BI M技术在城市道路设计中的优势与应用研究

乔冠栋

（太原市建筑设计研究院，太原 030002）

1 引言

城市化进程中，人们对城市道路设计提出了更多的要求，并且随着道路建设环境的复杂化，传统设计模式已经无法满足城市道路的设计要求。BIM技术的应用可创新城市道路设计方法，降低道路设计难度，帮助设计人员更准确地计算城市道路设计参数，提升我国城市道路设计水平，促进城市交通体系的进一步完善。

2 BI M技术相关概述

BIM即建筑信息模型，是新时期工程建设领域的关键技术之一，是信息技术飞速发展的产物。基于BIM技术，相关人员可结合工程建设需求，建立数字化的信息模型，用3D、4D乃至5D的数据模型处理建设方案，并以此通过数字化的加工与管理提升工程设计质量。城市道路设计中，BIM技术可贯穿项目规划设计的整个生命周期，满足不同阶段的建设要求。BIM技术的主要特点是协同化、可视化、仿真化及数据化。随着近年来BIM技术在工程建设领域的广泛应用，各类BIM软件层出不穷，为城市道路工程设计提供了极大的便利[1]。

3 城市道路设计难点分析

城市道路是城市交通系统的重要组成部分，其设计质量关系着城市经济的发展速度，影响着人们的生活水平。但在城市道路设计中存在较多的实际问题，导致城市道路设计难度较大。但随着BIM技术的引进，设计人员可利用BIM 3D模型验证设计方案的可行性，提前排查设计风险，更合理地控制城市道路设计中的各项参数[2]。

4 BI M技术在城市道路设计中的优势

4.1 提升设计效率

传统的城市道路设计均采用2D设计模式，适用于道路建设条件良好的区域。但对于周围影响因素较多的城市道路，线路分布、周围路况、地质条件等都会对城市道路设计效率产生影响，导致城市道路设计进度缓慢。BIM技术则可凭借自身可视化的技术特征，建立数据模型，立体地呈现城市道路建设区域的地形条件、环境条件，帮助设计人员计算设计参数，并用具象化的3D设计图纸，使设计人员可以多角度地分析设计方案的可行性，筛选最佳的城市道路设计方案，高效地完成设计方案[3]。

4.2 降低设计风险

BIM技术具有仿真性特点，可以仿真模拟城市道路设计方案。设计人员不仅可根据城市道路工程仿真模型细化道路设计，完善城市道路设计内容，还能利用BIM技术建立城市的3D地形图，直观地呈现道路建设区域的地貌条件（见图1），使设计人员可以掌握设计方案的实施难点与设计重点，提前排查设计阶段的风险隐患，降低城市道路设计风险。

图1 某城市道路设计阶段BI M软件演示图

5 BI M技术在城市道路设计中的具体应用

5.1 道路纵断面设计

纵断面设计是城市道路设计的关键内容，设计人员可按照城市道路的整体设计要求应用BIM软件，建立道路纵断面BIM模型。模型可立体地呈现道路设计中纵断面的实际情况，使设计人员通过纵断面设计功能绘制道路纵断面设计图。（1）设计人员可应用OpenRoads Designer、InRoads、GEOPAK-MX、PowerCivil等BIM软件创建道路设计BIM模型。（2）在软件中分别创建“主线路纵断面”“道路纵断面设计线路”等设计任务，输入道路设计前的勘测数据信息后，该软件可自动绘制纵断面曲线切线、路面、曲面，生成可视化的纵断面BIM设计模型[4]。（3）设计城市道路纵断面的坡线时，BIM软件的“纵断面布局”功能可自动绘制完整的道路纵断面图，帮助设计人员检验道路纵断面设计中的关键参数，优化纵断面布局设计。（4）道路纵断面设计过程中，设计人员可依照BIM模型实时监测重要路段的设计数据，在线修改部分设计参数。在此过程中，BIM软件可自动关联纵断面的实体设计及其他设计模型中的实体设计，便于在发现设计中有冲突问题时及时修改、优化纵断面设计。具体关联情况如图2所示。

图2 道路纵断面设计实体的关联图

5.2 道路线路设计

线路设计中工作的关键在于道路中心线的设计，设计人员只有提前设计好道路中心线，确定道路主线，才能为后期施工做好准备，减少道路建设风险。（1）设计人员可基于BIM技术建立道路信息模型，模型是利用道路周围地形数据、基础信息建立的3D实体模型。在航空数字影像技术、卫星摄影技术的支持下，可在BIM软件中形成虚拟的道路空间。然后根据立体的道路建筑区域设计道路线路，确定道路中心线[5]。（2）结合BIM信息模型，制作道路平面路线，并结合道路设计一览表中道路起点、终点的相关信息，补充平面路线图中的设计参数。用Civil3D软件生成可视化的道路线路图，完成基础设计后，设计人员可操作软件，转换中心线。（3）设计人员可结合现有的线路图确定道路线路设计中桥梁、隧道、涵洞位置，以及道路线路上的里程标、路灯、护栏等附属设施的设计，细化道路设计内容。

