BIM在市政道路設計中的應用分析

吳小英　鄧楊楊

摘 要：文章從BIM在我國的應用現狀出發，結合相關工程設計經驗及公司管理體驗，分析了BIM在市政道路設計中的優勢以及面臨的挑戰，并基于實際工程案例分享了BIM在市政道路設計中的經驗，旨在為BIM在市政道路設計中的應用與推廣提供一定的參考。

關鍵詞：BIM；市政道路；應用

中圖分類號：U412 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）21-0097-02

Abstract： Based on the application status of BIM in China， combined with relevant engineering design experience and company management experience， this paper analyzes the advantages and challenges of BIM in municipal road design. Based on practical engineering cases， the experience of BIM in municipal road design is shared in order to provide some reference for the application and promotion of BIM in municipal road design.

Keywords： BIM； municipal roads； application

1 概述

BIM的全稱為建筑信息模型（A Building Information Model），美國國家BIM標準（NBIMS）將BIM定義為以三維數字化技術為基礎，對建設項目的物理特性及功能特性進行數字化表達，它可以提供一個數字化的信息的共享平臺，在項目實施的各個階段，項目的參與者可以共同管理數據庫，并進行協同作業[1]。

2 BIM在我國工程設計中的應用現狀

何關培等（2011）的研究顯示大多數受訪者沒有使用過BIM（39%），其中設計企業使用占比遠高于其他企業（施工、監理、運營等），設計企業占比高達64%。[2]

AutoDesk的研究報告（2015）顯示，受訪企業中使用BIM的企業在數量上占據了絕對優勢（84%），且大多數工程設計企業（62%）對BIM的使用前景持樂觀態度，并認為其可以帶來良好的效益，但由于各方面條件的限制以及缺乏直接有效的動力（甲方要求、政府支持等），接近半數的設計企業（46%）BIM使用率較低（低于15%）。[3]

BIM在我國工程設計行業尚未普及，但使用率總體呈上升態勢，多數企業正在嘗試或準備嘗試BIM在工程設計中的應用，不少大型設計企業已經成功完成基于BIM技術的設計案例[4][5]。BIM在我國工程設計行業正處于快速發展的階段。

3 BIM在市政道路設計中的應用優勢及面臨的挑戰

3.1 BIM在市政道路設計中的應用優勢

3.1.1 設計精度高

（1）對條件資料的讀取、分析更精確。相比于傳統設計軟件以點、線為基礎的模擬分析模式，BIM可建立三維化的數字模型，并根據條件資料中的離散信息，擬合出信息更完備的模型。并且可以較為便捷的查詢、編輯模型中每一個點的信息。例如，在建立工程場地模型時，BIM可根據地形圖中的高程點、等高線信息進行模擬，建立由連續曲面構成的地形模型，在系統中更加逼真的還原設計條件，為下一步的設計工作做好充分的準備。（2）工程量計算更精準。a.信息利用率更高.傳統的設計模式通常采用點、線式片段化計算，不可避免地會造成一些信息丟失。BIM系統的連續模型可較為精確地反映每一個斷面的變化，計算單元更小。例如，在進行土石方計算時，傳統計算方法為每20m一個斷面，讀取斷面信息，即計算模型簡化為這20m范圍內原地面高程呈線性變化趨勢，這與工程實際情況存在一定偏差。而BIM系統在原地面信息充足的情況下，曲面模型可完整的反應每個斷面的變化情況，將誤差縮小到較小范圍。b.圖面與數據庫關聯，設計完畢后相關工程量可直接輸出。BIM系統中，各模型不僅存在CAD的圖面表達，數據庫中也存在著數字化信息，當設計完成后，系統可直接將圖面信息以數字的形式顯示出來。相比于傳統的設計后人工統計，統計效率和質量都更有保障。

3.1.2 可視化操作，直觀性更佳

（1）繪圖時可實時計算。在BIM系統中圖面信息可實時關聯數據信息，實時計算的數據信息可為設計提供參考。土方平衡是道路縱斷面設計的一個重要參考因素，傳統軟件設計時需憑設計師的工程經驗拉好縱坡，計算土方，然后根據土方平衡情況對縱斷進行調整。BIM系統可在拉坡時實時顯示填挖土方數據，以便設計師可根據實時動態數據調整縱坡，這將極大提高縱斷設計效率。（2）三維視圖，可充分展現各設計元素的相對位置關系。BIM系統不僅可以將二維平面圖面及數據庫數據相互轉換，也可將數據庫信息轉化為三維視圖。在三維視圖中，各設計元素的相對位置一目了然，這為市政道路設計，尤其是附屬管線設計提供了極大便利。各管線之間是否相互沖突，管線高程是否存在明顯不合理等傳統設計軟件需要反復核算的問題，在BIM系統中可簡潔直觀的表示出來。（3）設計成果可以視頻的形式呈現。設計成果的匯報也是設計過程中至關重要的環節，如何在有限的時間里高效、高質量的與甲方溝通，也是設計企業工作的重要方向之一。目前，比較常見的做法是將設計成果制作成效果圖、多媒體等圖像、影像文件，時間、金錢成本高企。BIM系統則在一定程度上為這個問題提供了解決方案。設計完成后，BIM系統可直接導出視頻文件，以及可和主流動畫、影視后期軟件兼容的三維模型?？稍诤艽蟪潭壬咸岣邷贤ㄐ?，降低溝通成本。

