余 鵬，谷 健，余 露

中國(guó)市政工程西南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，四川 成都 610000

市政工程是包含建筑業(yè)的城市道路、橋梁、地鐵、各種管線的專(zhuān)業(yè)工程。如今建筑業(yè)的技術(shù)整體架構(gòu)都在從2D圖紙邁入3D模型，市政工程也是如此。BIM技術(shù)又稱(chēng)為建筑信息模型，它可以將建筑的設(shè)計(jì)、施工等各種信息整合于信息數(shù)據(jù)庫(kù)中，并實(shí)現(xiàn)協(xié)同工作，提高效率、節(jié)省資源，以實(shí)現(xiàn)施工可持續(xù)發(fā)展。目前，BIM技術(shù)這種新興技術(shù)給許多傳統(tǒng)土木工程行業(yè)帶來(lái)了許多革命式的改變。對(duì)于工程生命周期的各個(gè)方面，由原來(lái)的信息不對(duì)等，逐步過(guò)渡到如今的信息透明化。

1 BIM的特點(diǎn)

我國(guó)《建筑信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 51212—2016）對(duì)于BIM的定義主要強(qiáng)調(diào)的是工程項(xiàng)目在全生命周期中對(duì)于功能和物理特性的信息化表達(dá)，并且依照這種表達(dá)形式進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)、管理的全過(guò)程。市政道路設(shè)計(jì)行業(yè)的主要難點(diǎn)有涉及專(zhuān)業(yè)繁雜，強(qiáng)調(diào)整體性；在城市中進(jìn)行施工，施工環(huán)境復(fù)雜；立交等項(xiàng)目設(shè)計(jì)難度大，不易表達(dá)清楚。然而B(niǎo)IM技術(shù)的協(xié)調(diào)整合功能、可視化特點(diǎn)及模塊式的設(shè)計(jì)理念等特點(diǎn)恰好是解決這些難點(diǎn)所需要的。

2 BIM在市政道路工程中的設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)

通過(guò)運(yùn)用BIM技術(shù)，市政道路的設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量得到了明顯提高。筆者總結(jié)出了BIM在市政道路工程設(shè)計(jì)中的三大優(yōu)勢(shì)，分別是BIM模型的完備性、信息之間的關(guān)聯(lián)性，以及可視化特性。

2.1 BIM模型的完備性

通過(guò)BIM技術(shù)建立的三維市政道路設(shè)計(jì)模型內(nèi)容涵蓋范圍相當(dāng)全面，不僅包含線路工程和路基路面工程兩大專(zhuān)業(yè)的物理幾何工程信息，同時(shí)還涵蓋工程造價(jià)信息、施工工藝和進(jìn)度管理等信息，對(duì)比傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念更具整體性和完備性。

2.2 信息之間的關(guān)聯(lián)性

BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)的各個(gè)階段的應(yīng)用是有密切關(guān)聯(lián)的，上一設(shè)計(jì)階段的BIM模型往往是下一設(shè)計(jì)階段的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，即使設(shè)計(jì)的某一階段出現(xiàn)很大變動(dòng)，其他不同階段與之對(duì)應(yīng)的信息也會(huì)隨之自動(dòng)變更，并重新形成新的關(guān)聯(lián)。這就從側(cè)面減少了設(shè)計(jì)人員的工作負(fù)擔(dān)，同時(shí)提高了整體設(shè)計(jì)上的容錯(cuò)率。

2.3 可視化特性

BIM與傳統(tǒng)CAD的二維設(shè)計(jì)方式最直觀的區(qū)別就是BIM模型的可視化特性，這也是BIM技術(shù)較CAD技術(shù)更加適合于市政道路設(shè)計(jì)領(lǐng)域的重要特點(diǎn)。BIM技術(shù)的主要設(shè)計(jì)理念是注重對(duì)信息的掌控，關(guān)注性能、質(zhì)量和效益。它主要以模型為載體，以工程信息為中心，數(shù)據(jù)集中儲(chǔ)存在模型中，因此BIM能夠直觀表達(dá)復(fù)雜的形體，大幅度優(yōu)化交流協(xié)調(diào)過(guò)程。

此外，還可以通過(guò)增加時(shí)間維度的方式將3D信息模型整合成4D模型，進(jìn)而加入造價(jià)成本的維度，整合成5D模型，在眾多包含工期、造價(jià)信息的模型方案中比選出最合適的方案。

