BIM技术在城市道路接入设计中的应用

程金钊

摘 要：道路接入点处交通流发生变化，容易产生交通事故。利用BIM技术可以直观地展示场地现状，分析接入需求。开展接入点处的三维设计，直观地展示了设计成果，方便进行成果评估。将BIM设计成果导入交通分析软件，评估通行效率、净空需求，能进一步体现BIM技术的优势。相信随着BIM技术的发展，基于三维模型和数据的分析将会越来越完善，BIM技术将促进交通事业更好地发展。

关键词：BIM技术;城市道路;接入设计;应用

中图分类号：U412.37 文献标识码：A

0 引言

BIM技术主要是建立建筑信息化的三维模型，通过模型展示较为完整的建筑信息，相关技术人员可通过模型对建筑进行了解。现阶段，BIM技术得到广泛应用，在市政道路设计中的应用极大地提高了设计效率，使市政道路工程建设方案更加合理，从而避免重复建设造成的浪费，使得社会资源得到更合理利用。

1 BIM技术的发展及其应用

1.1 BIM技术的发展与应用

由查理·伊斯特曼于1975年提出的建筑描述系统被认为是BIM的前身，该理论是建立在数据转换的基础之上，利用三维建筑信息模型与二维平面图纸进行关联的方法，在对三维模型修改的同时达到二维平面图纸实现自动同步更新的目的。以BIM技术对项目设计进行全过程模拟，各专业设计人员即使是在不同阶段中，只要使用同一模型，对各自负责的工作进行设计操作，即可以达到协同设计的目的，能够有效地对整个工程进行计算、分析以及模拟。最近几十年来，随着科学技术的迅猛发展，计算机的硬件与软件水平也得到了快速提升，使得BIM技术在工程建设领域内逐渐备受关注，并且应用范围迅速扩大。我国的BIM理念于2004年第一次被引入，并于2010年首先在建筑工程领域范围内得到快速发展，后来逐步在市政道路中得到了應用。

1.2 常用BIM软件介绍

BIM技术的应用主要是以强大的硬件与软件系统为支撑所建立起来的，但是由于我国科学技术起步较晚，导致BIM技术在我国还没有成熟的核心软件系统，所以我们在当前所使用的BIM软件都是从国外引进的，主要有四种经常使用的软件。其中市政道路设计主要采用Autodesk以及Bentley两家公司的软件进行。其中Autodesk系列的BIM软件主要有Civil3d、Revit以及Infraworks，其中Civil3d是以AutoCAD为基础的道路工程三维软件，Revit是专业的桥梁三维设计软件，而Infraworks则可对设计方案与结构布置进行优化，并实现工程量的初步统计分析。Bentley系列等BIM软件则有PowerCivil与BridgeMasterModerler两种，其中PowerCivil可进行三维化建模与工程信息参数集成，BridgeMasterModerler则可进行渲染、可视化以及动态视图和施工模拟操作。

1.3 BIM技术的优势

（1）可视化。采用BIM技术，不仅能够详细地呈现工程现场的地形地貌、设计细节，更具优势的是可以清楚地了解到道路结构以下的给排水与其他综合管线信息。设计人员将所获得的这些信息作为依据进行参考，从而实现能够直观的检查设计成果，合理的布设管线。

（2）协同性。随着城市建设进程的逐渐完善，市政道路改扩建项目也日益增加，市政道路工程的建设内容也越来越复杂，对于道路建设的要求也越来越严格，使得道路设计的难度逐渐加大，需要更加专业的技术人才来协调配合工作，从而保证市政道路设计的效果满足预期要求。针对之前的二维设计进行分析，不同的专业人员之间主要依靠分图层对不同专业设计内容进行比对复核，或者利用协同设计系统进行联合设计。但这样的合作形式只能满足较低层次的协同合作，无法达到各个专业之间较深层次的合作。若是在设计过程中应用传统的二维设计，需要对地下管线、道路绿化、道路照明、交通设施、交叉口、公交车站等部分进行分项设计，对于不同分项的工程设计存在较多的关联数据，单纯地进行整合，容易出现设计差错。而在应用BIM技术时，可以借助于子模型来进行高效的协同模式的合作，使其道路设计能够实现预期的标准。

（3）仿真性。市政道路在满足使用功能的基础上，还求要与周边的景观与建构筑物相互协调统一。在传统的设计工作中，只有进行专项的翻模操作才能实现，这种操作方法不仅费时费力，得到的结论往往与实际也相差较大。而BIM技术则可以弥补这一缺陷，它根据需要随时查看设计效果，还能够完整、清晰地呈现出工程细节。

（4）优化性。市政道路设计涉及到道路、桥梁、给排水以及绿化和各种专业管线，在传统的设计工作中，对道路结构以下的各种管线之间的冲突是很难发现的，通常是到了施工阶段才会发现，不仅会造成工期的延误，还导致了工程成本的增加。而BIM技术则可以避免这些问题，它在设计阶段的初期就可以识别这些问题，并及时调整设计方案。

