基于路易+Infraworks的市政道路BIM建模與集成方法研究

林國登

(上海市政工程設計研究總院(集團)有限公司，上海 200092)

1 引言

傳統方法道路設計采用CAD方式，一張圖紙承載了道路設計中的所有的信息，錯綜復雜的線段、滿眼的符號，讓非專業人員尤其是業主很難理解，造成溝通障礙。通過BIM技術可以將項目整體信息和真實場景直觀地展現給各參與方[1]。

市政道路工程設計前期階段主要包括項目建議書段、投標、方案、初設。設計前期階段道路總體方案是一個反復調整的過程，設計前期深度不足，基于二維資料及成果很難研究出最優方案，通過BIM多專業集成可視化模型，設計人員能夠及時直觀地了解清楚設計成果與周邊構造物、控制點的關系，從而更加高效地設計出最優方案。這就要求BIM人員盡可能地與設計進度同步創建BIM模型，即快速建模。

目前，主流BIM應用軟件有Autodesk Revit系列、Benetly Building系列，以及Dassault的CATIA[2]，這三大主流BIM應用軟件各自均有道路建模的軟件，而建模操作難度大及建模速度慢是共同存在的問題，較難滿足市政道路工程設計前期快速建模的需求。

鴻業路易軟件支持市政道路、公路、互通立交設計，軟件將二維與三維設計的習慣相結合，強調設計過程即建模過程，在不改變既有設計習慣的條件下，快速創建道路模型，同時軟件還提供了各分類組件的自動化方案，通過程序輕松快速完成建模工作。

2 設計前期階段BIM應用特點

市政道路工程設計前期階段主要目的是確定建設方案，建設方案一般研究步驟如圖1所示。

該時期BIM需要將影響建設方案的所有條件均建模或者用其它形式表達出來，用于輔助設計人員進行方案研究及輔助業主快速理解總體方案和決策。需要建的模型一般包括現狀環境模型、設計模型、規劃模型、輔助模型。各分項模型中包含的模型如表1所示。

表1 分項模型所包含模型

圖1 建設方案研究步驟

設計前期階段所建的模型精度要求相對較低，一般滿足設計方案表達即可。為了最優的建設方案，將實景模型或3DGIS和多專業模型綜合集成進行設計校核及查驗，同時進行項目范圍內的景觀綠化等環境設計并直觀地進行可視化方案比選[3]，為該階段的主要BIM應用。所以該階段BIM應用涉及的專業較多，場景模型豐富，而且要求可視化效果好。

同時，設計前期階段的總體設計方案會不斷地調整的、反復的論證，從而也導致設計模型需要不斷的重復建模，而目前BIM作為下游專業，給BIM人員的工作時間往往比較有限，這就要求BIM人員要具備快速建模、模型集成及可視化成果制作的能力。項目案例展示如圖2～圖7所示。

圖2 案例展示

圖3 案例展示

圖4 案例展示

圖5 案例展示

圖6 案例展示

圖7 案例展示

3 基本工作流程

現階段BIM人員一般還不具備設計能力，而傳統設計人員也不具備BIM能力，故該時期BIM人員與設計人員共存，主要的設計工作還是由傳統的設計人員按照傳統的設計方法進行設計，而BIM也就只能是輔助設計的角色。

BIM人員作為輔助設計的角色，其主要的職責是利用BIM技術，輔助設計工作開展，提升設計質量。其主要的工作流程一般為：根據項目收集到的資料——建立全專業模型——進行全專業模型集成——可視化呈現。設計內部各個專業間、各參建方之間均可利用基于BIM可視化集成模型對方案進行討論研究，即利用BIM的可視化與各方進行溝通協調，利用BIM的模擬性，發現設計中存在的不足，并據此進行設計方案的論證和調整，優化和提升設計質量[4]。

設計前期階段BIM工作流程大致分4個步驟：資料對接——技術路線選擇——建模實施——集成及可視化交付。具體流程如圖8所示。

圖8 基本工作流程

(1)資料對接：資料對接工作主要為資料收集和資料消化，及根據BIM需求收集必要的資料，如合同文本、設計任務書、設計說明、相關圖紙等。將收集到的資料進行充分消化，了解建設條件，熟知設計方案，進一步明確BIM需求，核查資料是否齊全，應盡可能地收集相關資料，資料的完整性影響著后面具體實施的工作效率。

