BIM技术应用在市政道路设计中的优势及阻力

李展杰

引言

BIM（Building information modeling/Building information model）是指建筑信息建模/建筑信息模型，根据建设项目的相关信息资料，建立了建筑模型，并通过数字信息仿真技术对建筑物的真实信息进行模拟。它具有可视化、协调、仿真、优化和映射五大特点。在今天的工程BIM应用中，它不再局限于建筑工程本身，而是将BIM技术应用到市政道路工程中。

1 BIM理念概述

BIM最初的含义是表示通过三维数字化，建立了建设项目的所有相关信息模型，现在则作为一种理念引申至其他工程应用上。

BIM是一种设计理念，Revit只是应用BIM技术的一个软件。实际上采用这个理念的软件有很多，比如用于高端机械设计的达索、CATIA、Bentley的多个产品、Graphisoft的ArchiCAD等。虽然该软件没有明确强调这个术语，但它是基于BIM概念的。事实上，特别是在市政道路设计方面，用当今的Revit各系列软件去做都不合适的。

2 BIM应用与市政道路设计的优势

（1）明确表达设计意图

传统的二维设计方式由于复杂的三维平面化成二维空间，因此不可避免地造成一些数据的丢失，使得设计成果不能明确设计意图，甚至出现多意性理解。

BIM的设计结果是一个三维数字化信息模型，它应该是项目完成后的外观，从而真实地表达设计意图。并且子模型和属性划分得越细，设计意图就表达的越充分和唯一。此外，BIM工具的一个特点是很容易设计自定义参数组件，因此可以描述非常复杂的问题。

这个问题在更复杂的项目中更为突出，正是由于这个原因，先进的高端机械制造业和建筑业早就研究了这个问题，并采用了类似的解决方案。以前道路工程对于三维空间的复杂性比较低，而且各个项目之间的相似度很大，所以业主、设计、施工、监理方都可以依靠经验来理解。但随着社会的发展，城市范围内的工程越来越复杂，他们也更能反映设计院的核心价值，将有越来越多的创新工程，给水排水工程出现了更为复杂的结构，传统的二维设计方法就达不到效果了。

（2）强大的分析和模拟能力

这是BIM的一个重要优势，因为设计阶段可以直观地看到项目完成后的外观，可以在此基础上进行演示和调整。对于设计师来说，问题可以及时找到。对于主人，心理上的期望偏差也可以及时了解，以便在出始阶段消除问题。在传统的二维设计模型中，复杂工程的三维建模往往需要明确表达设计意图，这一过程是人工成本和实时性的差异，需要进行调整。在BIM模式下，设计结果包括三维模型，设计调整同时自动调整三维模型。

此外由于BIM模型包含了丰富的信息，可以提供专业的仿真分析和数据支持的尽可能准确的结论，使项目的论证和施工交底变得有效。

（3）精确计算工程量

在传统的设计模式中，道路工程量的计算采用横断面法计算，如道路土方量、路面工程量等，地形起伏较大或平面较为复杂时误差较大。管道工程井身结构的工程量主要以标准图和经验估算为基础，误差较大。但在BIM设计模式中，因为每个子模型的精确的几何和属性数据，并能得到精确的体积、面积、长度、数量，可根据土方量计算精度之间的路基表面和自然地形表面的设计，甚至可以在一个专业的计算工具辅助下获得精确的模板量等，这些计算是自动的，不需要手动输入。

（4）提高协同能力

由于目前市政工程项目规模越来越大，设计难度越来越高，设计内容越来越精细，几个人完成一个项目就不太可能了，这就需要更多的专业人员紧密地结合在一起。这种协作不仅存在于不同的专业之间，同一专业内部也需要，这就需要使用设计工具进行协作，这正是BIM擅长的。

在传统的二维设计模式中，不同设计师之间的协作主要是通过图层复制粘贴来实现的，也有部分院建立了协同设计系统，但大多数使用的方式更类似于上述方式，只需将您的图形或文件存储在服务器上并进行访问控制。这种方法通常只解决较低层次的协同作用，更精细的协同就达不到了。例如，分配道路的每边坡度，每个平交道口，每个立交桥都要分配给不同的人去做。在传统的二维模型中，这些高耦合并行的工作往往是很难工作的，因为平面图作为主要的设计结果，是由许多相互关联的线和词组成的，只是把所有人的工作成果合起来就是非常困难和容易出现错误的。

在BIM解决方案中，这个问题得到了解决。由于基于BIM的设计过程可以被认为是信息模型的建立过程，这种模式有很多的子模型，（如Revit的族）组成，这些子模型内高内聚、低耦合关系，并且模型之间的耦合是明确的（即某些子模型会影响到哪些子模型是明确的），所以很容易合并，并且能立即发现冲突。由于子模型之间的低耦合性，可以分配给不同的人来设计，从而实现协同。

