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BIM技術(shù)在市政道路設計中的應用
BIM技術(shù)是近幾年才流行起來(lái)的，橙子在2014年大學(xué)畢業(yè)的時(shí)候，BIM這個(gè)詞提的正熱，好多用人單位明確表示有BIM經(jīng)驗的人員優(yōu)先錄取，直到今天，建設部批準《建設項目工程總承包管理規范》為國標，規定采用 BIM 技術(shù)的，招標文件中應當有明確要求：建設單位對承諾采用 BIM 技術(shù)的投標人應當適當設置加分條件。那么什么是BIM技術(shù)，BIM技術(shù)在市政道路設計中又是如何應用的呢？本文將為您解答。
一、BIM的概念和特性
1、BIM的概念：建筑信息模型（BuildingInformationModeling，BIM）是以三維數字技術(shù)為基礎，集成了建筑工程項目各種相關(guān)信息的工程數據模型，BIM是對工程項目設施實(shí)體與功能特性的數字化表達。通常從兩個(gè)方面描述：
一是作為名詞，BIM是一種載體，包含特定建筑和設備的各種專(zhuān)業(yè)數據，并明確的描述其建筑的物理和非物理的屬性。BIM數據模型包含來(lái)自不同專(zhuān)業(yè)的未加工（Raw）的建筑數據。BIM模型包含特定建筑和設施的所有成分，所以BIM模型是豐富的（Rich）。BIM包含特定建筑和設施所有成分的關(guān)系和屬性，所以BIM模型是智能的（Intelligence）。
二是作為動(dòng)詞，BIM表示建立建筑數據模型的行為，包括數據的交換和共享。不同層面的使用者可以通過(guò)數據模型輸入并輸出模型在內的數據，而利用于設計和施工等工作。雖然對BIM定義存在不同的文字描述，但一般都涵蓋著(zhù)這兩個(gè)方面。
（2）模型的信息化：建筑信息模型BIM采用參數化來(lái)描述建筑單元，以墻、窗、梁、柱等建筑構件為基本對象而不是CAD中的點(diǎn)、線(xiàn)、面等幾何元素，并將建筑單元的各種真實(shí)屬性通過(guò)參數的形式進(jìn)行模擬。
（3）模型信息的完整性：除了對工程對象進(jìn)行3D幾何信息的描述，還描述對象的拓撲關(guān)系。更主要的是信息模型包括了完整的工程信息描述，如具體對象名稱(chēng)、建筑材料、結構類(lèi)型等設計信息；如施工工序、施工進(jìn)度、工程量、項目成本、工程質(zhì)量以及人力、機械、材料等施工信息；如工程結構安全性能、安全運營(yíng)管理、材料耐久性等運營(yíng)養護信息。
（4）遵照統一標準：為實(shí)現多種軟件的信息互訪(fǎng)。BIM數據形式必須是開(kāi)放交互的，所有采用BIM技術(shù)的軟件都支持國際標準組織認可的工業(yè)基礎分類(lèi)標準（IFC，IndustryFoundationClasses）。當BIM軟件采用IFC格式進(jìn)行數據輸出時(shí)，其他支持該協(xié)議標準的軟件就可以直接讀取這些數據進(jìn)行下一步的工作。
（5）協(xié)同作業(yè)：BIM技術(shù)實(shí)施是提升工程行業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈的各個(gè)環(huán)節質(zhì)量和效率的終極目標，多工種、多行業(yè)協(xié)同作業(yè)正是BIM實(shí)現該目標的重要保障工具和手段。設計協(xié)同是針對設計階段各專(zhuān)業(yè)間進(jìn)行文件、數據的交互、溝通等的協(xié)同工作。施工、運營(yíng)協(xié)同是針對項目業(yè)主、設計方、施工方、監理方、材料供應商、運營(yíng)商等與項目相關(guān)各方，進(jìn)行交互、溝通交流等的協(xié)同工作。
二、BIM技術(shù)在市政道路設計中的應用
當前市政專(zhuān)業(yè)BIM設計軟件常用的是Autodesk公司推出的Civil 3D軟件，它作為交通、管道、水利等土木工程行業(yè)實(shí)現BIM的解決方案，如在道路設計方面，AutoCAD Civil 3D模型能夠幫助交通設計專(zhuān)業(yè)人員簡(jiǎn)化道路設計項目各個(gè)階段的流程。運用Civil 3D進(jìn)行市政道路設計主要包括以下環(huán)節：
1、地形圖處理
勘測單位提供的地形圖通常有兩種，一種為三維地形，即地形圖中的高程點(diǎn)的標高即為實(shí)際高程；另外一種是二維地形，即地形圖中的高程點(diǎn)的實(shí)際高程均為0，具體高程由數字在高程點(diǎn)旁標注。以三維地形圖為例，高程點(diǎn)均為帶有Z坐標的圖塊。