(2)技術路線選擇：不同的項目其建設條件、主體形式、BIM需求各不相同，即不同的項目可能需要不同的解決方案，需要根據項目實際情況選擇合適的技術路線，這個過程可能需要進行一定的技術路線探索。表2舉例了部分技術路線供參考，路易建模速度相對較快，故設計前期階段采用路易為主要建模軟件，除此之外，常用的建模軟件還有Civil 3D、Bentely、CATIA等，集成軟件根據項目的不同需求選擇。

(3)建模實施：確定技術路線后，再根據該技術路線檢查所收集資料是否完全滿足建模要求。資料齊全后，以道路專業為主體(橋梁、隧道可由道路專業進行建模)，其它專業(如管線、管廊、路燈、景觀等)配合開展建模工作。

表2 技術路線與功能需求

(4)集成及可視化交付：將各專業模型進行整合集成，并根據需求添加輔助模型，最后按實際需求制作并輸出圖片、漫游視頻、渲染視頻、輕量化集成可視化模型等。

4 鴻業路易+Infraworks技術路線

本文以鴻業路易+Infraworks(后文簡稱路易+AIW)技術路線為例，詳細介紹建模實施、集成及可視化交付主要操作流程。圖8為本技術路線的基本工作流程。

圖9 主要使用軟件

由圖9可看出，地形、道路、橋梁、隧道、交安設施均可由路易完成建模工作，故當建模精度要求較低時，這些模型應由路易完成建模。在路橋隧及交安設施模型建模完成后，還需要利用路橋隧模型對地形進行剪切。

如勘察單位提供正射影像，則影像一般不需要處理，直接導入Infraworks中完成整合即可； 如沒有正射影像，則可利用地圖下載器(如水經注、LSV)下載衛星影像，當地形圖及其它設計資料為地方坐標系，而地圖下載器沒有地方坐標系，可在ARCGIS中完成衛星影像與地形的配準，即先按常用坐標系下載衛星影像，再通過控制點匹配完成地形與衛星影像的配準。

配景建筑、水域及用地范圍均由Civil 3D對其輪廓進行處理，再導入Infraworks中完成相應模型的創建。而管線、管廊及景觀則需專業的軟件進行建模，如管線用管立得、管廊用鴻業綜合管廊，景觀用Sketch Up。其它的結構模型、輔助模型可以根據實際情況采用CAD、Revit或者CATIA進行建模。

下面詳細介紹路易+AIW技術路線建模實施、集成及可視化交付主要操作流程，圖10為本技術路線的大致流程。

圖10 路易+AIW技術路線主要流程

4.1 路易建模及導出

利用路易依次創建地形、路線、設計縱斷、道路模型，隨后處理道路之間的平立交并創建道路綠化帶，再創建橋隧模型，然后進行護欄、邊坡、標線等其它模型的創建。綠化帶在橋梁和隧道之前創建是因為當橋梁或隧道為分幅時，需要有中央分隔帶。最后對地形進行挖洞處理。

模型導出時，地形模型導出為LandXML格式文件，其余模型均導出FBX模型文件。地形導出LandXML格式文件后還需要在Civil 3D中將LandXML文件轉為IMX文件供Infraworks中整合使用。在導出FBX模型文件時，需要給一定的偏移量使模型中心盡量靠近原點，因為當模型中心離遠點較遠時，模型導出會失真。

4.2 Navisworks模型整合

Autodesk Navisworks可以將設計和施工數據整合到單個模型，在施工前發現并解決沖突和干涉問題，整合多個領域的合作數據，以便更好地控制成果，我們可以利用Navisworks模型集成功能進行模型整合，主要目的是將不用軟件創建的模型先整合在一起。因為不同的建模軟件其坐標系(左手坐標系、右手坐標系)和API可能不一樣(Revit API中的長度單位都是統一用英尺)，所以需要先進行轉換為統一的坐標系和API。一般情況下在Navisworks中先附加路易的模型文件，后面添加的模型文件都會跟它保持一致，這樣子就可以解決坐標系和API的問題。

