BI M技術在城市道路設計中的優勢與應用研究

喬冠棟

（太原市建筑設計研究院，太原 030002）

1 引言

城市化進程中，人們對城市道路設計提出了更多的要求，并且隨著道路建設環境的復雜化，傳統設計模式已經無法滿足城市道路的設計要求。BIM技術的應用可創新城市道路設計方法，降低道路設計難度，幫助設計人員更準確地計算城市道路設計參數，提升我國城市道路設計水平，促進城市交通體系的進一步完善。

2 BI M技術相關概述

BIM即建筑信息模型，是新時期工程建設領域的關鍵技術之一，是信息技術飛速發展的產物。基于BIM技術，相關人員可結合工程建設需求，建立數字化的信息模型，用3D、4D乃至5D的數據模型處理建設方案，并以此通過數字化的加工與管理提升工程設計質量。城市道路設計中，BIM技術可貫穿項目規劃設計的整個生命周期，滿足不同階段的建設要求。BIM技術的主要特點是協同化、可視化、仿真化及數據化。隨著近年來BIM技術在工程建設領域的廣泛應用，各類BIM軟件層出不窮，為城市道路工程設計提供了極大的便利[1]。

3 城市道路設計難點分析

城市道路是城市交通系統的重要組成部分，其設計質量關系著城市經濟的發展速度，影響著人們的生活水平。但在城市道路設計中存在較多的實際問題，導致城市道路設計難度較大。但隨著BIM技術的引進，設計人員可利用BIM 3D模型驗證設計方案的可行性，提前排查設計風險，更合理地控制城市道路設計中的各項參數[2]。

4 BI M技術在城市道路設計中的優勢

4.1 提升設計效率

傳統的城市道路設計均采用2D設計模式，適用于道路建設條件良好的區域。但對于周圍影響因素較多的城市道路，線路分布、周圍路況、地質條件等都會對城市道路設計效率產生影響，導致城市道路設計進度緩慢。BIM技術則可憑借自身可視化的技術特征，建立數據模型，立體地呈現城市道路建設區域的地形條件、環境條件，幫助設計人員計算設計參數，并用具象化的3D設計圖紙，使設計人員可以多角度地分析設計方案的可行性，篩選最佳的城市道路設計方案，高效地完成設計方案[3]。

4.2 降低設計風險

BIM技術具有仿真性特點，可以仿真模擬城市道路設計方案。設計人員不僅可根據城市道路工程仿真模型細化道路設計，完善城市道路設計內容，還能利用BIM技術建立城市的3D地形圖，直觀地呈現道路建設區域的地貌條件（見圖1），使設計人員可以掌握設計方案的實施難點與設計重點，提前排查設計階段的風險隱患，降低城市道路設計風險。

圖1 某城市道路設計階段BI M軟件演示圖

5 BI M技術在城市道路設計中的具體應用

5.1 道路縱斷面設計

縱斷面設計是城市道路設計的關鍵內容，設計人員可按照城市道路的整體設計要求應用BIM軟件，建立道路縱斷面BIM模型。模型可立體地呈現道路設計中縱斷面的實際情況，使設計人員通過縱斷面設計功能繪制道路縱斷面設計圖。（1）設計人員可應用OpenRoads Designer、InRoads、GEOPAK-MX、PowerCivil等BIM軟件創建道路設計BIM模型。（2）在軟件中分別創建“主線路縱斷面”“道路縱斷面設計線路”等設計任務，輸入道路設計前的勘測數據信息后，該軟件可自動繪制縱斷面曲線切線、路面、曲面，生成可視化的縱斷面BIM設計模型[4]。（3）設計城市道路縱斷面的坡線時，BIM軟件的“縱斷面布局”功能可自動繪制完整的道路縱斷面圖，幫助設計人員檢驗道路縱斷面設計中的關鍵參數，優化縱斷面布局設計。（4）道路縱斷面設計過程中，設計人員可依照BIM模型實時監測重要路段的設計數據，在線修改部分設計參數。在此過程中，BIM軟件可自動關聯縱斷面的實體設計及其他設計模型中的實體設計，便于在發現設計中有沖突問題時及時修改、優化縱斷面設計。具體關聯情況如圖2所示。

圖2 道路縱斷面設計實體的關聯圖

5.2 道路線路設計

線路設計中工作的關鍵在于道路中心線的設計，設計人員只有提前設計好道路中心線，確定道路主線，才能為后期施工做好準備，減少道路建設風險。（1）設計人員可基于BIM技術建立道路信息模型，模型是利用道路周圍地形數據、基礎信息建立的3D實體模型。在航空數字影像技術、衛星攝影技術的支持下，可在BIM軟件中形成虛擬的道路空間。然后根據立體的道路建筑區域設計道路線路，確定道路中心線[5]。（2）結合BIM信息模型，制作道路平面路線，并結合道路設計一覽表中道路起點、終點的相關信息，補充平面路線圖中的設計參數。用Civil3D軟件生成可視化的道路線路圖，完成基礎設計后，設計人員可操作軟件，轉換中心線。（3）設計人員可結合現有的線路圖確定道路線路設計中橋梁、隧道、涵洞位置，以及道路線路上的里程標、路燈、護欄等附屬設施的設計，細化道路設計內容。