（1）打開(kāi)圖層管理器，將高程點(diǎn)以外的圖層反向選擇，然后凍結；
（2）點(diǎn)擊曲面菜單下的創(chuàng )建曲面命令，打開(kāi)創(chuàng )建曲面對話(huà)框，選擇相應的圖層、名稱(chēng)和曲面類(lèi)型。然后點(diǎn)擊確定。
（3）點(diǎn)擊工具空間的曲面樹(shù)形菜單，打開(kāi)定義工具欄，在圖形對象上點(diǎn)擊右鍵，選擇添加，在彈出的對話(huà)框中選擇塊。點(diǎn)擊確定。
（4）框選所有高程點(diǎn)，按回車(chē)鍵。
（5）曲面創(chuàng )建完成，可用對象查看器查看所創(chuàng )建的曲面。
2、道路中心線(xiàn)設計
道路設計首先要確定道路中心線(xiàn)線(xiàn)位，設計人需考慮各控制因素，按照規劃確定的線(xiàn)位進(jìn)行擬合，并按照規范要求適當調整圓曲線(xiàn)半徑、長(cháng)度、緩和曲線(xiàn)長(cháng)等曲線(xiàn)要素。
（1）將初步確定好的道路中心線(xiàn)插入地形圖中。
（2）將道路中心線(xiàn)轉換為多段線(xiàn)。
（3）單擊路線(xiàn)菜單下的從多段線(xiàn)創(chuàng )建路線(xiàn)，選中道路中心線(xiàn)。在彈出對話(huà)框中輸入路線(xiàn)名稱(chēng)，選擇路線(xiàn)樣式和路線(xiàn)標簽集，然后單擊確定。
3、道路縱斷面設計
目前國內常用的道路設計軟件的縱斷面設計功能，基本流程為先編制原地面線(xiàn)文件，然后生成原地面線(xiàn)，再在生成的原地面線(xiàn)上繪制拉坡線(xiàn)，并調整拉坡線(xiàn)直至滿(mǎn)足設計要求為止。然后將拉坡線(xiàn)儲存為豎曲線(xiàn)設計文件，再調用原地面線(xiàn)文件、豎曲線(xiàn)文件生成最終的道路縱斷面設計圖。Civil 3D采用三維地形為設計的基本資料，地面線(xiàn)可以直接通過(guò)“從曲面創(chuàng )建縱斷面”命令生成。且道路中心線(xiàn)修改之后，地面線(xiàn)會(huì )自動(dòng)更新，節省了設計時(shí)間和精力。使用“按布局創(chuàng )建縱斷面”可進(jìn)行拉坡線(xiàn)設計。設計縱斷面繪制完成后，查看自動(dòng)生成的豎曲線(xiàn)要素和坡度、坡長(cháng)等指標，如發(fā)現不滿(mǎn)足規范，則點(diǎn)擊編輯縱斷面形狀命令，在彈出的子工具條中，點(diǎn)擊縱斷面布局參數命令，打開(kāi)布局對話(huà)框。然后點(diǎn)取邊坡點(diǎn)，在布局對話(huà)框中修改邊坡點(diǎn)里程樁號、邊坡點(diǎn)標高、豎曲線(xiàn)半徑、坡度、坡長(cháng)等參數。
4、道路橫斷面設計
在Civil 3D即為創(chuàng )建道路裝配的過(guò)程，為了能夠精確反應道路模型，需綜合考慮，選用合適的部件來(lái)組合裝配。
（1）點(diǎn)擊道路下拉菜單，單擊創(chuàng )建裝配命令，在彈出對話(huà)框中輸入裝配名稱(chēng)，然后單擊確定。
（2）在屏幕任意位置單擊鼠標，將插入一個(gè)中部帶有圓形標記的豎線(xiàn)，這條豎線(xiàn)即是裝配的基準線(xiàn)，也即道路中心線(xiàn)。
（3）調出道路菜單下的“部件工具板選項板”，利用程序自帶的部件完成裝配。
（4）先裝配出標準橫斷面，再根據以后的設計需要添加其余裝配，由于Civil 3D具有動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)特性，對道路制定了不同的裝配或者修改了裝配部件的參數后，道路模型可以快速、即時(shí)更新。
5、道路建模
點(diǎn)擊道路下拉菜單，單擊創(chuàng )建道路命令，按照提示選擇路線(xiàn)、縱斷面和標準橫斷面裝配。在彈出對話(huà)框中，根據道路寬度的變化創(chuàng )建相應的區域，并為道路組件指定相應的邏輯目標。
在市政道路設計手段飛速發(fā)展的今天，BIM技術(shù)逐漸顯示出高效、快速、準確、直觀(guān)的優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)涵蓋了從項目前期、初步設計和施工圖設計的全過(guò)程，在市政道路設計領(lǐng)域將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，到現在還不懂BIM技術(shù)的小伙伴們，要抓緊學(xué)習了！
