BIM技术在市政道路工程中方案阶段的应用研究

陆黄超

摘  要：运用BIM的三维可视化技术+倾斜摄影三维实景地形，可以实现市政道路的虚拟仿真漫游，能将市政道路工程设计方案全方位真实的呈现出来，更有利于方案的比选、分析和决策。BIM的多专业信息整合功能还有利于市政道路工程的信息存储和查询，相当于建立一个道路工程的可视化三维模型数据库。

关键词：BIM;三维可视化;倾斜摄影;信息存储

中图分类号：U412.37       文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）24-0172-03

Abstract： Using the three-dimensional visualization technology of BIM and the three-dimensional real terrain of tilt photography， the virtual simulation roaming of municipal road can be realized， and the design scheme of municipal road engineering can be presented in all directions. It is more beneficial to the comparison， analysis and decision-making of the scheme. The multi-professional information integration function of BIM is also beneficial to the information storage and query of municipal road engineering， which is equivalent to the establishment of a visual three-dimensional model database of road engineering.

Keywords： BIM; 3D visualization; tilt photography; information storage

1 概述

BIM技术是在计算机辅助设计（CAD）等技术基础上发展起来的多维模型信息集成技术，是对建筑工程物理特征和功能性信息的数字化承载和可视化表达[1]。完整的BIM技术应用是将各专业工程信息整合成一个数字模型，对项目進行规划、设计、建造和运营管理，其应用贯穿于工程全生命周期[2]。

如今市政道路工程的方案设计越来越受重视，尤其在工程方案的信息传递、表达、效果展示方面，如存在多层构造形式的立交、高架、下穿通道等道路工程，以及道路周边场景环境较为复杂时，平面形式并结合效果图的表达展示方式往往需要大量的文字说明辅助解释工程方案，而业主及非专业人士往往需要大量时间精力理解方案，有时候汇报展示结束，业主可能未完全理解方案的全部内容，方案表达效果较差，直接影响方案的比选和决策。

采用一种更为形象的表达展示方式尤为重要，如对工程实时进行任意位置、视点、高度基于速度的道路三维全景漫游，再利用卫星或者航空数字影像进行模型贴图处理后，营造出市政道路工程虚拟现实空间，能够对工程全方位直观的表达。而BIM的三维可视化表达技术正适合运用于该类工程的效果展示工作。

2 研究思路

市政道路工程所包含的专业众多，其主体专业主要包括：道路、排水、结构和交通设施，如何创建各专业BIM三维信息模型并将其整合一起是实现市政道路三维实景展示的关键。本次研究主要基于鸿业路易系列软件，模型的创建基本采用模块化设计，使建模更加简便，主要流程如图1所示。

为更好地展示市政道路工程方案中的各项设计内容，并考虑模型大小对计算机运行速度和漫游展示的影响，本次研究经反复比选确定模型中各专业所包含的内容如表1所示。

3 案例应用分析

3.1 项目概况

内陆地区某城市主干路，全长2.5km，其中，道路K0+000～K1+300为主线高架+地面辅道形式，路幅宽56～66.5m;道路K1+300～K2+500为地面主辅路形式，路幅宽45～61m。道路全线包含一个全互通立交，一个部分互通立交，一座人行过街天桥，四个平面交叉口及1200m的高架。

3.2 道路模型

3.2.1 平纵横设计

道路线形设计与一般的二维设计一致，可采用曲线法或导线法设计[3]。生成道路路线后，即可进行道路纵断面设计，在纵断设计之前需根据三维地形数据，提取道路中心线位置的自然纵断标高数据，之后再进行纵断拉坡设计。道路横断面的BIM模型将路面结构信息也整合在一起。BIM技术较传统设计方法的优势如表2所示。

3.2.2 交叉口设计

在交叉口的BIM设计之前需先完成两条相交道路的平纵横设计，再根据车速和视距等因素合理设置转弯半径，并根据过街距离增加渠化岛及二次过街岛。

3.2.3 立交设计

立交的平纵横设计同一般道路BIM设计方法类似，需要注意的是立交两条匝道交汇处的纵断标高及坡度尽可能一致，以免后续纵断传坡试算通不过。立交的出入口设计模块主要有入口、出口、分合流对接三种，可根据道路等级、设计速度合理调整立交出入口的参数：加减速车道长度、渐变段长度、鼻端位置和半径、辅助车道长度和宽度等。

3.3 排水模型

市政道路排水专业BIM模型主要包含雨污水管道和各类检查井。

3.3.1 排水管道平面设计

根据道路雨污水规划图，结合道路高低点，按照道路雨污水管线规划断面位置，绘制雨污水管道平面。管道平面布置后，按照水力计算结果对管道规格和坡度进行初步调整，之后进行雨水口布置，完成后，需要将雨水口和雨水检查井通过雨水口连接管连在一起。

3.3.2 排水管道纵断面设计

竖向设计过程的选择井标准图号、绘制选择断面等功能均要求有节点地面标高，管道纵断图设计可分如下步骤进行：定义管道坡度→定义管道标高→雨水口连接管标高→管高交互设计。完成上述竖向设计之后，可以利用碰撞检测功能，对管道系统标高进行合理化判断，是否满足规范间距要求。

排水管道建模成功后，即可进行三维查看效果（如图3）。

3.4 桥梁结构模型

高架、立交桥梁BIM模型创建之前需完成道路平纵横的设计，之后确定桥梁上部结构和下部结构方案，再进行桥梁规格定义。桥梁规格定义主要按以下环节进行：护栏定义→主梁断面定义→上部结构方案设计→桥墩规格设置→盖梁墩帽规格设置→桥台规格设置。经过以上环节，便可以完成桥梁上部结构和下部结构的基本组件设计。

根据已设计桥梁组件模块，再进行路线上的桥梁定义。该环节主要工作内容为：桥梁分幅定义→定义桥梁起终点→定义桥梁起终点桩号→设置桥梁跨数、跨径和上部结构高。

本工程除高架立交橋梁结构外，还包含过街人行天桥的设计，过街天桥的BIM模型创建，同样采用模块化设计。天桥设计之前先定义天桥轴线，之后按以下环节分步进行：控制输入梁的上下部结构尺寸→确定桥底净空→指定桥墩位置和尺寸→定义梯度参数→设计天桥装饰样式。

3.5 三维倾斜摄影+道路实体模型

为更真实的模拟展示改造道路周边的复杂环境，本次市政道路BIM模型的地形采用无人机倾斜摄影采集，并生成实景三维地形，与道路实体模型合并。

通过三维实景加BIM的三维模型整合分析，可以清楚地展现道路改造前后对周边建筑及场地的影响，更加直观地看出哪些建筑需要拆迁，哪些保留，帮助业主做出更加准确的决策。

4 结束语

（1）市政道路工程应用BIM三维可视化表达技术可以直观地展现道路、立交、桥梁、排水、交通设施和周边场景等信息的三维实景状态，对于工程方案的比选和决策有着重要作用。

（2）BIM技术除了三维表达功能外，还包括很重要的多专业信息整合功能，信息的整合可以更有利于市政道路工程的信息存储和查询，即建立一个可视化的三维模型数据库。

参考文献：

[1]上海市建筑信息模型技术应用指南[M].上海：上海市住房和城乡建设管理委员会，2017.

[2]清华大学BIM课题组.中国建筑信息模型标准框架研究[M].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[3]严作人，陈雨人，张宏超，等.道路工程[M].北京：人民交通出版社，2011.