淺談基于Bentley平臺的BIM技術在市政道路設計中的應用

馬迪

（中國市政工程西北設計研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000）

1 概述

建筑信息模型（Building Information Modeling）是以建筑工程項目的各項相關信息數據作為基礎，通過數字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息，通過三維建筑模型，實現工程監理、物業管理、設備管理、數字化加工、工程化管理等功能。BIM在建筑對象全生命周期內具有可視化、協調性、模擬性、優化性以及可出圖形五個特征。BIM在設計階段主要包括施工模擬、設計分析與協同設計、可視化交流、碰撞檢查及設計階段的造價控制等。施工階段BIM技術主要應用包括虛擬施工及施工進度控制、施工過程中的成本控制、三維模型校驗及預制構件施工等方面。

Bentley公司開發的Microstation平臺于1986年發布，該平臺具有完善的數據交互能力與協同功能，并在BIM設計中引入了參考的方式進行模型組裝以減少電腦硬件需求。其各專業軟件都基于Microstation平臺進行操作，可實現各專業的協同設計以提高建模效率。市政道路交通專業BIM建模主要涉及道路專業Powercivil軟件、橋梁結構專業Prostructure和CivilStation Designer軟件、管線專業Powercivil的SUE插件、項目管理軟件ProjectWise以及后期渲染軟件LumenRT。

2 Bently平臺道路建模流程

2.1 建模前準備階段

進行建模工作前，首先進行網絡服務器的建立。市政道路BIM設計中龐大的模型系統需要不同專業人員進行分工協同設計。BIM設計團隊通過網絡服務器可實現模型系統的多專業協作和模型實時同步更新。網絡服務器管理人員依據建模分工對項目組成員設置相應權限以保證協同工作成果的有效性。

2.2 規劃階段

項目各設計階段對BIM模型精度要求各不相同，從勘察/概念化設計的LOD100到項目竣工/運維的LOD500，模型精度要求不斷提高。設計人員可根據設計階段和業主要求決定交付模型的精度。規劃階段模型精度要求較低，設計人員可利用大比例尺地形圖等基礎測量數據制作道路模型。相較二維規劃選線，BIM模型可利用可視化設計和協同設計的優勢，對道路的各選線方案進行模擬分析，分析規劃道路與現狀建筑結構物、管線、設備之間的碰撞問題，減少拆遷，尋找最佳方案。以道路模型的形式向業主展示方案，可有效提高業主的決策效率。

2.3 勘察測量階段

作為BIM建模工作的基礎，地形地質模型的質量直接決定其他各專業建模成果及提取工程量的準確性。Bentley平臺通過Powercivil軟件進行地質地形模型的建立。對于地形模型，主要利用勘察測量單位提供的道路橫縱斷面高程數據、小比例尺地形圖或航拍照片進行三角構網而后生成曲面。生成后的地模可利用GIS地形影像進行表面紋理疊加，從而將區域內的地形地貌信息（如山川、河流、植被、人工構造物）生動地表現出來。

對于地質模型，主要采用二維鉆孔資料，通過拉伸生成三維地質模型，設計人員根據三維地質模型分析掌握區域內地質情況從而在選線時避開不良地質或對不良地質進行處理。

2.4 設計階段

地形地質模型建立后，各專業需共同完成服務器材質庫的建立，確定材質庫中如混凝土、瀝青、鋼筋、植被、土壤等所有元素的三維模型表達形式（如顏色、紋理等視覺效果）。各專業在進行建模前需將各自建模軟件與服務器材質庫進行連接以保證建模結果的一致性。

道路專業建模涉及路線工程、路基路面及附屬工程、交通工程、立交設計、高邊坡設計、被交路及老路改移等工作。

道路專業通過Powercivil軟件參考制作完成的地形地模進行道路中心的繪制。道路平面選線及縱斷面的設計方法與現行二維軟件設計方法（如交點法）相同。道路中線設計完成后，道路專業向橋涵專業提供三維道路中線，橋涵專業可與道路專業平行設計。由于該階段未開始橫斷面布設，所以管線、照明和交通專業可先進行專業構件庫的建立，如檢查井、路燈燈型、交通標志牌等，待道路橋涵專業提交加載橫斷面和橋梁成果后可進行構件的放置。