一、BIM的概念和特性
1、BIM的概念：建筑信息模型（BuildingInformationModeling，BIM）是以三維數字技術(shù)為基礎，集成了建筑工程項目各種相關(guān)信息的工程數據模型，BIM是對工程項目設施實(shí)體與功能特性的數字化表達。通常從兩個(gè)方面描述：
一是作為名詞，BIM是一種載體，包含特定建筑和設備的各種專(zhuān)業(yè)數據，并明確的描述其建筑的物理和非物理的屬性。BIM數據模型包含來(lái)自不同專(zhuān)業(yè)的未加工（Raw）的建筑數據。BIM模型包含特定建筑和設施的所有成分，所以BIM模型是豐富的（Rich）。BIM包含特定建筑和設施所有成分的關(guān)系和屬性，所以BIM模型是智能的（Intelligence）。
二是作為動(dòng)詞，BIM表示建立建筑數據模型的行為，包括數據的交換和共享。不同層面的使用者可以通過(guò)數據模型輸入并輸出模型在內的數據，而利用于設計和施工等工作。雖然對BIM定義存在不同的文字描述，但一般都涵蓋著(zhù)這兩個(gè)方面。
2、BIM一般具有以下特征：
（1）模型的3D參數化：3D參數化設計是有別于傳統AutoCAD等二維設計方法的一種全新的設計方法，是一種可以使用各種工程參數來(lái)創(chuàng )建、驅動(dòng)三維建筑模型，并可以利用三維建筑模型進(jìn)行建筑性能等各種分析與模擬的設計方法。（2）模型的信息化：建筑信息模型BIM采用參數化來(lái)描述建筑單元，以墻、窗、梁、柱等建筑構件為基本對象而不是CAD中的點(diǎn)、線(xiàn)、面等幾何元素，并將建筑單元的各種真實(shí)屬性通過(guò)參數的形式進(jìn)行模擬。
（3）模型信息的完整性：除了對工程對象進(jìn)行3D幾何信息的描述，還描述對象的拓撲關(guān)系。更主要的是信息模型包括了完整的工程信息描述，如具體對象名稱(chēng)、建筑材料、結構類(lèi)型等設計信息；如施工工序、施工進(jìn)度、工程量、項目成本、工程質(zhì)量以及人力、機械、材料等施工信息；如工程結構安全性能、安全運營(yíng)管理、材料耐久性等運營(yíng)養護信息。
（4）遵照統一標準：為實(shí)現多種軟件的信息互訪(fǎng)。BIM數據形式必須是開(kāi)放交互的，所有采用BIM技術(shù)的軟件都支持國際標準組織認可的工業(yè)基礎分類(lèi)標準（IFC，IndustryFoundationClasses）。當BIM軟件采用IFC格式進(jìn)行數據輸出時(shí)，其他支持該協(xié)議標準的軟件就可以直接讀取這些數據進(jìn)行下一步的工作。
（5）協(xié)同作業(yè)：BIM技術(shù)實(shí)施是提升工程行業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈的各個(gè)環(huán)節質(zhì)量和效率的終極目標，多工種、多行業(yè)協(xié)同作業(yè)正是BIM實(shí)現該目標的重要保障工具和手段。設計協(xié)同是針對設計階段各專(zhuān)業(yè)間進(jìn)行文件、數據的交互、溝通等的協(xié)同工作。施工、運營(yíng)協(xié)同是針對項目業(yè)主、設計方、施工方、監理方、材料供應商、運營(yíng)商等與項目相關(guān)各方，進(jìn)行交互、溝通交流等的協(xié)同工作。
二、BIM技術(shù)在市政道路設計中的應用
當前市政專(zhuān)業(yè)BIM設計軟件常用的是Autodesk公司推出的Civil 3D軟件，它作為交通、管道、水利等土木工程行業(yè)實(shí)現BIM的解決方案，如在道路設計方面，AutoCAD Civil 3D模型能夠幫助交通設計專(zhuān)業(yè)人員簡(jiǎn)化道路設計項目各個(gè)階段的流程。運用Civil 3D進(jìn)行市政道路設計主要包括以下環(huán)節：
1、地形圖處理
勘測單位提供的地形圖通常有兩種，一種為三維地形，即地形圖中的高程點(diǎn)的標高即為實(shí)際高程；另外一種是二維地形，即地形圖中的高程點(diǎn)的實(shí)際高程均為0，具體高程由數字在高程點(diǎn)旁標注。以三維地形圖為例，高程點(diǎn)均為帶有Z坐標的圖塊。
（1）打開(kāi)圖層管理器，將高程點(diǎn)以外的圖層反向選擇，然后凍結；
