基于BIM技術的道路三維聯動設計方法探究

（中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北 武漢 430063）

隨著BIM技術的發展，BIM概念也逐漸從建筑行業延伸至交通運輸領域，交通運輸部辦公廳印發的《關于推進公路水運工程BIM技術應用的指導意見》要求，工程設計單位應加強BIM技術研發和技術培訓，鼓勵設計人員廣泛應用BIM技術，提升BIM技術軟硬件開發應用水平，加快形成以BIM數據方式提交設計成果的能力。本文結合工程設計和軟件技術研究工作，提出基于BIM技術的道路三維聯動設計方法。

一、基于BIM技術的道路三維聯動設計技術路線

圖1 基于BIM技術的道路三維聯動設計思路

基于道路工程具有線形工程及與地形密切關聯的特點，緊密結合設計師傳統的設計習慣，基于BIM的設計思想，將道路幾何設計過程演變成為一個道路三維建模的過程。具體思路為基于數字地面模型創建一系列包含智能動態數據的實體對象，例如：“道路中線”實體、“拉坡圖”實體、“豎曲線”實體、“路基模板”和“邊坡模板”實體等。通過設定這些智能實體之間的關聯，使得方案改動之后自動更新，同時快速有效地同步生成三維可視化的模型視圖，最終實現自動生成道路模型實體，并且方便的輸出符合各項規范的二維圖紙，實現道路二維出圖與三維模型生成的統一，基于BIM技術的道路三維聯動設計思路，如圖1所示。

二、基于BIM技術的道路平縱橫三維聯動設計方法

針對線路工程特點，以路基為工程實體單元，通過道路平面、縱斷面、橫斷面參數化分解，進行道路三維參數化設計，并建立道路設計要素間的關聯關系，實現三維聯動設計，構建道路信息模型。

（一）智能化“道路中線”實體

基于智能化的“道路中線”自定義實體，設計師可以直接拖拽道路中線實體上的各個夾點，以修改交點位置、圓曲線半徑、緩和曲線長度、切線長和外距等設計參數，操作過程所見即所得。“道路中線”實體修改完成后，系統會按指定的起點樁號，自動進行樁號推算，更新樁號標注、平曲線特征點和設計參數的標注，無需另行標注路線。設計者可以為“道路中線”實體指定一個數模，在平面設計修改的過程中，系統能夠實時聯動地切割數模，以及時檢查道路縱地線和橫地線的情況。

（二）智能化“拉坡圖”實體與“豎曲線”實體

縱斷面設計基于“拉坡圖”和“豎曲線”兩個自定義實體完成。“拉坡圖”實體中包含了縱斷面地面線、拉坡控制點、平曲線示意圖、高程標尺等內容；“豎曲線”實體包含了變坡點、直坡線、豎曲線、監視斷面和參數標注等內容，如圖2所示。

圖2 智能“拉坡圖”實體與“豎曲線”實體

“拉坡圖”實體與數模關聯，實時進行縱地線切割和更新。“拉坡圖”中的平曲線示意圖實時與“道路中線”關聯，一旦道路中線發生修改，平曲線示意圖會立即更新。

設計師基于“拉坡圖”進行豎曲線設計。在各控制點的約束下，動態布設豎曲線。

（三）智能化“路基模板”實體與“邊坡模板”實體

靈活多變的“路基模板”實體與“邊坡模板”實體是橫斷面設計的基礎。“路基模板”由一組彼此相連的路基部件組成，基本的路基部件包括分隔帶、行車道、硬路肩、土路肩、非機動車道、人行道等。用戶也可以自行定義和拓展路基部件。

圖3 “邊坡模板”實體的可視化編輯

程序采用“邊坡模板”控制橫斷面的邊坡戴帽設計。“邊坡模板”實體由一組彼此相連的邊坡線段組成，基本的邊坡段包括：填方邊坡、挖方邊坡、護坡道、碎落臺和邊溝等，如圖3所示。“邊坡模板”的終點控制條件能夠開展更為智能和更加復雜的邏輯判斷，從而大大減少戴帽所需的模板數量。

（四）道路信息模型實體

利用各類智能實體功能，通過數字地面模型模塊進行數據提取和導入及高速構網，為設計提供一個數字化三維地形平臺，實現能夠沿道路縱向、橫向和任意斜向，剖切地形。然后按照線路工程特點，創建路中線、縱斷面信息智能實體，與數字地面模型無縫銜接，實現道路中線平縱聯動設計，創建道路中線立體線形實體。最后基于“道路中線”實體，裝配路基和邊坡裝配模板等智能化實體，建立可視化的道路信息模型智能實體，這些智能實體從不同維度描述和記錄設計方案所包含的信息，集成和裝配為一個道路信息模型三維實體。如圖4所示。由于道路信息模型信息之間的關聯性，設計者可以快速地完成方案設計修改和自動更新，所有的設計信息保存在“道路信息模型”實體中，不依賴任何外部數據文件，實現將道路設計過程演變成為一個創建道路三維模型的過程，自動創建道路信息模型三維實體，實現道路路線專業自動出圖，同時為其他專業設計提供基礎信息。

圖4 “道路信息模型”三維實體

三、結語

基于道路線形結構物的特點及我國道路設計師的設計習慣，本文提出了一種基于BIM技術的道路三維聯動設計方法，依據該方法在道路設計軟件中開發了相應的功能模塊。通過軟件將設計繪圖過程變為繪圖與創建道路信息模型同時完成，充分發揮了BIM技術的三維可視化、信息關聯性、可出圖性等特點，提高了設計效率和質量。