BIM作為一種全新的理念和技術(shù)，在交通領(lǐng)域被廣泛認(rèn)可。尤其是在設(shè)計階段，基于BIM技術(shù) 的正向設(shè)計，可大幅提高工程品質(zhì)、降低工程造價、縮短設(shè)計周期，是未來交通領(lǐng)域勘察設(shè)計的主要手段。然而，目前交通領(lǐng)域BIM正向設(shè)計技術(shù)的研究應(yīng)用處于探索階段，尚未形成系統(tǒng)的解決方案和設(shè)計流程，設(shè)計軟件工具不完善，多數(shù)項目以“先設(shè)計后建模型”為主，設(shè)計與BIM模型割裂，難以發(fā)揮BIM的最大價值。本文圍繞市政道路工程的BIM正向設(shè)計，介紹了BIM技術(shù)在市政道 路領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀與趨勢。針對市政道路工程設(shè)計的復(fù)雜性和三維BIM正向設(shè)計的必要性，探索三維設(shè)計基礎(chǔ)環(huán)境構(gòu)建、道路BIM平縱設(shè)計、三維道路設(shè)計、出圖、出表、專業(yè)分析與數(shù)字化交付等關(guān)鍵要點，研發(fā)本地化道路設(shè)計軟件，突破BIM正向設(shè)計難點。通過實踐總結(jié)，形成了一套適合我國市政道路工程BIM正向設(shè)計解決方案，并取得了良好的實踐效果，為交通領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)全專業(yè)BIM正向設(shè)計提供思路和參考。

正向設(shè)計現(xiàn)存差距 未來可期

技術(shù)現(xiàn)狀

近年來，交通領(lǐng)域BIM技術(shù)的發(fā)展勢頭迅猛，國家、行業(yè)、地方紛紛發(fā)布了指導(dǎo)意見和標(biāo)準(zhǔn)，旨在推動交通行業(yè)BIM技術(shù)的發(fā)展。對于復(fù)雜市政道路工程的勘察設(shè)計，項目地處城市成熟區(qū)域，普遍面臨交通繁忙、路網(wǎng)密度大、立體交叉多、地下管網(wǎng)復(fù)雜、涉及專業(yè)多等突出問題，設(shè)計難度大、任務(wù)重、周期短。目前仍以二維設(shè)計手段為主，BIM多用于可視化方案展示、工程量估算、“錯、漏、碰”檢查等應(yīng)用，尚未實現(xiàn)真正的BIM正向設(shè)計。BIM標(biāo)準(zhǔn)體系不完善、本地化專業(yè)化設(shè)計軟件不成熟、設(shè)計流程和交付方式不明確，且無法輸出滿足規(guī)范要求的圖紙成果，導(dǎo)致BIM技術(shù)在交通領(lǐng)域設(shè)計階段發(fā)展緩慢，與BIM正向設(shè)計的目標(biāo)還存在差距。

但不可否認(rèn)，BIM正向設(shè)計技術(shù)開啟了自動化向信息化的轉(zhuǎn)變，提供準(zhǔn)確的三維信息模型，自動生成二維圖紙，解決了設(shè)計工作龐雜、容易出錯的問題，推動了設(shè)計思維、工作流程、協(xié)同方式乃至建設(shè)模式的深刻變化，變革了傳統(tǒng)勘察設(shè)計流程與手段。因此，實現(xiàn)交通領(lǐng)域全專業(yè)BIM正向設(shè)計是勘察設(shè)計企業(yè)的終極目標(biāo)。

現(xiàn)階段和BIM正向設(shè)計流程圖

發(fā)展趨勢

BIM正向設(shè)計技術(shù)是交通行業(yè)走向數(shù)字化的重要支撐，是設(shè)計企業(yè)進(jìn)軍國際市場競爭的必備能力，有以下發(fā)展趨勢：一是全專業(yè)BIM正向設(shè)計，革新現(xiàn)階段二維設(shè)計手段；二是全生命周期的應(yīng)用，整合規(guī)劃、勘察、設(shè)計、施工和運營養(yǎng)護(hù)階段BIM應(yīng)用；三是多角度、集成化應(yīng)用，依托云計算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，實現(xiàn)項目管理、數(shù)據(jù)協(xié)同等。BIM最大價值在于全生命周期應(yīng)用，但關(guān)鍵和源頭仍在設(shè)計階段，精準(zhǔn)的三維BIM設(shè)計模型是信息共享和流轉(zhuǎn)的載體，實現(xiàn)工程信息的傳遞和共享利用，是BIM理念的核心和應(yīng)用的關(guān)鍵，也是提高工程設(shè)計品質(zhì)的重要手段和根本保障。