Bentley平臺Powercivil軟件在進行道路橫斷面設計時引入廊道的概念。在該階段道路專業需要大量時間進行道路模板庫的建立。模板庫中包括路面結構層、擋土墻、路緣石、邊溝、排水溝擋塊等構件。設計人員首先根據道路橫斷面寬度、路面結構、邊坡坡率、防護形式等不同條件在模板庫中選擇相關構建元素進行橫斷面模板的設計（見圖1），而后沿道路中線進行橫斷面廊道的添加（見圖2）,軟件會根據設計邊坡坡率與地形模型相交進行自動放坡。

該步驟完成后，道路專業向照明、管線和交通專業提供添加橫斷面廊道后的路線文件，各專業可分別進行路燈、管線及標線標志牌的放置。添加橫斷面廊道后，道路專業主要進行相交道路和立交節點的設計。對于道路交叉口和立交匝道，Bentley平臺軟件有“土木單元”組件進行參數化設計并進行保存，在遇到相同交叉口或匝道形式時可進行直接使用和修改，減少工作量。

圖1 橫斷面模板設計

圖2 添加橫斷面廊道后的路線

Bentley平臺通過Prostructure軟件進行橋梁和涵洞結構建模及配筋工作，橋涵專業首先對橋涵部件進行拆分，以保證每種尺寸結構建模僅進行一次。進行橋梁拼裝時，相同尺寸橋梁結構僅進行參考，而不重新建模，以此減少建模人員工程量。橋涵專業根據道路專業提供中線進行橋涵總裝。橋梁建模如圖3和圖4所示。

圖3 橋梁整體模型

圖4 現澆梁節段配筋和橋梁下部結構配筋

在道路專業向照明、管線和交通專業提供添加橫斷面廊道路線文件前，照明專業可使用Microstation軟件進行燈型、基礎、箱變的建模；交通專業使用Microstation軟件進行標志牌版面、基礎、信號燈的建模，使用Powercivil軟件進行設計。在道路專業提供加橫斷面廊道后的路線文件后，兩專業通過CivilStation Designer軟件進行路燈、標志牌、交通信號燈的放置。管線專業可直接通過Powercivil軟件中的SUE插件進行管線、檢查井的布設。給排水管線模型如圖5所示。

圖5 給排水管線模型

2.5 模型校對與交付

完成建模工作后，各專業將建模最終成果上傳至共享服務器中，可由道路專業人員進行模型的最后參考總裝（見圖6）。校核、審核人員可通過Bentley平臺ProjectWise軟件或Navigator軟件進行模型校審。市政道路設計可通過BIM模型檢查以下問題：

圖6 總裝模型

（1）擬建道路與已建路網水平和垂直幾何體系銜接；道路與橋梁銜接；標高檢查。

（2）涵洞標高、涵長檢查，涵洞洞口與邊坡銜接。

（3）橋梁和立交凈空檢查；復雜立交及其周邊環境融合，檢查立交設計并進行優化。

（4）給排水、照明管線之間的碰撞；管線與結構物之間的碰撞；檢查井布設位置。

（5）路燈、標志牌、交通信號燈布設位置檢查。

各專業根據校審人員提出意見進行模型修改，將修改后的文件重新參考生成總裝文件。可以此為最終結果進行工程量的提取。根據業主要求，建模人員可對三維模型進行切圖生成二維圖紙或將模型交付后期模型平臺管理人員進行模型管理。

2.6 模型渲染

設計人員可將總裝模型導入Bentley平臺LumenRT中進行模型渲染，進行道路景觀設計。LumenRT可輸出高質量效果圖（見圖7和圖8）或以車輛行駛為視角的動態三維漫游視頻以用于項目匯報或投標。LumenRT也可輸出VR渲染文件以支持VR-3D沉浸式體驗。