3 實(shí)際工程的BIM軟件比選

3.1 工程概況

順河路道路位于成都市郫都區(qū)郫筒街道，道路建設(shè)場(chǎng)地西臨郫溫路，東接蜀信西路，北臨中信大道，南接蜀信路一段，道路呈東西走向。道路現(xiàn)狀為農(nóng)田等未開(kāi)發(fā)地塊，規(guī)劃為住宅、綠地等。

此次設(shè)計(jì)根據(jù)規(guī)劃道路紅線開(kāi)展道路設(shè)計(jì)工作。工程為城市次干道，道路全長(zhǎng)892.656m，設(shè)計(jì)實(shí)施長(zhǎng)度為862.267m，道路規(guī)劃紅線寬度為24m，兩側(cè)設(shè)人行道，人行道寬度為3m。

場(chǎng)地位于成都市郫都區(qū)郫筒鎮(zhèn)，道路起點(diǎn)與郫溫路相交，道路終點(diǎn)與蜀信西路相交，東臨擬建的郫都區(qū)人民醫(yī)院，交通便捷。場(chǎng)內(nèi)地形平坦，各孔口相對(duì)高程在557.04～564.37m。地貌單元岷江水系Ⅰ級(jí)階地。研究的內(nèi)容為k0+000～k0+354.221段道路工程設(shè)計(jì)部分。

3.2 市政BIM軟件與比選

市政BIM軟件市場(chǎng)有幾十款之多，文章主要介紹較為常見(jiàn)的BIM設(shè)計(jì)軟件。

Autodesk公司的Revit是目前熟知度最廣泛的BIM軟件，它最初是用于解決民用建筑的BIM建模問(wèn)題，被Autodesk公司收購(gòu)后拓展了許多其他的模塊，Revit的強(qiáng)大族庫(kù)功能常常被用來(lái)進(jìn)行企業(yè)級(jí)的數(shù)據(jù)庫(kù)二次開(kāi)發(fā)。在市政領(lǐng)域，Autodesk公司開(kāi)發(fā)了Civil 3D、Infraworks等BIM軟件。Autodesk公司開(kāi)發(fā)的BIM軟件之間能夠相互協(xié)調(diào)，通常在設(shè)計(jì)中聯(lián)合使用，被稱(chēng)為BIM設(shè)計(jì)的A方案。

Bentley公司的軟件產(chǎn)品也同Autodesk公司一般，講究軟件之間的協(xié)同性，但不同的是，Bentley所有軟件都是基于Microstation進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)的產(chǎn)物，軟件也需要聯(lián)合使用，故被稱(chēng)為B方案。

Dassault公司的CATIA軟件在機(jī)械設(shè)計(jì)中有十分重大的影響，但在工程建設(shè)中的信息輸入輸出對(duì)接能力稍差，主要用于土木工程結(jié)構(gòu)中的各種異性構(gòu)件的創(chuàng)建上，另外CATIA在橋梁工程中有出色的表現(xiàn)。

國(guó)內(nèi)的BIM軟件中代表是鴻業(yè)軟件，但是鴻業(yè)BIM軟件主要是整合到上述Autodesk軟件中進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)得到的開(kāi)源軟件。

下面從眾多的BIM軟件中挑選出2款軟件，比較后選出較為合適的一款作為市政行業(yè)BIM的推薦軟件。

（1）A方案。Autodesk的系列軟件普遍偏向于民用房屋建筑，Autodesk公司的BIM軟件與CAD有很多相似之處，容易上手，因此Autodesk公司的BIM軟件為中小企業(yè)所青睞，它有投入較少、回報(bào)較快的優(yōu)勢(shì)。對(duì)于該工程而言，Revit平臺(tái)本身難以單獨(dú)進(jìn)行設(shè)計(jì)，需要結(jié)合其他軟件輔助建模。首先將初步設(shè)計(jì)資料導(dǎo)入Civil 3D軟件，通過(guò)Civil 3D軟件建立地質(zhì)地形模型及道路的平縱橫三維線性，然后將得到的結(jié)果在Revit中輸出為地質(zhì)模型，同時(shí)借助Dynamo進(jìn)行路面路基等專(zhuān)業(yè)的細(xì)部的參數(shù)化設(shè)計(jì)，由于受到軟件本身的限制，用此方案生成的模型沒(méi)辦法顯示道路交叉、立交的實(shí)際情況，并且在道路某些特殊位置（比如道路和橋梁相接處、有涵洞穿過(guò)的位置等）都沒(méi)有辦法進(jìn)行有效的處理，只能借助Dynamo的參數(shù)化構(gòu)件編程的方式進(jìn)行建模。具體操作流程圖如圖1所示。