除了在设计单位内部进行协调，BIM还可以实现不同社会部门之间的巨大协同作用，从而达到最佳的综合社会效益。

3 BIM在鸿业市政软件中的应用

3.1 设计过程即3D信息模型搭建过程

在路立得中，道路模型又细分为几个种子模型，有的是子模型，又是由较细的子模型组成，如桥梁建筑物，由主梁、盖梁、墩、系梁、承台、桩等十多种子模型组成。设计结果详细介绍了各边坡，每个桥墩都是不同的子模型。在设计过程中，对这些子模型进行了设计和构造，并且可以随时调整参数。

3.2 符合国内习惯

国外BIM软件在国内使用的阻力首先就是设计习惯不同，路立得完美地融入到传统的设计模式中，把大多数造型操作转化为设计过程，特别是对于简单的项目，设计过程与传统完全相同。国外BIM软件在国内使用的另一大阻力是不能够提供符合国内习惯的出图，路立得充分考虑了这个问题，提供完全符合国内习惯的平面图、纵断设计图、道路地图、高程数据图、超宽图，断面图等，以及各种标志和各种表类。

3.3 协同支持

由于BIM概念的实现，软件中充分考虑了协同处理，一方面是同一软件中不同设计者之间的协作，另一方面它与其他软件协同工作。

在软件中，不同的设计者可以同时设计不同的子模型，最后通过数据文件或导入来合并模型。目前，数据库存储和协同工作也已经开始，基于离线和在线模式的协同设计方法将被提供。

在和其他软件协同方面，目前主要通过LandXML和FBX、SKP、DWG 等数据文件进行，可以和 Autodesk Civil3D、InfraWorks、3dMax，以及Google Skyetchup等软件交换信息和模型数据。和其他软件的协同性更充分，如路立得软件，可以直接从路立得模型中得到每一个管道，每一个良好的道路板块位置和高程数据，最终的设计模式也可以结合。

4 BIM应用的阻力

（1）设计理念的转变

BIM在一方面意味着设计工具需要更改应用程序，这意味着个人的软件的优势丧失，需要重新学习，所以会有一些阻力。但更重要的是，BIM的应用意味着设计理念需要更新，这是一个2D到3D的思维过程的跳跃，比原来的计算机地图转换还让人更难以接受，对设计师来说是一个痛苦的过程。加上BIM软件比二维软件更复杂、更难掌握，产生抵触心理这是不可避免的。

（2）将增加现阶段普通项目的工作量。

现阶段对于大多数普通市政道路工程，或对传统二维模型设计结果的要求，再加上设计者对传统二维设计模式的熟悉，已形成模式化，这样就可以轻松完成设计。然而，在BIM模式中，由于信息较为完善，所需输入的数据较多，而且BIM设计的随机性很低，因此有必要做更多的工作。此外，还必须提供符合规范的二维图形设计结果。在完成BIM模式设计后，需要增加二维输出步骤，增加工作量。

（3）社会动力不足。

目前，市政道路工程的BIM应用是从业主和施工方进行的，动力很小，基本上只是设计院在推，所以动力不足。对于承包商来说，在较长时期内不会有太大动力（除非工程总承包普及），因为设计变更的缺陷也是造成收入的主要来源之一，在这种情况下，他们采用BIM会大大减少。然而，市政道路工程的业主通常是政府。他们虽然行为保守，但很容易受到专家、学者等社会力量的影响，具有突发性决策和决定性影响的可能。

（4）缺乏标准

BIM在市政工业中的应用刚刚起步。规格尚未制定。这使得它很难做到这一点，并除去需要增加工作量，导致在这个过程中丢失了一些精确的数据。另一方面，BIM不是一个软件问题，需要多个专业软件的合作。缺乏标准会导致数据共享困难，无法反映BIM的优点。

5 结语

中国的城市建设仍处于一个快速发展的阶段，它仍然是一个短平快的道路。精工慢活的创造性项目占比重还比较小，所以在表面上看BIM的需求并不迫切。然而，随着城市的发展，从数量到质量，工程基数量越来越大，项目质量越来越高，对BIM的需求也越来越大。BIM是一个飞跃，设计理念正在引发工程设计领域的另一场革命，同时也会有一些阻力，但设计到BIM是必然的趋势，相关方要抓住机遇。

[1]赵杰.浅谈市政道路设计中BIM技术应用的优势及阻力[J].通讯世界，2017（13）：143～144.

[2]卞春霞.谈市政道路设计中BIM技术的应用原则[J].通讯世界，2017（07）：214～215.

[3]张保国，毛国圈.市政道路设计中BIM技术应用的策略[J].中国建筑企业管理，2015（22）：54～55.