圖7 道路橋梁模型渲染

圖8 交通節點模型渲染

3 模型與施工協同管理平臺的結合

BIM技術是利用數字模型進行建設項目設計、施工、運營管理的過程，BIM模型的建立僅是其中一個步驟。BIM模型作為儲存信息的載體，項目管理和模型運維人員需要將施工運維中需要的信息從模型中提取出來，去除冗余信息的同時添加模型中缺少的但在項目管理中必要的信息。選擇或打造BIM協同管理平臺可解決從項目立項到竣工全過程項目管理，將各參建部門（業主、設計、施工、監理、設備供應商）的工作通過BIM協同平臺連接起來。各方在該平臺上進行合同、進度、質量的管理，并以期實現施工進度模擬和成本分析。

后期平臺管理人員需將建模人員完成的模型導入平臺中，對模型中信息進行過濾精簡，保證施工管理必要信息的完整性，并結合地理信息系統（GIS）中的信息數據修正建模道路附近地形地貌信息。完成信息過濾后的模型可開始用于施工管理。模型后期運維作為BIM技術應用的重要環節，需要平臺管理人員主要完成以下工作：

（1）設置各參建方登錄平臺的管理權限并負責與各參建方BIM設計人員的信息交流。

（2）及時整理各參建方錄入的施工過程中與進度、安全、質量相關的信息、表格，并與模型進行關聯以保證各參建方得到準確信息。

（3）與建模人員及時溝通，將變更信息通知建模人員，建模人員修改模型后及時在平臺進行更新。

（4）幫助施工單位進行工地運用規劃和施工系統模擬，運用4D模型（加上時間維度的3D模型）有效地規劃施工階段（亦可指營運期的修建、改建等）各分段工項進場施作的先后順序作業。

（5）進行電子圖紙、文檔管理；通過施工方上傳進度資料進行計劃任務和實際進度對比管理。根據總包單位提供的工程劃分數據進行單位工程、分部工程、分項工程以及檢驗批建立，并及時上傳相關質量監測數據。管理項目進場人員、進場機械和施工現場監控等安全信息；及時向各參建方通報施工進度、質量、安全方面發現的問題。

4 面臨的問題

基于Bentley平臺的BIM技術已在市政道路設計行業中有了廣泛應用，但還面臨著很多問題有待解決，其中有些問題是整個BIM行業面臨的困難，而不僅針對Bentley平臺。

（1）基于Bentley平臺二次開發較少，缺少適應國內道路設計習慣的相關插件，影響著建模效率。

（2）多數設計單位僅停留在依照二維施工圖應用BIM技術進行翻模設計，而進行正向設計的較少。翻模設計導致了BIM技術與工程設計無法統一，工程變更是需要先修改二維設計，再進行模型修改，這將導致BIM技術的應用效率大大降低。橋梁、涵洞等結構物正向設計與出圖趨于成熟，道路、管線專業出圖方式需要繼續研究。

（3）缺少道路橋梁行業BIM建模及應用規范，現行建模單位主要使用各自企業標準，模型提交成果無規范進行統一。

（4）如何保證建模結果通過施工圖審查面臨一定困難，施工圖審查單位需要對三維模型的工程量和切割模型輸出二維圖紙進行審查，與傳統施工圖審查有較大區別。

5 結語

本文簡述了基于Bentley平臺的BIM技術在城市道路設計中的建模流程以及如何將模型與協同平臺進行結合用以解決從項目立項到竣工的全過程項目管理。BIM技術理念為市政道路行業帶來巨大變革的同時，也促使各參建方的行事理念由二維時代向三維時代跨越，并要克服變革中遇到的困難，最終促使BIM技術在市政道路行業高速發展。

[1]郭洪江.淺議BIM在公路設計中的應用[J].黑龍江交通科技，2011（9）:315.

[2]朱宗凱，曾詩雅.BIM在市政道路設計中的應用[J].重慶建筑，2016，14（6）:22-24.