李鼎夫　李旭彪

【摘 要】BIM技術(shù)在傳統(tǒng)的建筑行業(yè)中應(yīng)用的越來越多。然而，在中國的道路設(shè)計行業(yè)，BIM技術(shù)的在實(shí)際工程中的運(yùn)用仍處于初級階段。文章介紹在數(shù)字科技發(fā)展的基礎(chǔ)上，對BIM在設(shè)計方案優(yōu)化、模擬施工、數(shù)據(jù)交互、提高施工效率，資源節(jié)約等方面的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了相關(guān)研究，為實(shí)現(xiàn)道路建設(shè)項(xiàng)目各參與單位數(shù)據(jù)共享，提高設(shè)計施工和資源利用的效率，為下階段決策提供支持而構(gòu)建的全過程信息模型。

【關(guān)鍵詞】道路工程; BIM; 模型; 數(shù)據(jù)共享; 技術(shù)路線

【中圖分類號】TU391.99【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

BIM是Building Information Modeling的縮寫，在國內(nèi)翻譯為建筑信息模型[1]，利用計算機(jī)數(shù)據(jù)手段建立包含各種工程信息的三維建筑模型，產(chǎn)生于1975年。在20世紀(jì)90年代由于計算機(jī)技術(shù)的普及和發(fā)展BIM技術(shù)也因此被越來越多的人所熟悉。2002年后，它與Revit概念促進(jìn)更廣泛的應(yīng)用。BIM技術(shù)具有協(xié)同、可視化、優(yōu)化和仿真等特點(diǎn)[2]。BIM技術(shù)在市政道路設(shè)計中的應(yīng)用可以有效地避免實(shí)際施工與設(shè)計不一致的情況，極大地提高了設(shè)計速度和正確率。

1 BIM 技術(shù)的概念及特點(diǎn)分析

BIM技術(shù)被人們稱為建筑信息模型，是一種新型的數(shù)字信息技術(shù)方法[3]，在道路設(shè)計中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在對項(xiàng)目功能的直觀呈現(xiàn)和工程主體的三維化表示上并且建立三維的數(shù)字模擬模型。BIM技術(shù)可以儲存道路工程項(xiàng)目的相關(guān)技術(shù)參數(shù)，詳細(xì)地描述工程的各種信息，并包含豐富的工程數(shù)據(jù)參數(shù)。BIM技術(shù)構(gòu)建了一個數(shù)據(jù)資源龐大、數(shù)字化程度很高的數(shù)字信息模型[4]。BIM技術(shù)還被用來模擬工程的數(shù)字模擬模型，實(shí)現(xiàn)工程數(shù)據(jù)的跨平臺傳輸和共享的建設(shè)。BIM技術(shù)具有信息完整性、三維參數(shù)化和開放交互性等特點(diǎn)。BIM技術(shù)的信息全面性表明，BIM技術(shù)可以通過輸入各種相關(guān)工程參數(shù)來建立數(shù)字信息模擬單元，用數(shù)字表示道路工程的路基、路面和擋土墻等結(jié)構(gòu)單元，以完成道路和其附屬工程三維數(shù)字模型的建立。BIM技術(shù)的三維數(shù)字化是指建立與道路及其附屬工程有關(guān)數(shù)據(jù)的數(shù)字三維模擬模型，并進(jìn)行相應(yīng)的模擬和數(shù)字分析。BIM技術(shù)的完整性意味著BIM技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對建設(shè)工程設(shè)計中結(jié)構(gòu)關(guān)系的描述，能夠描述和表達(dá)建設(shè)材料、對象、工程體量和結(jié)構(gòu)關(guān)系的所有信息[5]。

2 BIM應(yīng)用在道路設(shè)計中的作用及優(yōu)勢

2.1 充分表達(dá)設(shè)計意圖

通過BIM技術(shù)建立的可實(shí)現(xiàn)的三維數(shù)字模型，避免了傳統(tǒng)的二維CAD技術(shù)在設(shè)計前期以及設(shè)計過程中的不足[6]。將BIM技術(shù)應(yīng)用在道路設(shè)計中，可以直接在設(shè)計的第一階段對道路設(shè)計完成后的效果有一個立體的了解，可以對設(shè)計過程中的細(xì)節(jié)控制有全面的把控。在BIM技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中，BIM技術(shù)可以在設(shè)計的整個過程中對設(shè)計細(xì)節(jié)更好的把控，更明了的表達(dá)設(shè)計者的設(shè)計理念。

