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BIM技術在市政道路設計中的應用
BIM技術是近幾年才流行起來的，橙子在2014年大學畢業(yè)的時候，BIM這個詞提的正熱，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(guī)范》為國標，規(guī)定采用 BIM 技術的，招標文件中應當有明確要求：建設單位對承諾采用 BIM 技術的投標人應當適當設置加分條件。那么什么是BIM技術，BIM技術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(shù)字技術為基礎，集成了建筑工程項目各種相關信息的工程數(shù)據(jù)模型，BIM是對工程項目設施實體與功能特性的數(shù)字化表達。通常從兩個方面描述：
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業(yè)數(shù)據(jù)，并明確的描述其建筑的物理和非物理的屬性。BIM數(shù)據(jù)模型包含來自不同專業(yè)的未加工（Raw）的建筑數(shù)據(jù)。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系和屬性，所以BIM模型是智能的（Intelligence）。
二是作為動詞，BIM表示建立建筑數(shù)據(jù)模型的行為，包括數(shù)據(jù)的交換和共享。不同層面的使用者可以通過數(shù)據(jù)模型輸入并輸出模型在內(nèi)的數(shù)據(jù)，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，但一般都涵蓋著這兩個方面。
（2）模型的信息化：建筑信息模型BIM采用參數(shù)化來描述建筑單元，以墻、窗、梁、柱等建筑構件為基本對象而不是CAD中的點、線、面等幾何元素，并將建筑單元的各種真實屬性通過參數(shù)的形式進行模擬。
（3）模型信息的完整性：除了對工程對象進行3D幾何信息的描述，還描述對象的拓撲關系。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、建筑材料、結(jié)構類型等設計信息；如施工工序、施工進度、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(jié)構安全性能、安全運營管理、材料耐久性等運營養(yǎng)護信息。
（4）遵照統(tǒng)一標準：為實現(xiàn)多種軟件的信息互訪。BIM數(shù)據(jù)形式必須是開放交互的，所有采用BIM技術的軟件都支持國際標準組織認可的工業(yè)基礎分類標準（IFC，IndustryFoundationClasses）。當BIM軟件采用IFC格式進行數(shù)據(jù)輸出時，其他支持該協(xié)議標準的軟件就可以直接讀取這些數(shù)據(jù)進行下一步的工作。
（5）協(xié)同作業(yè)：BIM技術實施是提升工程行業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈的各個環(huán)節(jié)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實現(xiàn)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業(yè)間進行文件、數(shù)據(jù)的交互、溝通等的協(xié)同工作。施工、運營協(xié)同是針對項目業(yè)主、設計方、施工方、監(jiān)理方、材料供應商、運營商等與項目相關各方，進行交互、溝通交流等的協(xié)同工作。
二、BIM技術在市政道路設計中的應用
當前市政專業(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)實現(xiàn)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業(yè)人員簡化道路設計項目各個階段的流程。運用Civil 3D進行市政道路設計主要包括以下環(huán)節(jié)：
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的標高即為實際高程；另外一種是二維地形，即地形圖中的高程點的實際高程均為0，具體高程由數(shù)字在高程點旁標注。以三維地形圖為例，高程點均為帶有Z坐標的圖塊。
（1）打開圖層管理器，將高程點以外的圖層反向選擇，然后凍結(jié)；
（2）點擊曲面菜單下的創(chuàng)建曲面命令，打開創(chuàng)建曲面對話框，選擇相應的圖層、名稱和曲面類型。然后點擊確定。
（3）點擊工具空間的曲面樹形菜單，打開定義工具欄，在圖形對象上點擊右鍵，選擇添加，在彈出的對話框中選擇塊。點擊確定。
（4）框選所有高程點，按回車鍵。
（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、道路中心線設計
道路設計首先要確定道路中心線線位，設計人需考慮各控制因素，按照規(guī)劃確定的線位進行擬合，并按照規(guī)范要求適當調(diào)整圓曲線半徑、長度、緩和曲線長等曲線要素。
（1）將初步確定好的道路中心線插入地形圖中。
（2）將道路中心線轉(zhuǎn)換為多段線。
（3）單擊路線菜單下的從多段線創(chuàng)建路線，選中道路中心線。在彈出對話框中輸入路線名稱，選擇路線樣式和路線標簽集，然后單擊確定。
3、道路縱斷面設計
目前國內(nèi)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文件，然后生成原地面線，再在生成的原地面線上繪制拉坡線，并調(diào)整拉坡線直至滿足設計要求為止。然后將拉坡線儲存為豎曲線設計文件，再調(diào)用原地面線文件、豎曲線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，地面線可以直接通過“從曲面創(chuàng)建縱斷面”命令生成。且道路中心線修改之后，地面線會自動更新，節(jié)省了設計時間和精力。使用“按布局創(chuàng)建縱斷面”可進行拉坡線設計。設計縱斷面繪制完成后，查看自動生成的豎曲線要素和坡度、坡長等指標，如發(fā)現(xiàn)不滿足規(guī)范，則點擊編輯縱斷面形狀命令，在彈出的子工具條中，點擊縱斷面布局參數(shù)命令，打開布局對話框。然后點取邊坡點，在布局對話框中修改邊坡點里程樁號、邊坡點標高、豎曲線半徑、坡度、坡長等參數(shù)。
4、道路橫斷面設計
在Civil 3D即為創(chuàng)建道路裝配的過程，為了能夠精確反應道路模型，需綜合考慮，選用合適的部件來組合裝配。
