BIM技术在市政道路设计中的应用及难点分析

梁庆学，李新星，熊 诚

（中国市政工程中南设计研究总院有限公司，湖北 武汉 430010）

0 引言

随着我国社会与经济的快速发展，工程项目规模越来越大，功能越来越齐全，个性化需求也越来越多，而传统二维设计的弊端也日益凸显。近些年来，伴随着信息技术普及应用，社会对从业者提出了更高的标准与要求，智能建造与精细化设计已成为提升企业竞争力的重要手段。BIM作为一种新兴智能辅助技术和管理工具正在推动着工程设计、建造、运营维护等多方面的变革，有着越来越大的社会需求。本文以市政快速路改造工程为背景，探索了BIM技术在市政道路设计中的应用方法，分析了BIM技术应用难点。

1 项目概况

西陵二路快速路位于宜昌市西陵区，项目设计起点为沿江大道，终点为东山四路快速路。道路红线宽度28～63m，双向4～6车道，设计全长7501.199m，属旧城区快速化改造工程。工程设计内容包括道路工程、排水工程、桥梁工程、通道工程、照明及电力工程、绿化工程、交通工程等。该项目具有体量大、标准高、专业交叉多、涉及面广、项目空间性强、复杂多变等特点，在市政快速路中具有一定的代表性。

项目以宜昌市西陵二路快速路工程为依托，综合应用 AIW、Revit、Inventor、Civil3D、Navisworks等多款辅助设计软件完成了西陵二路快速路工程的BIM设计，实现项目的三维展示、二维出图、工程量快速测算以及碰撞检查等功能。其主要设计内容包括项目三维地形模拟、全线道桥隧三维模型搭建、交通组织及标牌设计、配套景观及管线工程设计、4D施工模拟等。

2 BIM技术应用及成果

2.1 应用环境

目前市场上的BIM类软件主要是针对建筑行业开发的，市政行业相对较缺乏，且国外软件占主流，而对市政道路行业更是缺乏成熟的软件和应用环境。该项目选用欧特克的BIM系列软件为平台，采用多专业协同设计的模式对市政道路BIM设计进行了探索，如图1所示。

图1 项目BIM应用软件环境

2.2 应用方法及成果

2.2.1 地形图绘制

传统市政道路设计采用的是二维地形图，在二维地形图中具体的高程都是以数字的形式体现，表达方式枯燥且不直观。BIM设计中需模拟项目的3D效果，采用的地形图为三维地形数据文件。本项目利用Civil3D对二维地形图进行处理生成三维地形数据文件（见图2），从而对设计地形进行直观的模拟，对展示方案和优化设计具有良好的效果。同时利用Civil3D还可以完成道路的边坡处理、场平设计以及土方计算等任务。

图2 项目三维带状地形

2.2.2 创建道路

首先创建道路中心线。道路中心线的设计与绘制是市政道路设计中的重要内容，也是三维设计的基础工作。在设计过程中会涉及各种控制因素，如规划资料、用地限制、道路平纵设计的规范指标等。因此，首先统筹考虑各种控制因素，对道路设计中心线进行分段调整和优化处理，然后利用设计软件Civil3D生成道路三维中心线，即完成道路的平纵设计。

对于市政道路，由于功能复杂，横断面往往并不是一成不变的，而是需要结合各段道路的功能和用地进行调整。对于复杂的道路横断面可以采用Civil3D的部件编辑器进行创建和装配，如图3所示。

图3 部件编辑器创建复杂路幅断面

2.2.3 创建重要构筑物模型

目前Revit在建筑行业的应用已经比较成熟，也有较多的成熟案列，Inventor则主要应用于机械设计行业。项目应用Revit和Inventor进行市政路桥项目的三维设计是一种探索和创新。

本项目的标准桥墩、桥台、护栏、挡墙、交通标牌、房屋建筑等构筑物采用Revit和Inventor建立了项目族库，进行了参数化的定制设计，如图4所示。

针对本项目复杂的沿江立交、变宽异型桥梁以及体育场路大型下穿隧道等节点Revit和Inventor已无法完成项目的精确模拟。因此项目组多次探索后采用了基于Revit的二次开发程序Dynamo进行程序化建模，解决了常规软件无法实现的功能，如图5所示。