BIM發(fā)展趨勢

BIM正向設(shè)計研究路線

本文基于BIM正向設(shè)計的理念，通過對市政道路工程BIM正向設(shè)計關(guān)鍵問題的研究與探索，形成了BIM正向設(shè)計解決方案和總體思路，建立了全流程應(yīng)用框架。包括構(gòu)建全新三維可視化設(shè)計基礎(chǔ)環(huán)境，為設(shè)計提供數(shù)據(jù)支撐；研發(fā)了專業(yè)BIM正向設(shè)計軟件，實現(xiàn)BIM設(shè)計和出圖；構(gòu)建可視化展示平臺，革新設(shè)計手段和展示方式；探索了數(shù)字化交付方式等，突破了BIM正向設(shè)計難點。

為了使市政道路工程BIM正向設(shè)計解決方案真正落地，解決軟件缺乏難題，研發(fā)了全新、協(xié)同的BIM正向設(shè)計軟件系統(tǒng)，符合專業(yè)設(shè)計過程，且具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式和軟件框架，滿足我國設(shè)計規(guī)范，形成BIM正向設(shè)計軟件解決方案。

市政道路工程BIM正向設(shè)計解決方案

BIM正向設(shè)計關(guān)鍵要點

針對市政道路 工程BIM正向設(shè)計中存在的問題，采用方法創(chuàng)新和軟件研發(fā)相結(jié)合方式，實現(xiàn)以下難點突破，形成綜合解決方案。

構(gòu)建設(shè)計基礎(chǔ)環(huán)境

基礎(chǔ)環(huán)境模型直觀反映項目區(qū)域地物、地形、地質(zhì)等狀況，是設(shè)計的基礎(chǔ)。采用無人機(jī)傾斜攝影 等技術(shù)，快速構(gòu)建市政項目區(qū)域準(zhǔn)確的實景、DTM、地質(zhì)等模型，重構(gòu)錯綜復(fù)雜的地下管網(wǎng)模型。通過關(guān)鍵點坐標(biāo)匹配，集成融合實景、地質(zhì)、DTM、管線等模型，構(gòu)建精準(zhǔn)的三維設(shè)計基礎(chǔ)環(huán)境模型，在真實的環(huán)境中開展BIM設(shè)計，提高工程與城市環(huán)境的協(xié)調(diào)性，為BIM正向設(shè)計提供了數(shù)據(jù)支撐。

三維設(shè)計基礎(chǔ)環(huán)境

研發(fā)道路BIM正向設(shè)計軟件

市政道路工程互通式立交密集，空間受限，路線線形和橫斷面復(fù)雜，設(shè)計難度極大，缺乏本地化BIM設(shè)計軟件?；贠penRoads技術(shù)平臺，研發(fā)了符合我國道路設(shè)計流程和規(guī)范的BIM正向設(shè)計軟件CNCCBIM OpenRoads ，提供了道路BIM三維設(shè)計、工程圖紙、數(shù)字化交付等方面的解決方案。

①協(xié)同工作空間定制

工作空間定制是開展BIM設(shè)計前期非常重要的一個環(huán)節(jié)，將設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、特征庫、模板庫、風(fēng)格樣式庫等，按行業(yè)級、企業(yè)級、項目級等不同工作集，存儲在工作空間或協(xié)同平臺上，存儲一套適用于某類工程項目的定制化的內(nèi)容。解決工程項目協(xié)同工作中標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)一問題，從而實現(xiàn)BIM設(shè)計“標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、內(nèi)容統(tǒng)一、風(fēng)格統(tǒng)一”。針對市政道路制定了一套符合我國設(shè)計規(guī)范、習(xí)慣要求的工作空間。

