BIM 技术在工业总图设计中的应用

黄文军(上海建安化工设计有限公司，上海 200437)

0 引言

随着各学科技术日新月异的发展，市场竞争也日趋激烈，不断加快社会生产节奏的对设计行业的传统设计模式提出了更快的要求，原有设计理念已不能满足客户的需求。各种新技术应用到设计中，同样深深影响着设计行业，传统的设计方法需要新的变革，缩短设计周期，加强与客户交互性，满足客户的多样性需求是设计行业适应新市场形势的新的挑战。在这场技术方法变革需求的背景下，三维总图设计能应对新时期客户提出的更高的要求，带来设计方法的变革。

应用BIM 技术的三维总图设计能很好的适应这一新的形势。三维总图设计是面向对象的全新设计方法，相比传统过程方法具有明显的立体可见性和动态性，更有真实体验感。通过建立各类对象模型模拟项目各实体，不同设计成果可以基于已有对象信息分别组合自动生成[1]。当客户以及相关专业提出变重需求时，仅针对原始对象模型改动即可完成全部成果的动态生成，设计成果具有真实的立体效果和表面质感，增强的设计的可交互性和可见性，同时使人力和时间成本大幅降低。把三维建模的方法引入总图设计，利用计算机软件对原始输入资料进行转换，设计人员依据设计经验建立和修正相应对象模型，完成设计过程；输出设计成果时再组合对象信息得到二维出图，完成绘图过程。对原有对象模型的修改会在绘图中实时更新。BIM 软件的使用和计算机的高计算性能辅助使设计成果具有所见即所得和较强的交互性特点，把设计师的理念用三维模型展示给受众，让静止的设计结果成为虚拟的真实世界，人们通过身临其境的感受来体验设计师的成果，可以对设计的合理性和优缺点进行评价，增强了设计的科学性和可靠性。

利用软件的三维模型动态功能，设计师可以模拟出所拟建项目运营期的实际运行情况，发现静态设计无法表达的碰撞点，在项目投用之前就对设计进行优化，因而不但可使设计方案具有合理的平面/竖向布置，交通物流组织顺畅，而且避免了项目中反复变更带来的时间和人力的消耗，提高设计方案的可行性，从而提高工作效率，缩短设计周期[2]。

1 三维总图设计的概念、任务

三维总图设计，即在三维实体模型的基础上，加上原有传统二维总图设计经验的，借助计算机三维软件进行总图专业范围内的各项目设计。围绕工程项目的各类实体模型，在三维设计平台上，与各相关专业相互配合，组合中模型中相关信息形成设计方案，这种方法也是对传统总图设计方法的完善。

通过导入地形数据及地质勘探数据建立原始自然地面及各地层模型，基于各类模型可以分析地块在地形、坡度、日照、风向等与拟建工程的匹配性，利用曲面模型来进行土方计算，可以在平衡填挖方量的基础上找到目标地形曲面的最合理高程，并提高计算精度。设计人员用模型模拟出拟建项目的竣工状态，便于与客户及各相关专业沟通。在设计中导入各相关专业条件后进行专业间检查，及时修正和优化设计，从而提高设计方案的合规性和合理性，提高了工作效率，使设计周期大为缩减。

在传统平面总图设计的基本内容里，借助于三维实体模型与BIM 软件各项目功能，使平面布置、竖向布置、交通组织设计更加快速便捷，土方动态平衡计算、道路三维建模、管网三维建模、场景动态模拟等新元素的加入，使设计与成果展示成为一个有机的整体，以大幅度提高设计效率，提升设计成果质量，让总图设计更好地服务于工程项目管理，这是总图设计在新的形势下的主要任务[3]。

2 Civil 3D在总图设计中的主要内容

本文就Civil 3D 在总图设计中常用的两个主要内容加以阐述，即：用三维模型模拟地形曲面、土石方计算。

2.1 用三维模型模拟地形曲面

三维地形模型，是对现有地形曲面和目标设计曲面的模拟。通过对测绘数据及地形图处理，对特定区域的地形地貌，通过计算机模拟，得到一个可以精确反应现实设计目标的数字模型，区域内任意一点可以提取三维坐标等基本信息，基于这些信息，人们可以组合出坡度、区域径流流向等数据，便于人们的观察、设计研究和利用[3]。

在工程设计过程中涉及多专业协作时，其他专业常需要场地内某些不规则的点的高程，这在二维设计时往往带来的额外的计算工作量，特别是数据量大、地形不规则、以及对结果的精度要求较高时更显得捉襟见肘，这时三维模拟场地的优势便显现出来，它可以实时显示任意点的不同曲面的高程，如某一点的原始地面标高、设计地面标高等。当然三维地形的优点远不止这些，它还可以用来分析地形的各方面特性以及动态展示等。面对传统的用等高线和高程点表达的平面地形图上，设计者更多的精力主要花费在营造头脑中立体场景，考虑各单体间及单体与地形间的匹配情况，道路、管线与单体间的衔接等问题。随着需要考虑的要素越来越多，设计人员就显得力不从心。在各种三维模型实体营造真实感场景中，设计者可以更容易更准确地把握拟建单体与周围环境的相互关系。设计师就可以直观的感受场地地形模型的全貌，进行总体上的平面布置和竖向布置，组织各单体的人流、物流，使设计出的地形曲面符合工程要求，为后续其他相关各专业的设计工作提供支持。计算机软件在处理测绘地形数据会，建立数字地面高程模型，把地形转化为三维数据，土方计算求出每一个立体块的体积，汇总得出填挖方量，对比手工计算及计算机汇总计算来说，无论从速度还是精度，都有明显优势。

通过组合各类三维实体模型可以进行道路系统的设计。道路平面布置结合地形资料，为道路设计提供所在线路任意一点的自然地面标高、设计标高及坡度等信息，同时根据现场的地形进行地护坡、挡土墙等附属设施的设计，加上软件本身的动态链接特性，使设计人员方便快捷的进行道路的选线平面设计和纵断面设计。Civil 3D 对这两种形式的地形数据都提供的完美的解决方案，可以方便的转化为三维地形。

2.2 土石方计算

Civil 3D 在土方计算方面提供了强大的支持，有了前面三维数字地形作支撑，后续的工作实现起来就容易得多。通常我们在设计过程中需要两个三维曲面：原始地形曲面和最终设计地形曲面。原始地形曲面是根据业主提供的数据对原始场地地形的模拟。最终设计曲面是我们将要得到的建设目标，也是我们设计时主要的工作对象。设计曲面由放坡组、道路、要素线等对象构成，我们做方案设计时可以对这些对象编辑修改以得到我们的理想结果。

在设定原始地形和设计地形两个曲面后，再拾取生土方施工图所需的设计边界和栅格原点，详细设置施工图样式后，单击生成土方施工图，就可以得出土方施工图。在以上工作的基础上，我们通过建立三维体积曲面等操作，绘制出土方施工零线。

3 结语

Civil 3D 是一个功能十分强大的三维软件，利用它可以使我们在总图设计中得到更加直观科学的成果，这不但会减少以往二维设计中考虑不到的因素，而且使我们在与客户及各相关专业协作时更容易表达我们的设计意图，而且使设计成果相比二维总图更精确，可视化程度更高，便于人们在更宏观的层次理解设计师意图，使工程设计向着更加系统化、智能化的方向发展。