公路隧道BIM技術軟件平臺比選

張兆杰，郭 鵬，田志宇，林國進

(1.四川省交通運輸廳公路規劃勘察設計研究院 成都市 610041； 2.中鐵十局集團第四工程有限公司 南京市 210000)

近年來，BIM技術在建筑、水電、鐵路、機械、電子等行業的應用日趨成熟，起到了提高效率、提升質量、縮短工期、降低風險、控制成本等重要作用。但由于公路工程的復雜性，BIM技術目前在公路行業中的應用尚處于起步和探索階段。隨著我國公路建設的快速發展和交通運輸部對BIM技術的推動，BIM技術在公路隧道工程全壽命周期中的應用已是大勢所趨。

1 BIM技術簡介

BIM即建筑信息模型(Building Information Modeling)，是以建筑工程項目的各項相關信息數據作為模型的基礎，進行建筑模型的建立，通過數字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息。美國國家BIM標準(NBIMS，National Building Information Model Standard)對其定義為：BIM是一個設施(建設項目)物理和功能特性的數字表達；BIM是一個共享的知識資源，是一個分享有關該設施的信息，為該設施從建設到拆除的全壽命周期中的所有決策提供可靠依據的過程；在項目的不同階段，不同利益相關方通過在BIM中插入、提取、更新和修改信息，以支持和反映其各自職責的協同作業。它具有信息完備性、信息關聯性、信息一致性、可視化、協調性、模擬性、優化性和可出圖性八大特點。

2 軟件平臺比選

軟件平臺的選擇是開展BIM工作的基礎。目前國際上主流的BIM軟件平臺主要有三種：歐特克(Autodesk)、奔特力(Bentley)和達索(Dassault)。這三種軟件系統針對不同的領域，各有特點，也有各自的解決方案。

2.1 Autodesk平臺

Autodesk平臺廣泛應用于建筑、鐵路等行業，其BIM系列常用軟件見表1。

表1 Autodesk平臺BIM系列常用軟件

Autodesk系列軟件中經典的AutoCAD在國內的二維繪圖領域占據了主導地位，國內針對土木各行業開發的繪圖軟件大多基于AutoCAD。但是AutoCAD的三維能力較差，Autodesk系列中適用于公路工程的BIM軟件是Civil 3D。Civil 3D可以進行道路設計，包含形成數字地形模型、路線平縱橫設計、土方計算、場地設計、道路出圖等功能。Autodesk平臺的BIM解決方案為：在Civil 3D中做路線和地質→在Revit中做隧道→在Navisworks中進行碰撞檢查。

Autodesk平臺的優勢：功能完整全面，具有交通行業全壽命周期解決方案，可基本完成設計、分析、出圖的整個流程；用戶界面友好，便于推廣，易學易用；具有完整的生態圈、開放的平臺和緯地、金思路等行業合作伙伴，本地化較好，細節定制比較豐富；具備由第三方開發的海量對象庫(Object libraries)，方便工程項目參與方多用戶操作模式。Autodesk平臺的劣勢：公路工程項目BIM設計需要在多種軟件中進行，文件格式不統一；大體量模型支持能力差，數據支持量小，硬件要求高，處理效率低。

目前國內采用Autodesk平臺的案例主要有鐵一院的西成客專清涼山隧道[1]、鐵四院的福平鐵路新鼓山隧道[2]和中交二院的港珠澳大橋珠海連接線拱北隧道[3]等。

圖1 清涼山隧道BIM模型

圖2 新鼓山隧道BIM模型

2.2 Bentley平臺

Bentley系列軟件適用于大型基礎設施，尤其是特大復雜工程，是目前專業覆蓋最全面的軟件服務商。Bentley平臺的BIM系列常用軟件見表2。

表2 Bentley平臺BIM系列常用軟件

Bentley系列軟件的底層平臺為Microstation，從在國外的普及程度和繪圖能力上來說，該軟件和AutoCAD齊名，但該軟件三維能力較AutoCAD更加強大。但由于Bentley對中國市場不重視、本地化弱以及技術支持薄弱等原因，導致二維繪圖時代在中國幾乎不見影蹤。