②平面設(shè)計

通常道路平面線形由直線、圓曲線、緩和曲線等組成的復(fù)雜曲線，通過交點法、單元法兩種平面設(shè)計方法，參數(shù)化控制曲線線形，最終形成符合要求的路線平面設(shè)計。結(jié)合構(gòu)建的設(shè)計基礎(chǔ)環(huán)境模型（DTM和實景），在可視化環(huán)境下進(jìn)行實時直觀設(shè)計。同時，支持拖動控制點的交互式設(shè)計，批量查看平面設(shè)計參數(shù)，實時修改新平面設(shè)計線位。在交互式參數(shù)化設(shè)計時，自動建立了幾何規(guī)則關(guān)系和特征屬性，依賴參數(shù)和關(guān)系變更，設(shè)計成果自動聯(lián)動更新。操作簡潔，省去繁瑣的手動線形調(diào)整，可快速完成項目平面設(shè)計。

③縱斷面設(shè)計

地形環(huán)境直接影響縱斷面設(shè)計，基于設(shè)計基礎(chǔ)環(huán)境模型（DTM）,實時提取平面線位的地面高程曲線，同時在縱斷面模型視圖中，直觀查看平曲線直線段、圓曲線段、緩和曲線段的區(qū)間范圍，輔助縱斷面設(shè)計。類似平面設(shè)計提供直線、圓曲線、拋物線等組成復(fù)雜縱斷面曲線，多種縱斷面線形的任意組合，支持捕捉關(guān)鍵點實時拖動修改和初步設(shè)計，批量化修改設(shè)計參數(shù)，進(jìn)行精準(zhǔn)設(shè)計。高效可視化交互設(shè)計變坡點位置、標(biāo)高、豎曲線半徑等參數(shù)，并支持同一平面線的多個縱斷面方案，快速進(jìn)行方案對比和優(yōu)化。

④三維路廊設(shè)計

三維路廊設(shè)計也稱路基和路面設(shè)計，通過模板技術(shù)提供全參數(shù)化構(gòu)件定義功能，支持任意形式的橫斷面定制。根據(jù)規(guī)范要求定制橫斷面模板特征點、特征組件要素，且模板定義關(guān)聯(lián)工作空間；基于三維路線和DTM,橫斷面模板放樣生成三維道路模型自動生成填挖方邊坡，快速建立精準(zhǔn)的道路BIM模型。同時，支持可視化超高設(shè)計和三維漫游等，并且創(chuàng)建的道路BIM模型支持橫斷面“剖切”出圖、工程量計算等。

⑤橋、隧構(gòu)造物設(shè)計

道路總體圖階段，要快速、準(zhǔn)確表達(dá)道路沿線橋梁、隧道、涵洞等構(gòu)造物設(shè)置情況，如橋梁的位置、跨徑等總體信息，開發(fā)了基于路線的橋梁、隧道、涵洞構(gòu)造物設(shè)計工具，通過輸入基本參數(shù)，在平、縱和三維三個視圖可視化構(gòu)造物設(shè)計，同時生成三維模型和構(gòu)造物工程數(shù)量統(tǒng)計，縱斷面、總體圖及橫斷面設(shè)計圖均通過直接“剖切”得到構(gòu)造物信息。

⑥專業(yè)BIM分析

建立完成BIM設(shè)計模型后，直接提供基于BIM模型的專業(yè)分析，針對道路工程包括水膜厚度分析、路面水流分析、土方量統(tǒng)計、視距分析等功能，自動輸出分析計算結(jié)果。

⑦BIM出圖

現(xiàn)階段，對于市政道路工程設(shè)計成果，仍然要求交付二維圖紙，經(jīng)過研究探索，基于全信息專業(yè)BIM設(shè)計模型，可實現(xiàn)自動化“剖切”形成編制辦法要求的圖表成果。歸納總結(jié)實現(xiàn)“剖切”“標(biāo)注”“分圖”“報表”等四大功能，基本可以滿足圖紙要求。通過開發(fā)標(biāo)注、剖切、分圖、報表等子系統(tǒng)，基本實現(xiàn)了自動化BIM出圖。針對標(biāo)注實現(xiàn)了路線、十字坐標(biāo)、示坡線、占地線等八種標(biāo)注，包含豐富的標(biāo)注要素，實現(xiàn)一鍵式標(biāo)注?；诘缆稡IM模型動態(tài)“剖切”輸出平面、縱斷面、橫斷面等六類圖紙，并提供圖紙索引和管理功能?；诠こ烫卣鲗ο蠓诸?，實現(xiàn)了直線轉(zhuǎn)角表、逐樁坐標(biāo)表、用地表等道路專業(yè)報表的自動生成與輸出。

