)。Golparvar-fard，mani[2]等人，將BIM技術(shù)與影像技術(shù)相結(jié)合，將三維可視化模擬的最優(yōu)成果作為實(shí)際施工的指導(dǎo)依據(jù)。Lapierre.A、Cote.P[3]等人提出了數(shù)字化城市的構(gòu)想，認(rèn)為實(shí)現(xiàn)數(shù)字化城市的關(guān)鍵在于能否將BIM技術(shù)與地理信息系統(tǒng)GIS（Geographic Information System）相結(jié)合。Brian Gilligan，John KunzBrian Gilligan，John Kunz等人在研究建筑虛擬設(shè)計(jì)建造技術(shù)在歐洲領(lǐng)域市場(chǎng)的應(yīng)用時(shí)，發(fā)現(xiàn)工程項(xiàng)目在實(shí)施中，技術(shù)組織上還存在一定的問(wèn)題。

2? BIM技術(shù)在高速公路可視化方向的優(yōu)勢(shì)

在BIM技術(shù)的支持下，建立各種三維模型，有利于實(shí)現(xiàn)建筑對(duì)象的三維顯示。這種鮮明的 “逼真”效果可以模擬施工前的成品，更有利于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題進(jìn)而對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。

在以往的施工過(guò)程中，一般以“二維”CAD平面施工圖為指導(dǎo)，缺乏施工項(xiàng)目的立體感和直觀性，尤其是圖紙容易被省略和設(shè)計(jì)不當(dāng)。從而在后續(xù)的施工中造成返工或變更施工，對(duì)工程造成無(wú)謂的損失。在今后由于BIM技術(shù)的引入，不僅可以通過(guò)三維圖形直觀地表達(dá)設(shè)計(jì)成果，還可以數(shù)字化地表達(dá)建筑構(gòu)件的物理結(jié)構(gòu)和功能特征。BIM模型可視化可以將一個(gè)接近三維虛擬模型的建筑在人們眼前可視化[4]。

Civil3d與Infraworks的可視化協(xié)同設(shè)計(jì)：

由于Civil3d在地形設(shè)計(jì)方面比其他軟件更好一些，可以利用地形的等高線創(chuàng)建地形曲面，此外Civil3d的各對(duì)象之間是動(dòng)態(tài)聯(lián)系的，修改一點(diǎn)與之相關(guān)的等高線和縱斷面都會(huì)自動(dòng)更改，因此選用Civil3d軟件。

Infraworks在道路橋梁的信息表達(dá)上相對(duì)于其他軟件具有操作難度低、與場(chǎng)地貼合可以，并可以放置斑馬線，燈，車輛，河流樹木等裝飾物，因此選用Infraworks軟件。

3? BIM技術(shù)在高速公路可視化設(shè)計(jì)的實(shí)際應(yīng)用

3.1 Civil3d創(chuàng)建三維數(shù)字化地形

以實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目周邊地形三維可視化為目標(biāo)，首先要利用測(cè)繪單位所提供的高程數(shù)據(jù)（等高線），生成地形。將測(cè)繪單位給的數(shù)據(jù)提出等高線，利用Civil3d中可以用等高線創(chuàng)建三角形地形曲面的功能。創(chuàng)建地形曲面。利用對(duì)象查看器，可以查看地形曲面，除去不符合實(shí)際高程范圍的點(diǎn)，重新生成新的符合實(shí)際地形的地形曲面。

創(chuàng)建路線。選擇路線創(chuàng)建工具，更改路線名稱，路線樣式改為道路中線。根據(jù)圖紙采用交點(diǎn)法畫出高速公路的中線。選擇路線布局工具，將所給的交點(diǎn)坐標(biāo)輸入到鍵入命令框。然后選擇添加自由緩和曲線，改變緩和曲線類型為BOSS型，選擇相應(yīng)的圖元與之對(duì)應(yīng)的半徑、前緩和曲線和后緩和曲線。