2 BIM技术辅助接入分析的技术路线

目前，BIM技术在场地三维建模、基础设施三维设计、三维表现方面有比较成熟的解决方案。建立场地的三维模型是进行接入分析的基础，目前，常用的场地三维模型建立的方法有：（1）通过传统测量方法（全站仪法或卫星定位测量法），获得测区若干点的三维坐标，采用软件建立三维场地模型。（2）采用三维激光扫描仪，获取测区的密集点云，利用点云建立三维场地模型。（3）采用无人机倾斜摄影，从多个角度拍摄测区的照片，通过软件构建区域的三维模型。相对于前两种方法，无人机倾斜摄影法可以得到测区真实的纹理信息，详细、直观的表现场地信息，因此推荐用无人机倾斜摄影的方法建立场地三维模型。在场地三维模型的基础上，可以分析现有道路的交通组织，拟定接入方案，进而进行三维设计。基础设施的三维设计常用的有鸿业、Bentley和Autodesk等公司的相关软件。这些道路三维设计软件操作简便、灵活、符合国内设计行业的需要，并且软件有渲染功能，能够集成倾斜摄影模型，方便设计方案展示与成果交付。

3 工程应用

东风快速路是某市路网规划中的重要组成部分。建成通车后，方便了市民的出行同时，也加速了周边土地开发的速度。根据规划，东风快速路西侧的海河路需要接入快速路。目前，海河路已经完工，为顺利实施海河路的接入，做好接入分析与设计，减少因接入引起的隐患，拟采用BIM技术进行接入分析与设计。

3.1 构建原始场地模型

根据项目需要，首先采用无人机采集接入处的场地信息，分别按照正射影像和三维模型的构建需要进行航线规划。执行完拍摄任务后，利用照片生产出正射影像、密集点云、三维模型，以满足后续分析与设计的需要。道路地形图处理在市政道路设计中十分重要，一般情况下勘测单位都会按照具体的设计要求来提供相关的二维或三维的地形图。二维地形图的高程点通常是以0来设置的，而具体的实际高度是在地形图旁用数字进行标注的。对于三维地形图来说，会用明确的数字进行标注，Z标识则表示的是高程坐标点。利用BIM技术对三维地形图进行处理后的步骤：首先要打开软件图层管理进行冷处理与除开高层点、外图层的反向选择操作。再进行创建曲面功能，之后选定高程点，最终对全部高程点进行处理，并创建曲面查看。

3.2 道路中心线绘制

在市政道路接入设计中道路中心线绘制的整体效果与道路设计的整体效果间存在相关性，在具体的设计环节中，由于受到多种限制性因素的影响，使绘制中心线的准确性受到不同程度的影响。为了保证所绘制的中心线符合预期所要达到的要求，必须在绘制前就考虑到相关的限制性因素，并按照相关的规定进行线位的拟合处理，合理调整其曲线长度、半径等相关性因素。BIM技术应用中，在设计的初期要对中心线进行控制分析，以便在3D图形中，确定中心线的位置后插入中心线。若要转换中心线，要按照相关的规定标准，并把3D地形图作为基础将中心线转换为多段线。对于路线的创建要寻找相关的功能，再执行，在输入栏中输入所要创建的线路。

3.3 接入口现状分析

根据接入口的原始场地模型进行现状分析。拟接入道路海河路已经施工完成，横断面宽30 m，横断面包括人行道2×3.5 m，绿化带2×1.5 m，非机动车道2×3 m，机动车道14 m。东风快速辅路为双车道，每车道宽3.5 m。交叉口处，海河路进口道为单右转车道，车道宽3.75 m，海河路的出口为双车道，每车道宽3.5 m。交叉口南侧约36 m处，有一施工临时道路接入口。经过模型分析，当前交叉口处交通设施还不完善，主要问题包括：（1）辅路右侧绿化带没有开口，不能满足海河路的接入。（2）海河路出口为双车道，衔接辅路的单车道，渠化不合理。（3）辅路双车道之间为虚线分隔，渠化不合理。（4）缺少必要的信息提示设施。（5）施工临时道路接入口距离海河路交叉口太近。

3.4 接入口改进设计

通过对场地模型的详细分析，设计师、评审专家提出了如下改进方案：（1）辅路右侧绿化带增设两个出口，出口长12 m，满足车辆驶入和驶出。（2）优化海河路出口，通过渠化设计，在路口将双车道变为单车道，车道宽度设计为4 m。（3）辅路上距离交叉口110 m处，设置交叉口提示标志，使右转车辆提前进入最右侧车道，辅路上双车道间的虚线改为实线，实线长120 m。（4）交叉口处增加导向线、非机动车道提示，增加交叉口提示标牌、人行道提示标牌等交通设施。（5）关闭施工临时道路的接入口。

4 结束语

新建道路接入已有道路就会形成交叉口，接入点处易发生交通事故。以海河路与东风快速路接入项目为背景，探索应用BIM技术进行接入分析与设计。采用倾斜摄影技术获得了接入点处详细的三维实景模型，在此基础上分析道路接入存在的问题，利用BIM软件进行接入点的三维设计，并与三维实景模型相融合。结果显示，应用BIM技术方便了接入分析，并能直观地展示接入设计，方便进行设计方案评估与进一步优化。

参考文献：

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