图4 项目标准族库

图5 Dynamo创建立交工程

2.2.4 项目三维模型整合

将三维地形、Civil3D创建的道路以及重要节点的Revit和Inventor模型导入设计软件AIW中进行整合。利用AIW的贴图功能将实景地图赋予导入的三维地形来模拟项目实际地形。利用AIW完成道路的配景，再通过AIW的其他功能创建道路桥梁附属结构、行人、车辆以及项目周围建筑物、山川、河流、湖泊、树林等。最后通过AIW的漫游功能进行项目的三维动画展示。多专业模型整合如图6所示。

图6 多专业模型整合

2.2.5 碰撞检查和施工模拟

市政路桥项目涉及专业广、交叉点多，利用Navisworks可以进行项目的碰撞检查，避免专业冲突，减少设计失误，能有效避免设计事故。

利用Navisworks进行施工模拟，能够直观地反映项目的施工组织，有利于把控项目施工期间的风险、成本和进度。

2.3 创新点

（1）利用Revit和Inventor创建了市政道路中标准构件的参数化族库，族库的完善能够极大地提高设计效率，避免重复设计和返工。

（2）利用Dynamo实现复杂立交桥梁、大型隧道工程的三维建模和设计展示。Dynamo是基于Revit的二次开发程序，对于市政桥梁隧道中的大量空间异型结构，如变宽变高箱梁、“裤衩”匝道、隧道出入口节点等采用Dymamo能真实地完成其三维模型的搭建和参数化定制。

（3）利用部件编辑器完成了市政道路复杂多变的路幅横断面设计并进行了装配。市政道路功能复杂，横断面涵盖车行道、人行道、非机动车道、绿化带、隔离带、公交站台及市政附属管道、路灯照明、交通监控等诸多设计元素，且受城市规划、用地限制和沿线交叉口影响，路幅断面变化多端，进行三维设计时很难实现标准化。采用部件编辑器能够针对不同桩号范围的道路断面进行参数化定制，然后进行道路装配即可真实地展现道路平面的变化。

（4）整合了多专业三维空间模型，基本实现了设计的协同化、集成化和可视化。项目前期按专业进行划分，分别建立了三维地形、桥梁、隧道、地下管线及附属设施的三维模型，后期通过AIW进行了整合和后期处理，形成项目的整体BIM模型，便于项目设计方案的展示和检查。

3 BIM应用难点分析

（1）BIM技术作为一种新的技术，在国内目前还处于尝试和探索阶段，其技术本身还不太成熟，应用局限性强，软件的应用环境较差。BIM类软件普遍对电脑硬件要求高，设计思路与模式与二维设计不一样，要大面积推广使用BIM进行设计，不仅需要投入较多的财力，也需要设计人员投入更多的精力来重新学习新的设计思维模式。同时，BIM技术是从国外引进过来的，目前市场上的软件还是以欧美为主，其对于国内设计规范、设计思路和市场规则的适应性也不够完善，软件无法做到与中国规范结合，这也给技术推广带来了很大的难度。

（2）市政道路地形均为带状结构，处理量大、时间长，对计算机硬件要求高，影响设计效率；三维设计对地形数据要求较高，如若地形数据被人为修改、筛检、更换坐标系统等，都会给设计带来较大麻烦，增加三维设计难度和影响设计的精度。

（3）市政道路含大量复杂的空间立交、变宽桥梁、匝道桥、下穿通道、样式多变支挡结构，大多数结构均为三维空间异型曲面，逻辑算法复杂，标准化参数化设计难度大，加之目前BIM系列软件局限性强，需要进行二次开发才能解决。这些局限性严重影响了设计效率和精度，与BIM的初衷不符。

（4）项目本身的复杂性、多变性，涉及专业面广，交叉协作要求高，方案调整变化可能性大等特点，导致设计人员对应用BIM的积极性不高，推广BIM进行三维设计难度大、进展慢、效果差。

4 结语

虽然目前BIM技术在市政道路项目中的应用尚不成熟，也存在一些与现状设计思路和市场规则相矛盾的地方。但其作为一种新技术革命已然开始改变了传统的市政路桥设计方法和观念，使设计由二维提升到三维层面，有利于进一步优化设计方案，提高工作效率和设计质量，加强设计环节的交流和合作，提前发现项目设计过程中出现的一些问题，有效避免了重新设计的风险。BIM技术在市政路桥设计中的应用，对于解决传统市政设计中存在的问题提供了新的途径，使市政道路设计更加趋于科学。这对于推动市政道路设计的发展具有重大的推动意义。

参考文献：

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