BIM技術在城市道路接入設計中的應用

程金釗

摘 要：道路接入點處交通流發生變化，容易產生交通事故。利用BIM技術可以直觀地展示場地現狀，分析接入需求。開展接入點處的三維設計，直觀地展示了設計成果，方便進行成果評估。將BIM設計成果導入交通分析軟件，評估通行效率、凈空需求，能進一步體現BIM技術的優勢。相信隨著BIM技術的發展，基于三維模型和數據的分析將會越來越完善，BIM技術將促進交通事業更好地發展。

關鍵詞：BIM技術;城市道路;接入設計;應用

中圖分類號：U412.37 文獻標識碼：A

0 引言

BIM技術主要是建立建筑信息化的三維模型，通過模型展示較為完整的建筑信息，相關技術人員可通過模型對建筑進行了解。現階段，BIM技術得到廣泛應用，在市政道路設計中的應用極大地提高了設計效率，使市政道路工程建設方案更加合理，從而避免重復建設造成的浪費，使得社會資源得到更合理利用。

1 BIM技術的發展及其應用

1.1 BIM技術的發展與應用

由查理·伊斯特曼于1975年提出的建筑描述系統被認為是BIM的前身，該理論是建立在數據轉換的基礎之上，利用三維建筑信息模型與二維平面圖紙進行關聯的方法，在對三維模型修改的同時達到二維平面圖紙實現自動同步更新的目的。以BIM技術對項目設計進行全過程模擬，各專業設計人員即使是在不同階段中，只要使用同一模型，對各自負責的工作進行設計操作，即可以達到協同設計的目的，能夠有效地對整個工程進行計算、分析以及模擬。最近幾十年來，隨著科學技術的迅猛發展，計算機的硬件與軟件水平也得到了快速提升，使得BIM技術在工程建設領域內逐漸備受關注，并且應用范圍迅速擴大。我國的BIM理念于2004年第一次被引入，并于2010年首先在建筑工程領域范圍內得到快速發展，后來逐步在市政道路中得到了應用。

1.2 常用BIM軟件介紹

BIM技術的應用主要是以強大的硬件與軟件系統為支撐所建立起來的，但是由于我國科學技術起步較晚，導致BIM技術在我國還沒有成熟的核心軟件系統，所以我們在當前所使用的BIM軟件都是從國外引進的，主要有四種經常使用的軟件。其中市政道路設計主要采用Autodesk以及Bentley兩家公司的軟件進行。其中Autodesk系列的BIM軟件主要有Civil3d、Revit以及Infraworks，其中Civil3d是以AutoCAD為基礎的道路工程三維軟件，Revit是專業的橋梁三維設計軟件，而Infraworks則可對設計方案與結構布置進行優化，并實現工程量的初步統計分析。Bentley系列等BIM軟件則有PowerCivil與BridgeMasterModerler兩種，其中PowerCivil可進行三維化建模與工程信息參數集成，BridgeMasterModerler則可進行渲染、可視化以及動態視圖和施工模擬操作。

1.3 BIM技術的優勢

（1）可視化。采用BIM技術，不僅能夠詳細地呈現工程現場的地形地貌、設計細節，更具優勢的是可以清楚地了解到道路結構以下的給排水與其他綜合管線信息。設計人員將所獲得的這些信息作為依據進行參考，從而實現能夠直觀的檢查設計成果，合理的布設管線。

（2）協同性。隨著城市建設進程的逐漸完善，市政道路改擴建項目也日益增加，市政道路工程的建設內容也越來越復雜，對于道路建設的要求也越來越嚴格，使得道路設計的難度逐漸加大，需要更加專業的技術人才來協調配合工作，從而保證市政道路設計的效果滿足預期要求。針對之前的二維設計進行分析，不同的專業人員之間主要依靠分圖層對不同專業設計內容進行比對復核，或者利用協同設計系統進行聯合設計。但這樣的合作形式只能滿足較低層次的協同合作，無法達到各個專業之間較深層次的合作。若是在設計過程中應用傳統的二維設計，需要對地下管線、道路綠化、道路照明、交通設施、交叉口、公交車站等部分進行分項設計，對于不同分項的工程設計存在較多的關聯數據，單純地進行整合，容易出現設計差錯。而在應用BIM技術時，可以借助于子模型來進行高效的協同模式的合作，使其道路設計能夠實現預期的標準。

（3）仿真性。市政道路在滿足使用功能的基礎上，還求要與周邊的景觀與建構筑物相互協調統一。在傳統的設計工作中，只有進行專項的翻模操作才能實現，這種操作方法不僅費時費力，得到的結論往往與實際也相差較大。而BIM技術則可以彌補這一缺陷，它根據需要隨時查看設計效果，還能夠完整、清晰地呈現出工程細節。

（4）優化性。市政道路設計涉及到道路、橋梁、給排水以及綠化和各種專業管線，在傳統的設計工作中，對道路結構以下的各種管線之間的沖突是很難發現的，通常是到了施工階段才會發現，不僅會造成工期的延誤，還導致了工程成本的增加。而BIM技術則可以避免這些問題，它在設計階段的初期就可以識別這些問題，并及時調整設計方案。