5.3 道路地形图的建立

在道路设计阶段应用BIM技术时，设计人员可基于BIM软件建立道路地形图。地形勘测是道路设计的基础性工作，BIM技术支持下的3D地形图可详细表达设计中应注意的影像因素，更直观地呈现道路设计难点[6]。

设计人员可应用BIM系列中Revit软件内的LOD100、L500等概念化设计功能，初步建立道路设计前期的地形图，在此过程中，设计人员可利用大比例尺地形图作为BIM道路地形图的基础信息。生成立体地形图后，设计人员可借助BIM技术的应用优势，更精准地规划选线，模拟分析城市道路设计中的各选线方案，直观地查看不同选线方案中城市道路与周围建筑物及地下管线的碰撞情况，筛选出拆迁少、无碰撞的最佳方案。

5.4 道路横断面设计

城市道路的横断面设计内容包括绿化带、人行道、非机动行车道、公交站台等设计内容。设计过程中还需要考虑交通监控、给排水管线、电力通信等因素。随着BIM技术的应用，相关人员可利用BIM软件的仿真特点模拟道路建成后的运行、交通情况，同时根据道路周围的环境系数确定横断面的设计参数，确保城市道路横断面设计的科学性。在BIM技术的支持下，设计人员可直接将横断面设计、道路平面设计、纵断面设计集中在同一信息平台中，让设计人员通过各设计主体的相互关联，更直观地分析横断面组件的设计情况，进而合理调整城市道路横断面的设计参数。

以利用BIM系列CivilStation Designer软件设计道路横断面为例。设计人员利用软件初步完成道路横断面设计后，可结合横断面的各主体结构细化设计内容，或根据各道路主体结构的BIM信息模型设计道路路基、桥梁、涵洞的横断面。在CivilStation Designer软件中，设计人员可直接利用软件中的路基模型对路基横断面进行设计，然后分别完成路基结构设计、边坡设计、护坡设计、统计工程量等工作。

在此过程中，该BIM软件具有参数化道路横断面设计功能，可以为设计人员提供行车道、边坡、排水沟等设计参数的优化功能，同时生成子设计模型，以用于存储路基加固设计、防护设计等BIM信息模型，生成完整的道路路基横断面设计模型。

5.5 道路立交设计

城市道路立交设计是道路工程设计环节的重难点问题，BIM技术在道路立交设计中可通过3D信息模型创新道路立交设计模式，提升设计效率。

具体来说：（1）设计人员可借助BIM技术，建立道路立交模型，模型中包含立交桥结构模型、桥墩设计模型、桥面路基设计模型等，且模型能够直观地呈现设计参数，准确描述设计内容。为确保城市道路立交设计的可靠性，设计人员可采集立交周围的地形与环境信息，建立3D模型，优化立交设计，控制道路立交设计方案中的工程量。（2）城市道路立交结构较为复杂，设计环节面临的质量风险较为严峻，设计人员可利用BIM技术针对道路立交结构进行碰撞检查，排查立交设计中的碰撞问题，及时调整设计参数，确保道路立交设计方案的可行性。（3）设计人员可通过BIM系列的EICAD软件分别设计城市道路立交的平面、纵面及横截面，确定立交结构中桥梁、隧道的设计参数。之后，设计人员基于BIM系列的3D Experience软件，建立全参数化的城市道路立交设计模型。设计人员还可借助3D Experience软件中的草图编辑器、多界面实体功能，分别根据道路立交的整体设计建立城市立交中道路、桥梁的PC/RC箱梁参数化模型。3D Experience软件中各设计模型中的参数可反复修改、调用，有利于提升设计效率。设计人员可应用软件中草图编辑器、个性化用户设计模块，调整模型中桥梁或隧道的钢箱梁设计参数、桥墩设计、桥台设计参数，修改完成后将模型中的数据导出，编写资源表，为后期施工提供更详细的结构设计数据，使其能够批量化生产城市道路立交结构。

6 结语

综上所述，为保障城市道路设计质量，相关人员应正确看待BIM技术在道路设计上的应用优势，挖掘各类BIM软件的设计潜能，使其作为城市道路设计的辅助工具，从而进一步优化城市道路设计方案。为有效利用BIM技术，设计人员还应结合城市道路设计的实际情况，灵活运用BIM软件，针对性地建立道路设计阶段的BIM模型，从源头上降低设计质量风险，提升城市道路设计水平，推动城市道路设计行业的现代化发展。