浅谈基于Bentley平台的BIM技术在市政道路设计中的应用

马迪

（中国市政工程西北设计研究院有限公司，甘肃 兰州 730000）

1 概述

建筑信息模型（Building Information Modeling）是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为基础，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息，通过三维建筑模型，实现工程监理、物业管理、设备管理、数字化加工、工程化管理等功能。BIM在建筑对象全生命周期内具有可视化、协调性、模拟性、优化性以及可出图形五个特征。BIM在设计阶段主要包括施工模拟、设计分析与协同设计、可视化交流、碰撞检查及设计阶段的造价控制等。施工阶段BIM技术主要应用包括虚拟施工及施工进度控制、施工过程中的成本控制、三维模型校验及预制构件施工等方面。

Bentley公司开发的Microstation平台于1986年发布，该平台具有完善的数据交互能力与协同功能，并在BIM设计中引入了参考的方式进行模型组装以减少电脑硬件需求。其各专业软件都基于Microstation平台进行操作，可实现各专业的协同设计以提高建模效率。市政道路交通专业BIM建模主要涉及道路专业Powercivil软件、桥梁结构专业Prostructure和CivilStation Designer软件、管线专业Powercivil的SUE插件、项目管理软件ProjectWise以及后期渲染软件LumenRT。

2 Bently平台道路建模流程

2.1 建模前准备阶段

进行建模工作前，首先进行网络服务器的建立。市政道路BIM设计中庞大的模型系统需要不同专业人员进行分工协同设计。BIM设计团队通过网络服务器可实现模型系统的多专业协作和模型实时同步更新。网络服务器管理人员依据建模分工对项目组成员设置相应权限以保证协同工作成果的有效性。

2.2 规划阶段

项目各设计阶段对BIM模型精度要求各不相同，从勘察/概念化设计的LOD100到项目竣工/运维的LOD500，模型精度要求不断提高。设计人员可根据设计阶段和业主要求决定交付模型的精度。规划阶段模型精度要求较低，设计人员可利用大比例尺地形图等基础测量数据制作道路模型。相较二维规划选线，BIM模型可利用可视化设计和协同设计的优势，对道路的各选线方案进行模拟分析，分析规划道路与现状建筑结构物、管线、设备之间的碰撞问题，减少拆迁，寻找最佳方案。以道路模型的形式向业主展示方案，可有效提高业主的决策效率。

2.3 勘察测量阶段

作为BIM建模工作的基础，地形地质模型的质量直接决定其他各专业建模成果及提取工程量的准确性。Bentley平台通过Powercivil软件进行地质地形模型的建立。对于地形模型，主要利用勘察测量单位提供的道路横纵断面高程数据、小比例尺地形图或航拍照片进行三角构网而后生成曲面。生成后的地模可利用GIS地形影像进行表面纹理叠加，从而将区域内的地形地貌信息（如山川、河流、植被、人工构造物）生动地表现出来。

对于地质模型，主要采用二维钻孔资料，通过拉伸生成三维地质模型，设计人员根据三维地质模型分析掌握区域内地质情况从而在选线时避开不良地质或对不良地质进行处理。

2.4 设计阶段

地形地质模型建立后，各专业需共同完成服务器材质库的建立，确定材质库中如混凝土、沥青、钢筋、植被、土壤等所有元素的三维模型表达形式（如颜色、纹理等视觉效果）。各专业在进行建模前需将各自建模软件与服务器材质库进行连接以保证建模结果的一致性。

道路专业建模涉及路线工程、路基路面及附属工程、交通工程、立交设计、高边坡设计、被交路及老路改移等工作。

道路专业通过Powercivil软件参考制作完成的地形地模进行道路中心的绘制。道路平面选线及纵断面的设计方法与现行二维软件设计方法（如交点法）相同。道路中线设计完成后，道路专业向桥涵专业提供三维道路中线，桥涵专业可与道路专业平行设计。由于该阶段未开始横断面布设，所以管线、照明和交通专业可先进行专业构件库的建立，如检查井、路灯灯型、交通标志牌等，待道路桥涵专业提交加载横断面和桥梁成果后可进行构件的放置。

Bentley平台Powercivil软件在进行道路横断面设计时引入廊道的概念。在该阶段道路专业需要大量时间进行道路模板库的建立。模板库中包括路面结构层、挡土墙、路缘石、边沟、排水沟挡块等构件。设计人员首先根据道路横断面宽度、路面结构、边坡坡率、防护形式等不同条件在模板库中选择相关构建元素进行横断面模板的设计（见图1），而后沿道路中线进行横断面廊道的添加（见图2）,软件会根据设计边坡坡率与地形模型相交进行自动放坡。

该步骤完成后，道路专业向照明、管线和交通专业提供添加横断面廊道后的路线文件，各专业可分别进行路灯、管线及标线标志牌的放置。添加横断面廊道后，道路专业主要进行相交道路和立交节点的设计。对于道路交叉口和立交匝道，Bentley平台软件有“土木单元”组件进行参数化设计并进行保存，在遇到相同交叉口或匝道形式时可进行直接使用和修改，减少工作量。

图1 横断面模板设计

图2 添加横断面廊道后的路线

Bentley平台通过Prostructure软件进行桥梁和涵洞结构建模及配筋工作，桥涵专业首先对桥涵部件进行拆分，以保证每种尺寸结构建模仅进行一次。进行桥梁拼装时，相同尺寸桥梁结构仅进行参考，而不重新建模，以此减少建模人员工程量。桥涵专业根据道路专业提供中线进行桥涵总装。桥梁建模如图3和图4所示。