創(chuàng)建道路縱斷面。選中我們創(chuàng)建好的道路中線，選擇曲面縱斷面圖，將地形曲面添加到縱斷面列表，然后選擇在縱斷面圖中繪制，至此，創(chuàng)建完成地形縱斷面。選擇縱斷面創(chuàng)建工具，在布局工具中，根據(jù)圖紙創(chuàng)建變坡點(diǎn)，修改所對(duì)應(yīng)的變坡點(diǎn)樁號(hào)和高程并修改半徑，至此高速公路縱斷面圖完成。

偏移路線和過(guò)渡段的建立。如圖1，選中道路，選擇偏移路線修改偏移量與路線樣式，根據(jù)圖紙創(chuàng)建我們的偏移路線。選擇要加寬的路線，設(shè)置加寬區(qū)域與加框參數(shù)。

創(chuàng)建裝配。修改裝配名稱與裝配類型，根據(jù)圖紙選擇相應(yīng)的裝配構(gòu)件，并修改部件特性，車道名稱、寬度、坡度及其代碼進(jìn)行修改。

創(chuàng)建道路。選擇我們的高速公路中線，選擇道路。修改縱斷面、裝配及目標(biāo)曲面，修改起點(diǎn)樁號(hào)與終點(diǎn)樁號(hào)、頻率及目標(biāo)映射。

道路曲面的創(chuàng)立。因?yàn)槊恳粋€(gè)道路都要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)道路曲面，將指定代碼添加到道路曲面中，之后將要素線的代碼添加到道路曲面中，最后創(chuàng)建道路邊界和渲染材質(zhì)。

最后將道路曲面和地形曲面粘合生成新的曲面，如圖2所示，輸出IMX（曲面文件）與SDF（道路線文件）文件。

3.2 Autodesk Infraworks可視化設(shè)計(jì)

打開Infraworks，點(diǎn)擊模型生成器，截取我們要的大致范圍，生成地形，將IMX文件導(dǎo)入進(jìn)去，選擇xian80坐標(biāo)系。

選擇相應(yīng)的樣式模板，如果沒有符合我們的樣式模板，我們可以自行創(chuàng)建。最后我們可以添加相應(yīng)的車輛，使其效果更佳逼真，還可以制作巡游視頻，以達(dá)到展示成果的效果。

4? 結(jié)論與展望

本文以Civil3d建模軟件為基礎(chǔ)，聯(lián)合Infraworks軟件進(jìn)行了可視化協(xié)同設(shè)計(jì)：利用Civil3d中等高線生成地形曲面，創(chuàng)建出項(xiàng)目精確定位的三維地形曲面。最后將模型導(dǎo)入Infraworks完成了工程外部可視化協(xié)同設(shè)計(jì)[5]。

實(shí)現(xiàn)了Civil3d Infraworks的新型可視化設(shè)計(jì)方法，使得設(shè)計(jì)人員可以更加快捷，精確地完成設(shè)計(jì)及后期優(yōu)化，縮短設(shè)計(jì)周期，減少返工節(jié)約成本。

本文聚焦于可視化協(xié)同設(shè)計(jì)研究，實(shí)際案例主要圍繞前期建模、規(guī)劃展開，基于BIM可視化施工。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊騏麟，文志彬，楊萬(wàn)理，吳龍旺，王寧，王廣俊.一種基于BIM的可視化協(xié)同設(shè)計(jì)新方法[A].第二屆全國(guó)BIM學(xué)術(shù)會(huì)議文集.廣州.2016.

[2]楊東旭.基于BIM技術(shù)的施工可視化應(yīng)用研究[D].2013.

[3]鄧?yán)誓?，馬晉超，郭亮，黃曉霞，羅日生.基于BIM模型的可視化仿真應(yīng)用[J].廣西科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2016.

[4]蘇偉勝.淺析BIM技術(shù)在高速公路項(xiàng)目管理中的應(yīng)用[A].行業(yè)管理，2017.

[5]從俊林.BIM技術(shù)在橋梁施工階段的可視化應(yīng)用[J].2018.

作者簡(jiǎn)介：李凌宇（1993-），男，河北石家莊人，研究生，研究方向?yàn)榉罏?zāi)減災(zāi)。