5.3 道路地形圖的建立

在道路設計階段應用BIM技術時，設計人員可基于BIM軟件建立道路地形圖。地形勘測是道路設計的基礎性工作，BIM技術支持下的3D地形圖可詳細表達設計中應注意的影像因素，更直觀地呈現道路設計難點[6]。

設計人員可應用BIM系列中Revit軟件內的LOD100、L500等概念化設計功能，初步建立道路設計前期的地形圖，在此過程中，設計人員可利用大比例尺地形圖作為BIM道路地形圖的基礎信息。生成立體地形圖后，設計人員可借助BIM技術的應用優勢，更精準地規劃選線，模擬分析城市道路設計中的各選線方案，直觀地查看不同選線方案中城市道路與周圍建筑物及地下管線的碰撞情況，篩選出拆遷少、無碰撞的最佳方案。

5.4 道路橫斷面設計

城市道路的橫斷面設計內容包括綠化帶、人行道、非機動行車道、公交站臺等設計內容。設計過程中還需要考慮交通監控、給排水管線、電力通信等因素。隨著BIM技術的應用，相關人員可利用BIM軟件的仿真特點模擬道路建成后的運行、交通情況，同時根據道路周圍的環境系數確定橫斷面的設計參數，確保城市道路橫斷面設計的科學性。在BIM技術的支持下，設計人員可直接將橫斷面設計、道路平面設計、縱斷面設計集中在同一信息平臺中，讓設計人員通過各設計主體的相互關聯，更直觀地分析橫斷面組件的設計情況，進而合理調整城市道路橫斷面的設計參數。

以利用BIM系列CivilStation Designer軟件設計道路橫斷面為例。設計人員利用軟件初步完成道路橫斷面設計后，可結合橫斷面的各主體結構細化設計內容，或根據各道路主體結構的BIM信息模型設計道路路基、橋梁、涵洞的橫斷面。在CivilStation Designer軟件中，設計人員可直接利用軟件中的路基模型對路基橫斷面進行設計，然后分別完成路基結構設計、邊坡設計、護坡設計、統計工程量等工作。

在此過程中，該BIM軟件具有參數化道路橫斷面設計功能，可以為設計人員提供行車道、邊坡、排水溝等設計參數的優化功能，同時生成子設計模型，以用于存儲路基加固設計、防護設計等BIM信息模型，生成完整的道路路基橫斷面設計模型。

5.5 道路立交設計

城市道路立交設計是道路工程設計環節的重難點問題，BIM技術在道路立交設計中可通過3D信息模型創新道路立交設計模式，提升設計效率。

具體來說：（1）設計人員可借助BIM技術，建立道路立交模型，模型中包含立交橋結構模型、橋墩設計模型、橋面路基設計模型等，且模型能夠直觀地呈現設計參數，準確描述設計內容。為確保城市道路立交設計的可靠性，設計人員可采集立交周圍的地形與環境信息，建立3D模型，優化立交設計，控制道路立交設計方案中的工程量。（2）城市道路立交結構較為復雜，設計環節面臨的質量風險較為嚴峻，設計人員可利用BIM技術針對道路立交結構進行碰撞檢查，排查立交設計中的碰撞問題，及時調整設計參數，確保道路立交設計方案的可行性。（3）設計人員可通過BIM系列的EICAD軟件分別設計城市道路立交的平面、縱面及橫截面，確定立交結構中橋梁、隧道的設計參數。之后，設計人員基于BIM系列的3D Experience軟件，建立全參數化的城市道路立交設計模型。設計人員還可借助3D Experience軟件中的草圖編輯器、多界面實體功能，分別根據道路立交的整體設計建立城市立交中道路、橋梁的PC/RC箱梁參數化模型。3D Experience軟件中各設計模型中的參數可反復修改、調用，有利于提升設計效率。設計人員可應用軟件中草圖編輯器、個性化用戶設計模塊，調整模型中橋梁或隧道的鋼箱梁設計參數、橋墩設計、橋臺設計參數，修改完成后將模型中的數據導出，編寫資源表，為后期施工提供更詳細的結構設計數據，使其能夠批量化生產城市道路立交結構。

6 結語

綜上所述，為保障城市道路設計質量，相關人員應正確看待BIM技術在道路設計上的應用優勢，挖掘各類BIM軟件的設計潛能，使其作為城市道路設計的輔助工具，從而進一步優化城市道路設計方案。為有效利用BIM技術，設計人員還應結合城市道路設計的實際情況，靈活運用BIM軟件，針對性地建立道路設計階段的BIM模型，從源頭上降低設計質量風險，提升城市道路設計水平，推動城市道路設計行業的現代化發展。