2 BIM技術輔助接入分析的技術路線

目前，BIM技術在場地三維建模、基礎設施三維設計、三維表現方面有比較成熟的解決方案。建立場地的三維模型是進行接入分析的基礎，目前，常用的場地三維模型建立的方法有：（1）通過傳統測量方法（全站儀法或衛星定位測量法），獲得測區若干點的三維坐標，采用軟件建立三維場地模型。（2）采用三維激光掃描儀，獲取測區的密集點云，利用點云建立三維場地模型。（3）采用無人機傾斜攝影，從多個角度拍攝測區的照片，通過軟件構建區域的三維模型。相對于前兩種方法，無人機傾斜攝影法可以得到測區真實的紋理信息，詳細、直觀的表現場地信息，因此推薦用無人機傾斜攝影的方法建立場地三維模型。在場地三維模型的基礎上，可以分析現有道路的交通組織，擬定接入方案，進而進行三維設計。基礎設施的三維設計常用的有鴻業、Bentley和Autodesk等公司的相關軟件。這些道路三維設計軟件操作簡便、靈活、符合國內設計行業的需要，并且軟件有渲染功能，能夠集成傾斜攝影模型，方便設計方案展示與成果交付。

3 工程應用

東風快速路是某市路網規劃中的重要組成部分。建成通車后，方便了市民的出行同時，也加速了周邊土地開發的速度。根據規劃，東風快速路西側的海河路需要接入快速路。目前，海河路已經完工，為順利實施海河路的接入，做好接入分析與設計，減少因接入引起的隱患，擬采用BIM技術進行接入分析與設計。

3.1 構建原始場地模型

根據項目需要，首先采用無人機采集接入處的場地信息，分別按照正射影像和三維模型的構建需要進行航線規劃。執行完拍攝任務后，利用照片生產出正射影像、密集點云、三維模型，以滿足后續分析與設計的需要。道路地形圖處理在市政道路設計中十分重要，一般情況下勘測單位都會按照具體的設計要求來提供相關的二維或三維的地形圖。二維地形圖的高程點通常是以0來設置的，而具體的實際高度是在地形圖旁用數字進行標注的。對于三維地形圖來說，會用明確的數字進行標注，Z標識則表示的是高程坐標點。利用BIM技術對三維地形圖進行處理后的步驟：首先要打開軟件圖層管理進行冷處理與除開高層點、外圖層的反向選擇操作。再進行創建曲面功能，之后選定高程點，最終對全部高程點進行處理，并創建曲面查看。

3.2 道路中心線繪制

在市政道路接入設計中道路中心線繪制的整體效果與道路設計的整體效果間存在相關性，在具體的設計環節中，由于受到多種限制性因素的影響，使繪制中心線的準確性受到不同程度的影響。為了保證所繪制的中心線符合預期所要達到的要求，必須在繪制前就考慮到相關的限制性因素，并按照相關的規定進行線位的擬合處理，合理調整其曲線長度、半徑等相關性因素。BIM技術應用中，在設計的初期要對中心線進行控制分析，以便在3D圖形中，確定中心線的位置后插入中心線。若要轉換中心線，要按照相關的規定標準，并把3D地形圖作為基礎將中心線轉換為多段線。對于路線的創建要尋找相關的功能，再執行，在輸入欄中輸入所要創建的線路。

3.3 接入口現狀分析

根據接入口的原始場地模型進行現狀分析。擬接入道路海河路已經施工完成，橫斷面寬30 m，橫斷面包括人行道2×3.5 m，綠化帶2×1.5 m，非機動車道2×3 m，機動車道14 m。東風快速輔路為雙車道，每車道寬3.5 m。交叉口處，海河路進口道為單右轉車道，車道寬3.75 m，海河路的出口為雙車道，每車道寬3.5 m。交叉口南側約36 m處，有一施工臨時道路接入口。經過模型分析，當前交叉口處交通設施還不完善，主要問題包括：（1）輔路右側綠化帶沒有開口，不能滿足海河路的接入。（2）海河路出口為雙車道，銜接輔路的單車道，渠化不合理。（3）輔路雙車道之間為虛線分隔，渠化不合理。（4）缺少必要的信息提示設施。（5）施工臨時道路接入口距離海河路交叉口太近。

3.4 接入口改進設計

通過對場地模型的詳細分析，設計師、評審專家提出了如下改進方案：（1）輔路右側綠化帶增設兩個出口，出口長12 m，滿足車輛駛入和駛出。（2）優化海河路出口，通過渠化設計，在路口將雙車道變為單車道，車道寬度設計為4 m。（3）輔路上距離交叉口110 m處，設置交叉口提示標志，使右轉車輛提前進入最右側車道，輔路上雙車道間的虛線改為實線，實線長120 m。（4）交叉口處增加導向線、非機動車道提示，增加交叉口提示標牌、人行道提示標牌等交通設施。（5）關閉施工臨時道路的接入口。

4 結束語

新建道路接入已有道路就會形成交叉口，接入點處易發生交通事故。以海河路與東風快速路接入項目為背景，探索應用BIM技術進行接入分析與設計。采用傾斜攝影技術獲得了接入點處詳細的三維實景模型，在此基礎上分析道路接入存在的問題，利用BIM軟件進行接入點的三維設計，并與三維實景模型相融合。結果顯示，應用BIM技術方便了接入分析，并能直觀地展示接入設計，方便進行設計方案評估與進一步優化。

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