3.2 BIM在市政道路設計中面臨的挑戰

3.2.1 設計企業管理者

基于BIM的設計系統與傳統的設計系統理念不同，結構框架也千差萬別。BIM系統的應用意味著現有生產管理系統甚至生產管理制度需要重新構建，短期內管理成本的增加無法避免。此外，使用BIM需要的配套硬件設施也是一筆不小的投入。并且，目前國內尚無十分成熟的全BIM設計系統應用案例，缺乏成熟經驗?？偟膩碚f，對設計企業管理者來說，推行BIM試錯成本較高，大力實施還需慎重考慮。

3.2.2 軟件技術支持

雖然分階段的BIM設計已經可以實現，但BIM數據和CAD數據互用性較差，也是一個亟待解決的問題。這個問題引發了諸多設計企業的擔憂，他們認為采用BIM可能導致與其他不使用BIM的部門合作受阻。這也是中國設計企業不采用BIM的主要原因之一。[3]

4 BIM在市政道路設計中的應用

4.1 建立地形三維模型

首先根據原始地形圖高程點及等高線讀取信息，建立原始地形三角網絡，再根據景區建設單位提供的場地整平數據，對原始地形進行編輯，獲得道路設計條件地形。

4.2 道路平、縱、橫設計

與傳統設計模式不同，使用路立得設計時，并不依賴圖面的繪制，主要信息主要通過對話框的形式進行交互。輸入完成后，可直接繪制出相應的圖面。縱斷設計時，可實時顯示土方數據，為設計師提供參考。平、縱、橫數據若有更改，其他相關數據可一并更新（見圖1）。

4.3 管線設計

管線設計依托于道路設計時建立的曲線地形資料。設計時可以通過三維查看功能直觀清晰地觀察各管線的相對關系，碰撞檢查功能可提示相互沖突的管線，減少設計失誤（見圖2）。

4.4 設計成果輸出

設計成果可導出為視頻或exe小程序，可較為直觀地反映設計成果。管線設計成果可和道路設計成果集成，在同一個視頻（程序）內進行展示。并可進行多角度的展示和分析。但目前路立得5.0出2D施工圖能力較弱，需通過鴻業市政10.0軟件進行轉換。

本案例為我公司在BIM市政道路設計應用中的一次探索與嘗試，由于條件所限，本案例并未采用全階段BIM設計，但對深刻理解BIM設計理念以及BIM的意義有了更深刻的認識，同時為以后采用全BIM設計做好了一定的準備工作。

5 結束語

信息技術的發展以及中國經濟的騰飛為BIM在建筑工程領域的發展打下了堅實基礎；工程難度的增加以及對工程效率、效益的追求為BIM在工程設計行業的應用創造了良好的條件。本文介紹了BIM的產生背景以及在中國工程設計行業的應用現狀，分析了BIM在市政道路設計中的優勢與挑戰，并且基于實際案例分享了BIM在市政道路設計中的相關經驗。目前BIM在市政道路設計中有較好的應用場景，對提升設計效率及設計質量頗有益處，雖然面臨許多困難與挑戰，但總的來說應用前景廣闊。

參考文獻：

[1]National Institute of Building Science building SMART alliance. National Bim Standard United-States Version 3[R].2015：2-3.

[2]中國房地產協會商業地產專業委員會，中國建筑協會工程建設質量管理分會，中國建筑學會工程管理研究分會，中國土木工程學會計算機應用分會.中國工程建設BIM應用研究報告（2011）[R].2011：10-12.

[3]AutoDesk，DodgeData & Analytics，CH-Business-Value-BIM-China-2015[R].2015：7-13.

[4]高書克.BIM技術在市政道路設計中的應用[A].中國土木工程學會計算機應用分會，中國建筑學會建筑結構分會計算機應用專業委員會.第十七屆全國工程建設計算機應用大會論文集[C].2014.

[5]上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司.BIM和PLM技術在市政工程三維設計中的應用[J].中國勘察設計，2012，28（12）：68-77.