2.2 模擬分析能力顯著

BIM的主要作用是利用信息技術(shù)來提高整個建筑行業(yè)的生產(chǎn)效率。BIM具有對數(shù)字信息的獲得、信息的傳輸、信息的處理、信息的使用和信息的共享等功能，其工程項(xiàng)目數(shù)據(jù)信息不是單一存在的，而是一個自粗到細(xì)的、有邏輯的、大型的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)綜合處理系統(tǒng)。BIM技術(shù)可以在道路設(shè)計階段直觀地了解道路工程設(shè)計成果的實(shí)時狀態(tài)，極大地幫助設(shè)計人員發(fā)現(xiàn)道路設(shè)計中所忽略的細(xì)節(jié)， 并以此為依據(jù)調(diào)整設(shè)計圖并可以模擬和分析道路在實(shí)際運(yùn)作環(huán)境下的表現(xiàn)[7]。

2.3 有較高精確協(xié)調(diào)性

在道路工程設(shè)計中，傳統(tǒng)的二維設(shè)計模式雖然在道路上能起到一定的作用，但條件不足，適應(yīng)性不好。當(dāng)?shù)缆窏l件較差，道路波動較大時，很難準(zhǔn)確估計道路工程量，容易產(chǎn)生較大誤差，影響道路建設(shè)[8]。與BIM技術(shù)結(jié)合是改變整個建設(shè)行業(yè)的關(guān)鍵點(diǎn)。 BIM技術(shù)可以對過去建設(shè)行業(yè)松散的管理模式和信息傳遞不及時的狀態(tài)帶來改善，構(gòu)建數(shù)字化信息模型協(xié)調(diào)平臺提高設(shè)計施工的效率。

3 BIM 技術(shù)的應(yīng)用分析

3.1 應(yīng)用現(xiàn)狀

發(fā)達(dá)國家在BIM的應(yīng)用上逐漸加深。在歐洲，BIM在基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計方案中的運(yùn)用越來越廣泛?；贐IM的3D CAD技術(shù)也已成為日本政府信息化推廣計劃中的重要部分。隨著國際交流的日益頻繁，中國許多知名的設(shè)計院也已將BIM建模作為大型道路建設(shè)項(xiàng)目中不可缺少的重要環(huán)節(jié)。但是，與那些國家相比我們在應(yīng)用的深度和廣度上，以及接受度上還存在較大的差距。雖然在道路設(shè)計領(lǐng)域我們進(jìn)行了不斷的嘗試，但尚未達(dá)到與發(fā)達(dá)國家相應(yīng)的應(yīng)用水平。

3.2 切合國際標(biāo)準(zhǔn)

目前，我國各個設(shè)計公司使用的BIM軟件種類很多，每個軟件都有不同的界面和插件系統(tǒng)，難以互相溝通。行業(yè)需要選擇廣泛適用的BIM軟件，統(tǒng)一項(xiàng)目成果輸出格式和應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。 對于市政道路新建與改擴(kuò)建設(shè)計過程中與現(xiàn)有市政管線的沖突，設(shè)計和規(guī)劃部門迫切需要BIM軟件來對復(fù)雜的地下管線系統(tǒng)進(jìn)行避讓與管理。 同時，道路設(shè)計對地形特征等數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性提出了更高的要求[9]，可以提高BIM技術(shù)的兼容性，并可以與地理信息系統(tǒng)很好地結(jié)合。

4 道路BIM模型設(shè)計技術(shù)路線

4.1 道路構(gòu)件結(jié)構(gòu)樹的建立

BIM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)樹的建立，離不開道路各個組成結(jié)構(gòu)模型的支撐。有了這些模塊化的構(gòu)件，可以使建模工作化繁為簡，提高工作效率，而且可以對道路項(xiàng)目全壽命周期內(nèi)的相關(guān)信息進(jìn)行檢索，提高信息管理和使用效率。

建立結(jié)構(gòu)樹的主要方法是將道路工程中不同構(gòu)件進(jìn)行分類。 可以將道路工程的結(jié)構(gòu)構(gòu)件劃分為4層：第一層根據(jù)不同的地質(zhì)，地形來劃分;第二層根據(jù)不同構(gòu)件的細(xì)化功能組合劃分; 第三層根據(jù)不同組合的工程量劃分; 第四層根據(jù)實(shí)際建模要求將組件精煉為單元，并完成結(jié)構(gòu)樹的構(gòu)建。

4.2 道路BIM設(shè)計技術(shù)路線

開展道路BIM設(shè)計主要包括道路信息模型的建立和對建立后模型信息的應(yīng)用兩個任務(wù)?；贐IM環(huán)境的道路設(shè)計，首項(xiàng)工作是建立三維地面模型。道路設(shè)計過程中點(diǎn)多線長，因此對地形數(shù)據(jù)的使用較為頻繁。BIM軟件應(yīng)該對多種類型的測繪數(shù)據(jù)兼容支持多類型測繪數(shù)據(jù)建模。其次，BIM軟件應(yīng)該具備對測繪數(shù)據(jù)進(jìn)行匯水路徑分析、高程構(gòu)網(wǎng)分析等的初步分析能力，并豐富三維展示的形式。