图3 桥梁整体模型

图4 现浇梁节段配筋和桥梁下部结构配筋

在道路专业向照明、管线和交通专业提供添加横断面廊道路线文件前，照明专业可使用Microstation软件进行灯型、基础、箱变的建模；交通专业使用Microstation软件进行标志牌版面、基础、信号灯的建模，使用Powercivil软件进行设计。在道路专业提供加横断面廊道后的路线文件后，两专业通过CivilStation Designer软件进行路灯、标志牌、交通信号灯的放置。管线专业可直接通过Powercivil软件中的SUE插件进行管线、检查井的布设。给排水管线模型如图5所示。

图5 给排水管线模型

2.5 模型校对与交付

完成建模工作后，各专业将建模最终成果上传至共享服务器中，可由道路专业人员进行模型的最后参考总装（见图6）。校核、审核人员可通过Bentley平台ProjectWise软件或Navigator软件进行模型校审。市政道路设计可通过BIM模型检查以下问题：

图6 总装模型

（1）拟建道路与已建路网水平和垂直几何体系衔接；道路与桥梁衔接；标高检查。

（2）涵洞标高、涵长检查，涵洞洞口与边坡衔接。

（3）桥梁和立交净空检查；复杂立交及其周边环境融合，检查立交设计并进行优化。

（4）给排水、照明管线之间的碰撞；管线与结构物之间的碰撞；检查井布设位置。

（5）路灯、标志牌、交通信号灯布设位置检查。

各专业根据校审人员提出意见进行模型修改，将修改后的文件重新参考生成总装文件。可以此为最终结果进行工程量的提取。根据业主要求，建模人员可对三维模型进行切图生成二维图纸或将模型交付后期模型平台管理人员进行模型管理。

2.6 模型渲染

设计人员可将总装模型导入Bentley平台LumenRT中进行模型渲染，进行道路景观设计。LumenRT可输出高质量效果图（见图7和图8）或以车辆行驶为视角的动态三维漫游视频以用于项目汇报或投标。LumenRT也可输出VR渲染文件以支持VR-3D沉浸式体验。

图7 道路桥梁模型渲染

图8 交通节点模型渲染

3 模型与施工协同管理平台的结合

BIM技术是利用数字模型进行建设项目设计、施工、运营管理的过程，BIM模型的建立仅是其中一个步骤。BIM模型作为储存信息的载体，项目管理和模型运维人员需要将施工运维中需要的信息从模型中提取出来，去除冗余信息的同时添加模型中缺少的但在项目管理中必要的信息。选择或打造BIM协同管理平台可解决从项目立项到竣工全过程项目管理，将各参建部门（业主、设计、施工、监理、设备供应商）的工作通过BIM协同平台连接起来。各方在该平台上进行合同、进度、质量的管理，并以期实现施工进度模拟和成本分析。

后期平台管理人员需将建模人员完成的模型导入平台中，对模型中信息进行过滤精简，保证施工管理必要信息的完整性，并结合地理信息系统（GIS）中的信息数据修正建模道路附近地形地貌信息。完成信息过滤后的模型可开始用于施工管理。模型后期运维作为BIM技术应用的重要环节，需要平台管理人员主要完成以下工作：

（1）设置各参建方登录平台的管理权限并负责与各参建方BIM设计人员的信息交流。

（2）及时整理各参建方录入的施工过程中与进度、安全、质量相关的信息、表格，并与模型进行关联以保证各参建方得到准确信息。

（3）与建模人员及时沟通，将变更信息通知建模人员，建模人员修改模型后及时在平台进行更新。

（4）帮助施工单位进行工地运用规划和施工系统模拟，运用4D模型（加上时间维度的3D模型）有效地规划施工阶段（亦可指营运期的修建、改建等）各分段工项进场施作的先后顺序作业。

（5）进行电子图纸、文档管理；通过施工方上传进度资料进行计划任务和实际进度对比管理。根据总包单位提供的工程划分数据进行单位工程、分部工程、分项工程以及检验批建立，并及时上传相关质量监测数据。管理项目进场人员、进场机械和施工现场监控等安全信息；及时向各参建方通报施工进度、质量、安全方面发现的问题。

4 面临的问题

基于Bentley平台的BIM技术已在市政道路设计行业中有了广泛应用，但还面临着很多问题有待解决，其中有些问题是整个BIM行业面临的困难，而不仅针对Bentley平台。

（1）基于Bentley平台二次开发较少，缺少适应国内道路设计习惯的相关插件，影响着建模效率。

（2）多数设计单位仅停留在依照二维施工图应用BIM技术进行翻模设计，而进行正向设计的较少。翻模设计导致了BIM技术与工程设计无法统一，工程变更是需要先修改二维设计，再进行模型修改，这将导致BIM技术的应用效率大大降低。桥梁、涵洞等结构物正向设计与出图趋于成熟，道路、管线专业出图方式需要继续研究。

（3）缺少道路桥梁行业BIM建模及应用规范，现行建模单位主要使用各自企业标准，模型提交成果无规范进行统一。

（4）如何保证建模结果通过施工图审查面临一定困难，施工图审查单位需要对三维模型的工程量和切割模型输出二维图纸进行审查，与传统施工图审查有较大区别。

5 结语

本文简述了基于Bentley平台的BIM技术在城市道路设计中的建模流程以及如何将模型与协同平台进行结合用以解决从项目立项到竣工的全过程项目管理。BIM技术理念为市政道路行业带来巨大变革的同时，也促使各参建方的行事理念由二维时代向三维时代跨越，并要克服变革中遇到的困难，最终促使BIM技术在市政道路行业高速发展。

[1]郭洪江.浅议BIM在公路设计中的应用[J].黑龙江交通科技，2011（9）:315.

[2]朱宗凯，曾诗雅.BIM在市政道路设计中的应用[J].重庆建筑，2016，14（6）:22-24.