動態(tài)可視化展示

市政項目設(shè)計是一項系統(tǒng)工程，覆蓋專業(yè)多。通過BIM軟件平臺，將各專業(yè)設(shè)計成果進(jìn)行集成，融合實景、地下管線、道路、橋梁、綜合管廊、景觀綠化等模型，利用LumenRT展示平臺，對項目進(jìn)行全線漫游與動態(tài)可視化展示，呈現(xiàn)設(shè)計效果，實現(xiàn)全方位、多立體的方案比選與設(shè)計優(yōu)化，并可在征地拆遷、交通疏解等方面發(fā)揮積極作用，提高溝通協(xié)調(diào)效率，為業(yè)主決策提供科學(xué)依據(jù)。

數(shù)字化交付

隨著BIM正向設(shè)計技術(shù)應(yīng)用的不斷深入，數(shù)字化交付將成為主要的交付方式。數(shù)字化交付是通過信息化的數(shù)字交付平臺，將設(shè)計的信息模型、文檔資料等集成交付，提高信息存儲和共享效率。將項目的設(shè)計資料、BIM模型、圖紙、表格、工作文檔等數(shù)字化成果文件，集成后發(fā)布為iModel數(shù)據(jù)格式，利用iModelJS開發(fā)數(shù)字化交付平臺，在桌面端、移動設(shè)備和Web端查看和管理，初步探索了數(shù)字化交付的內(nèi)容和方式。

通過實踐總結(jié)，形成了一套適合我國市政道路工程BIM正向設(shè)計解決方案，突破BIM設(shè)計關(guān)鍵難點，并取得了良好的實踐效果。

項目案例

深圳梅觀高速公路市政化改擴(kuò)建工程，位于深圳市中部，是龍華區(qū)“一中軸九片區(qū)”中部發(fā)展軸上的重要交通干線，具有南北通廊作用，是“深港脊梁”（皇崗路-梅觀路-莞深高速）的重要組成部分，其提升改造對粵港澳大灣區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施的互聯(lián)互通，具有積極的推進(jìn)作用。項目全長約8公里，原高速公路改造為雙向8車道快速路主路，兩側(cè)新建雙向6車道城市快速路輔路，標(biāo)準(zhǔn)斷面寬度達(dá)90m。共設(shè)互通式立交7處、橋梁31座、景觀天橋10座，綜合管廊總長約16.5公里，總投資約77億元。

通過本文提出的思路和方法，構(gòu)建了項目區(qū)域三維基礎(chǔ)環(huán)境模型，采用CNCCBIM OpenRoads軟件實現(xiàn)了道路工程的BIM設(shè)計，通過軟件自動輸出圖紙、報表，集成各專業(yè)設(shè)計成果，借助LumenRT進(jìn)行動態(tài)可視化展示和方案優(yōu)化，初步實現(xiàn)數(shù)字化交付，成功完成本項目的正向設(shè)計工作，得到業(yè)內(nèi)的廣泛好評。

在當(dāng)前中國交通領(lǐng)域已進(jìn)入“BIM時代”的背景下，本文系統(tǒng)介紹了市政道路工程BIM正向設(shè)計思路和方法；研發(fā)了道路工程本地化設(shè)計軟件，實現(xiàn)了三維環(huán)境下市政道路工程參數(shù)化BIM設(shè)計，建立了軟件解決方案；形成了基于信息模型出圖的新思路，革新傳統(tǒng)制圖手段，解決了市政道路BIM正向設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)難題，大幅度提升了設(shè)計水平和工程品質(zhì)。本文為市政道路工程BIM正向設(shè)計提供可借鑒和參考的思路，積極促進(jìn)成果在后續(xù)項目的推廣應(yīng)用。