當(dāng)前，最具前景的技術(shù)是地形地物模型實(shí)景生成技術(shù)，這一技術(shù)不僅可還原真實(shí)的地形特征還可以對地面構(gòu)筑物的輪廓和尺寸數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)展現(xiàn)，對真實(shí)世界的還原性較高。

用BIM進(jìn)行建模的關(guān)鍵在于參數(shù)化的設(shè)計，一般可理解為參數(shù)化構(gòu)件和參數(shù)化修改。無論是工程整體BIM模型還是構(gòu)件模型都采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法，對象通過參數(shù)所代表的信息反映。參數(shù)化修改即對象之間的幾何約束和工程約束，幾何約束又包括結(jié)構(gòu)約束和尺寸約束。結(jié)構(gòu)約束是指幾何元素之間的拓?fù)浼s束關(guān)系，如平行、垂直、相切、對稱等;尺寸約束則是通過尺寸標(biāo)注表示的約束，如距離尺寸、角度尺寸、半徑尺寸等。工程約束是指尺寸之間的約束關(guān)系，通過定義尺寸變量及它們之間在數(shù)值上和邏輯上的關(guān)系來表示。

整體工程BIM模型和組件模型均采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法，并且對象由參數(shù)話的信息進(jìn)行反映。 參數(shù)修改是指對象之間的幾何約束和工程約束的修改，幾何約束包括結(jié)構(gòu)約束和尺寸約束。 結(jié)構(gòu)約束是指幾何元素之間的拓?fù)浼s束，例如平行、對稱、相切、垂直等;尺寸約束是指通過尺寸表示的約束，例如距離尺寸、半徑尺寸和角度尺寸。 工程約束是指不同尺寸之間通過定義尺寸變量及其數(shù)值和邏輯關(guān)系來表示的約束。

5 BIM在工程應(yīng)用中存在的問題及解決方法

建設(shè)項(xiàng)目涉及到許多不同的領(lǐng)域，相關(guān)的工程專業(yè)知識的差別使BIM建模平臺很難統(tǒng)一。各個BIM建模平臺的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)格式存在很大差異，跨平臺的數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)共享存在很大問題[10]。現(xiàn)有的國外BIM軟件本土化程度不高，尚無一款BIM軟件可完全適應(yīng)國內(nèi)道路設(shè)計環(huán)境。 與此同時，道路工程的設(shè)計需要多種不同的軟件協(xié)同使用，如設(shè)計，繪圖和計算，這些軟件專業(yè)性強(qiáng)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)格式不同，難以融入大型BIM系統(tǒng)。解決方法是：相關(guān)部門牽頭行動制定關(guān)于BIM的國家標(biāo)準(zhǔn)和統(tǒng)一技術(shù)規(guī)范，解決各平臺間數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)共享的問題。

6 結(jié)論

由于計算機(jī)信息技術(shù)的發(fā)展，BIM技術(shù)是建筑信息化進(jìn)程中一個重要的進(jìn)展。把建筑技術(shù)提高到一個新的層次，完善建設(shè)管理信息化，提高工程效率。相信在各參建方的共同努力下，BIM技術(shù)在中國建設(shè)信息化的進(jìn)程中將會扮演重要的角色。BIM技術(shù)在道路設(shè)計中的使用是工程設(shè)計領(lǐng)域的重大進(jìn)步[11]。對于在新建或改擴(kuò)建道路設(shè)計項(xiàng)目中新建構(gòu)造物與原有構(gòu)造物及管線沖突的問題，急需規(guī)劃和設(shè)計管理部門也應(yīng)用BIM軟件對各種相關(guān)設(shè)施進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理。同時道路設(shè)計對測繪數(shù)據(jù)的精確性要求較高，可以將BIM軟件在兼容性上進(jìn)行升級，能夠與GIS技術(shù)相互兼容。在可預(yù)見的未來，道路設(shè)計與BIM技術(shù)的結(jié)合不可避免，因此，有必要在現(xiàn)有工作中加強(qiáng)BIM技術(shù)的應(yīng)用，推動中國建設(shè)信息化和智能化的進(jìn)一步提高和發(fā)展。

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[定稿日期]2021-01-20

[作者簡介]李鼎夫（1993～），男，碩士，工程師，從事道路設(shè)計工作。