Bentley系列軟件中與Civil 3D功能相近的是PowerCivil，PowerCivil是一款專業的道路設計軟件，可以進行道路BIM設計，而且該軟件是目前唯一一款能夠做市政隧道的軟件。一般來說，公路隧道斷面除緊急停車帶外基本不變，而市政隧道經常會有各匝道進出，主匝道斷面寬度或高度變化頻繁，導致出圖工作量更大。因此，PowerCivil完全能夠滿足公路隧道BIM技術需求。

Bentley平臺的優勢：功能完整全面，具有交通行業全壽命周期解決方案，尤其在公路隧道領域領先于其它BIM軟件；真正做到了“一個平臺，一個模型，一個數據源”，采用統一的平臺MicroStaion和統一的文件格式dgn，保證數據互用共用，無需多種軟件，無需轉換數據格式；大體量模型支持能力強，數據支持量大，硬件要求較低，處理效率高；具有完整的生態圈、開放的平臺和北京跨世紀軟件技術有限公司等行業合作伙伴，收購了橋梁大師、路線大師軟件；PowerCivil提供了國內常用的道路軟件如路線大師、緯地、EICAD等的數據接口，可將PowerCivil中設計的路線與國內常用道路軟件進行數據轉換；其數據格式dgn可與Autodesk平臺的數據格式dwg進行相互轉換。Bentley平臺的劣勢：國內用戶多習慣于Autodesk平臺，需要從頭學習Bentley系列軟件的使用和開發；該系統軟件有著大量不同的用戶界面，不易上手，很難短時間掌握；本地化相對Autodesk平臺較差。

目前采用Bentley平臺的案例國內主要有中電建華東院的杭州市紫之隧道等，國外主要有英國的Crossrail地鐵、巴西的桑托斯瓜盧嘉隧道等。

圖3 紫之隧道BIM模型

2.3 Dassault平臺

達索平臺在航空、航天、汽車、大型機械、精密儀器等領域應用廣泛，該軟件的應用典型項目案例就是北京奧運會主會場鳥巢，其BIM系列常用軟件見表3。

表3 Dassault平臺BIM系列常用軟件

Dassault系列軟件的平臺軟件為CATIA，其參數化能力出色，在制造業應用普遍，但面向工程業的專業應用相對較少。

Dassault平臺的優勢：強大完整的建模能力；表現能力和信息管理能力都比傳統的建筑軟件有著相當明顯的優勢；參數化能力出色。Dassault平臺的劣勢：其與工程建筑行業的項目特點和從業人員的特點對接適應問題是其最大的問題，沒有針對路橋隧專門的軟件，沒有平縱橫的概念，沒有緩和曲線；大體量模型支持能力差；掌握需要大量的時間，上手慢；軟件價格高昂。

目前國內采用Autodesk平臺的案例主要有鐵二院的寶蘭客專石鼓山隧道[4]等。

圖4 石鼓山隧道BIM模型

2.4 比選結果

從使用習慣來說，Autodesk平臺和Bentley平臺同屬土木工程類軟件，本地化較好，較符合公路行業的使用習慣；Dassult平臺的操作主要基于機械工程的習慣和術語，對公路行業使用人員的要求較前兩款軟件要高，不易掌握。

從BIM建模能力來講，Autodesk平臺雖然應用范圍廣、軟件全面、價格低廉，但對異型結構的建模能力較弱、軟件之間無縫互導尚未實現，大體量模型支持能力差；Bentley平臺雖然做到了“一個平臺，一個模型，一個數據源”，大體量模型支持能力強，在市政隧道領域具有優勢，但對于信息屬性的添加、參數化的控制相對較弱，后期需要做大量二次開發；Dassult平臺建模和參數化能力都很強、軟件之間基本互通，但解決全壽命周期前端與后端的能力弱。

從軟件購買和引進成本來看，Dassult平臺最高，其次是Bentley平臺，Autodesk平臺最低。

綜合比較可知，公路隧道BIM技術軟件平臺可根據如下原則選取：

(1)對于二次開發能力較強的設計單位，建議采用Bentley平臺；

(2)對于二次開發能力較弱的設計單位，建議采用Autodesk平臺。

3 結語

目前，我國隧道行業的BIM之路才剛剛起步，隧道工程BIM應用還處于初級階段。為了進一步促進公路隧道工程BIM技術應用，應該從加緊制定公路隧道工程BIM標準體系、加快隧道工程BIM應用軟件開發、改變管理模式等方面為隧道BIM發展掃清障礙。