（2）點(diǎn)擊曲面菜單下的創(chuàng )建曲面命令，打開(kāi)創(chuàng )建曲面對話(huà)框，選擇相應的圖層、名稱(chēng)和曲面類(lèi)型。然后點(diǎn)擊確定。
（3）點(diǎn)擊工具空間的曲面樹(shù)形菜單，打開(kāi)定義工具欄，在圖形對象上點(diǎn)擊右鍵，選擇添加，在彈出的對話(huà)框中選擇塊。點(diǎn)擊確定。
（4）框選所有高程點(diǎn)，按回車(chē)鍵。
（5）曲面創(chuàng )建完成，可用對象查看器查看所創(chuàng )建的曲面。
2、道路中心線(xiàn)設計
道路設計首先要確定道路中心線(xiàn)線(xiàn)位，設計人需考慮各控制因素，按照規劃確定的線(xiàn)位進(jìn)行擬合，并按照規范要求適當調整圓曲線(xiàn)半徑、長(cháng)度、緩和曲線(xiàn)長(cháng)等曲線(xiàn)要素。
（1）將初步確定好的道路中心線(xiàn)插入地形圖中。
（2）將道路中心線(xiàn)轉換為多段線(xiàn)。
（3）單擊路線(xiàn)菜單下的從多段線(xiàn)創(chuàng )建路線(xiàn)，選中道路中心線(xiàn)。在彈出對話(huà)框中輸入路線(xiàn)名稱(chēng)，選擇路線(xiàn)樣式和路線(xiàn)標簽集，然后單擊確定。
3、道路縱斷面設計
目前國內常用的道路設計軟件的縱斷面設計功能，基本流程為先編制原地面線(xiàn)文件，然后生成原地面線(xiàn)，再在生成的原地面線(xiàn)上繪制拉坡線(xiàn)，并調整拉坡線(xiàn)直至滿(mǎn)足設計要求為止。然后將拉坡線(xiàn)儲存為豎曲線(xiàn)設計文件，再調用原地面線(xiàn)文件、豎曲線(xiàn)文件生成最終的道路縱斷面設計圖。Civil 3D采用三維地形為設計的基本資料，地面線(xiàn)可以直接通過(guò)“從曲面創(chuàng )建縱斷面”命令生成。且道路中心線(xiàn)修改之后，地面線(xiàn)會(huì )自動(dòng)更新，節省了設計時(shí)間和精力。使用“按布局創(chuàng )建縱斷面”可進(jìn)行拉坡線(xiàn)設計。設計縱斷面繪制完成后，查看自動(dòng)生成的豎曲線(xiàn)要素和坡度、坡長(cháng)等指標，如發(fā)現不滿(mǎn)足規范，則點(diǎn)擊編輯縱斷面形狀命令，在彈出的子工具條中，點(diǎn)擊縱斷面布局參數命令，打開(kāi)布局對話(huà)框。然后點(diǎn)取邊坡點(diǎn)，在布局對話(huà)框中修改邊坡點(diǎn)里程樁號、邊坡點(diǎn)標高、豎曲線(xiàn)半徑、坡度、坡長(cháng)等參數。
4、道路橫斷面設計
在Civil 3D即為創(chuàng )建道路裝配的過(guò)程，為了能夠精確反應道路模型，需綜合考慮，選用合適的部件來(lái)組合裝配。
（1）點(diǎn)擊道路下拉菜單，單擊創(chuàng )建裝配命令，在彈出對話(huà)框中輸入裝配名稱(chēng)，然后單擊確定。
（2）在屏幕任意位置單擊鼠標，將插入一個(gè)中部帶有圓形標記的豎線(xiàn)，這條豎線(xiàn)即是裝配的基準線(xiàn)，也即道路中心線(xiàn)。
（3）調出道路菜單下的“部件工具板選項板”，利用程序自帶的部件完成裝配。
（4）先裝配出標準橫斷面，再根據以后的設計需要添加其余裝配，由于Civil 3D具有動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)特性，對道路制定了不同的裝配或者修改了裝配部件的參數后，道路模型可以快速、即時(shí)更新。
5、道路建模
點(diǎn)擊道路下拉菜單，單擊創(chuàng )建道路命令，按照提示選擇路線(xiàn)、縱斷面和標準橫斷面裝配。在彈出對話(huà)框中，根據道路寬度的變化創(chuàng )建相應的區域，并為道路組件指定相應的邏輯目標。
在市政道路設計手段飛速發(fā)展的今天，BIM技術(shù)逐漸顯示出高效、快速、準確、直觀(guān)的優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)涵蓋了從項目前期、初步設計和施工圖設計的全過(guò)程，在市政道路設計領(lǐng)域將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，到現在還不懂BIM技術(shù)的小伙伴們，要抓緊學(xué)習了！
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