當然，在Navisworks中我們還可以對模型的材質、位置和方向進行調整，也可以隱藏局部不需要的構件模型、模型分類分組導出等。

4.3 Infraworks模型集成及可視化交付

Infraworks 是一款功能強大的全新設計工具和整合平臺軟件，可根據項目真實環境極其方便快捷地創建和編輯道路、隔離帶、水域、綠化等模型，并可進行交通模擬分析、可視化展示等操作[5]。

在Infraworks中新建項目，新建項目時如果對坐標系沒有過高的要求可按默認坐標系即可。整合時，最好先導入地形曲面.imx并進行配置和刷新(配置時坐標系根據項目需求選定)，此時地形曲面就會出現在場景中。導入模型的功能路徑：數據源——添加文件數據源(地形為Autodesk IMX、FBX模型為3D model、影像為Raster、建筑、水域、用地紅線為SDF)。如圖11所示。

Infraworks可以導入三維模型文件(3D model)，可以改變模型大小、位置和方向，但是不能對導入的三維模型進行編輯。

需要注意的是，路易模型導出時給了偏移量，而地形原坐標導出，故配置路易模型時需要給反向的偏移量，將模型移回原坐標(其他軟件導出的模型同理)。模型的導入需要配置并刷新，模型才會導入至場景中，配置時個模型文件需選擇統一的坐標系。

建筑.sdf文件配置，類型選擇“建筑”，如導入的建筑輪廓有標高時，勾選“屋頂海拔高度”，無標高時不勾選并給定一定的屋頂高度，關閉并刷新后，軟件自動創建建筑模型，建筑模型的材質貼圖可以進行修改； 水域和用地.sdf文件配置時類型均可選擇“覆蓋區域”，水域的“規則樣式”選擇水域材質即可。

Infraworks軟件也可支持創建一部分模型，如道路、橋梁、隧道等及一些環境模型，為了有較好的可視化效果，一般會在Infraworks進行綠化的種植、水域的描繪，甚至是一些道具的布置。如圖12所示。

圖11 數據源配置

圖12 場景效果圖

Infraworks集成完成后，如需要給業主或他人瀏覽該集成模型，可將該項目文件的文件夾發送給業主或他人。他們可以用Infraworks軟件打開查看該集成場景，但不能再對模型文件再進行配置。如圖13所示。

圖13 圖片和動畫制作

Infraworks也可以輸出高清矢量圖和動畫視頻，動畫視頻的創建方式也比較豐富。

7 結束語

BIM在市政道路設計前期階段主要應用為總體方案的可視化表達，通過BIM可視化技術可以對市政設計工程項目進行更直觀的預覽[6]，設計人員利用BIM的可視化與各方進行溝通協調，利用BIM的模擬性，優化和提升設計質量。設計前期階段最不穩定的是方案本身，總體設計方案會不斷地調整的、反復的論證，需要BIM人員要具備快速建模、模型集成及可視化成果制作的能力。本文結合市政道路設計前期階段BIM應用需求，梳理該階段BIM應用特點，對BIM基本工作流程及技術路線進行探究，并以路易+AIW技術路線為例，詳細介紹BIM工作實施全流程。

BIM作為建筑工程領域新技術，其在市政工程設計階段中的應用必將不斷的成熟，理想的BIM設計應該是這樣一種模式：設計院內各專業在同一個模型上面協同工作，由主體專業創建協同模型，其它各專業在此模型的基礎上，對模型進行信息深化，進行各自的專業設計。設計結束后，向業主提供完整的、包含全專業設計內容的綜合模型。這個模型里已經實現了可視化設計、協同設計、性能化分析、以及管線綜合的相關內容。業主根據設計院提供的BIM模型，向施工及運維方向去延伸，以實現建筑全生命周期的BM能力[7]。

BIM技術提供了全新的設計載體，帶來了全新的設計方式[8]，BIM設計技術的應用使得設計質量得到顯著提升已經是業界的共識，實現理想的BIM設計是一個長期的過程，而傳統設計與BIM設計并存將長期存在。希望本文介紹的技術路線能夠在市政工程設計階段的BIM工作開展中給予BIM人員及傳統設計人員一定的幫助。BIM設計必將是未來設計的主流，唯有實現BIM設計為主，二維設計為輔，才能發揮BIM更多的價值。