圖1 基于A方案的道路設(shè)計(jì)流程

（2）B方案。Bentley的系列軟件是比較綜合的針對(duì)不同行業(yè)的軟件大類(lèi)，而且針對(duì)的主要是較為繁雜的工程，其特點(diǎn)是不僅僅強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)某一個(gè)部門(mén)，而是強(qiáng)調(diào)整體性，常為大型企業(yè)所采用。類(lèi)似企業(yè)對(duì)軟件的要求是支持大量人員同時(shí)對(duì)于某項(xiàng)工程進(jìn)行設(shè)計(jì)，且信息交流達(dá)到無(wú)縫無(wú)損，要求能夠支持大文件。因此，Bentley的目標(biāo)用戶(hù)突出各個(gè)部門(mén)之間的協(xié)調(diào)，每個(gè)部門(mén)都能夠高效順利地完成自己的部分，而不是在乎工作成本。對(duì)于該工程而言，B方案相對(duì)較為簡(jiǎn)單，只需要用到OpenRoad軟件即可，首先將初設(shè)階段的高程點(diǎn)控制信息導(dǎo)入軟件，即可自動(dòng)生成空間三維三角高程網(wǎng)，然后提取出道路中心線處的自然標(biāo)高，之后通過(guò)初步設(shè)計(jì)階段的縱斷面坡度數(shù)據(jù)和豎曲線要素進(jìn)行拉坡設(shè)計(jì)。道路橫斷面設(shè)計(jì)則是通過(guò)按照設(shè)計(jì)需要，提前設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)路基、路塹橫斷面參數(shù)，通過(guò)線路中心線的空間位置及三維地形，自動(dòng)生成道路橫斷面模型。這一點(diǎn)對(duì)比A方案較為復(fù)雜的可視化建模的方式進(jìn)行路面設(shè)計(jì)顯得更加合理。由B方案生成的路基、路面斷面圖如圖2所示。

圖2 OpenRoad軟件道路路基路面設(shè)計(jì)

由上述對(duì)比可知，就大項(xiàng)目支持能力而言，相關(guān)參數(shù)的修改會(huì)導(dǎo)致Revit產(chǎn)生的信息體量呈幾何倍數(shù)增長(zhǎng)，信息量大。Bentley根據(jù)各專(zhuān)業(yè)實(shí)際需求設(shè)置關(guān)聯(lián)參數(shù)，只保留本專(zhuān)業(yè)必要的關(guān)聯(lián)性，從而產(chǎn)生較少數(shù)據(jù)量。相比之下，Bentley對(duì)大項(xiàng)目支持能力更勝一籌。就軟件互通性而言，Revit和AutoCAD雖然同屬Autodesk公司，但它們從軟件架構(gòu)到數(shù)據(jù)格式，都有很大區(qū)別。Bentley堅(jiān)持在Microstation的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)BIM軟件，利用Microstation的圖形功能，針對(duì)不同行業(yè)不同專(zhuān)業(yè)甚至不同階段，開(kāi)發(fā)不同的功能預(yù)制相應(yīng)的構(gòu)件，真正做到了“圖形平臺(tái)統(tǒng)一，數(shù)據(jù)格式統(tǒng)一，軟件架構(gòu)統(tǒng)一”。不同軟件數(shù)據(jù)不需要轉(zhuǎn)換，最高級(jí)的軟件交互就是不用交互。

綜合對(duì)比來(lái)說(shuō)，B方案更加適應(yīng)市政工程本身的特點(diǎn)，因此從客觀上來(lái)說(shuō)，B方案選為市政行業(yè)的BIM軟件是十分合適的。但是B方案本身也是有缺陷的，主要體現(xiàn)在中國(guó)本土化程度不高。

4 結(jié)束語(yǔ)

文章介紹了BIM技術(shù)在市政工程中的意義，從眾多軟件中挑選出A方案及B方案進(jìn)行比選，并以郫縣順和路道路k0+000～k0+354.221段為例，分析了分別基于A方案及B方案下的道路建模流程方法，最后得出了B方案更加適合市政BIM道路設(shè)計(jì)的結(jié)論，為市政道路設(shè)計(jì)行業(yè)提供了參考。