（1）點擊道路下拉菜單，單擊創(chuàng)建裝配命令，在彈出對話框中輸入裝配名稱，然后單擊確定。
（2）在屏幕任意位置單擊鼠標，將插入一個中部帶有圓形標記的豎線，這條豎線即是裝配的基準線，也即道路中心線。
（3）調(diào)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(jù)以后的設計需要添加其余裝配，由于Civil 3D具有動態(tài)關聯(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(shù)后，道路模型可以快速、即時更新。
5、道路建模
點擊道路下拉菜單，單擊創(chuàng)建道路命令，按照提示選擇路線、縱斷面和標準橫斷面裝配。在彈出對話框中，根據(jù)道路寬度的變化創(chuàng)建相應的區(qū)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技術逐漸顯示出高效、快速、準確、直觀的優(yōu)點，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程，在市政道路設計領域?qū)l(fā)揮越來越重要的作用，到現(xiàn)在還不懂BIM技術的小伙伴們，要抓緊學習了！
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(shù)字技術為基礎，集成了建筑工程項目各種相關信息的工程數(shù)據(jù)模型，BIM是對工程項目設施實體與功能特性的數(shù)字化表達。通常從兩個方面描述：
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業(yè)數(shù)據(jù)，并明確的描述其建筑的物理和非物理的屬性。BIM數(shù)據(jù)模型包含來自不同專業(yè)的未加工（Raw）的建筑數(shù)據(jù)。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系和屬性，所以BIM模型是智能的（Intelligence）。
二是作為動詞，BIM表示建立建筑數(shù)據(jù)模型的行為，包括數(shù)據(jù)的交換和共享。不同層面的使用者可以通過數(shù)據(jù)模型輸入并輸出模型在內(nèi)的數(shù)據(jù)，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，但一般都涵蓋著這兩個方面。
2、BIM一般具有以下特征：
（1）模型的3D參數(shù)化：3D參數(shù)化設計是有別于傳統(tǒng)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(shù)來創(chuàng)建、驅(qū)動三維建筑模型，并可以利用三維建筑模型進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(shù)化來描述建筑單元，以墻、窗、梁、柱等建筑構件為基本對象而不是CAD中的點、線、面等幾何元素，并將建筑單元的各種真實屬性通過參數(shù)的形式進行模擬。
（3）模型信息的完整性：除了對工程對象進行3D幾何信息的描述，還描述對象的拓撲關系。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、建筑材料、結(jié)構類型等設計信息；如施工工序、施工進度、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(jié)構安全性能、安全運營管理、材料耐久性等運營養(yǎng)護信息。
（4）遵照統(tǒng)一標準：為實現(xiàn)多種軟件的信息互訪。BIM數(shù)據(jù)形式必須是開放交互的，所有采用BIM技術的軟件都支持國際標準組織認可的工業(yè)基礎分類標準（IFC，IndustryFoundationClasses）。當BIM軟件采用IFC格式進行數(shù)據(jù)輸出時，其他支持該協(xié)議標準的軟件就可以直接讀取這些數(shù)據(jù)進行下一步的工作。
（5）協(xié)同作業(yè)：BIM技術實施是提升工程行業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈的各個環(huán)節(jié)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實現(xiàn)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業(yè)間進行文件、數(shù)據(jù)的交互、溝通等的協(xié)同工作。施工、運營協(xié)同是針對項目業(yè)主、設計方、施工方、監(jiān)理方、材料供應商、運營商等與項目相關各方，進行交互、溝通交流等的協(xié)同工作。
二、BIM技術在市政道路設計中的應用
當前市政專業(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)實現(xiàn)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業(yè)人員簡化道路設計項目各個階段的流程。運用Civil 3D進行市政道路設計主要包括以下環(huán)節(jié)：
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的標高即為實際高程；另外一種是二維地形，即地形圖中的高程點的實際高程均為0，具體高程由數(shù)字在高程點旁標注。以三維地形圖為例，高程點均為帶有Z坐標的圖塊。
（1）打開圖層管理器，將高程點以外的圖層反向選擇，然后凍結(jié)；
（2）點擊曲面菜單下的創(chuàng)建曲面命令，打開創(chuàng)建曲面對話框，選擇相應的圖層、名稱和曲面類型。然后點擊確定。
（3）點擊工具空間的曲面樹形菜單，打開定義工具欄，在圖形對象上點擊右鍵，選擇添加，在彈出的對話框中選擇塊。點擊確定。
（4）框選所有高程點，按回車鍵。
（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、道路中心線設計
道路設計首先要確定道路中心線線位，設計人需考慮各控制因素，按照規(guī)劃確定的線位進行擬合，并按照規(guī)范要求適當調(diào)整圓曲線半徑、長度、緩和曲線長等曲線要素。
（1）將初步確定好的道路中心線插入地形圖中。
（2）將道路中心線轉(zhuǎn)換為多段線。
（3）單擊路線菜單下的從多段線創(chuàng)建路線，選中道路中心線。在彈出對話框中輸入路線名稱，選擇路線樣式和路線標簽集，然后單擊確定。
3、道路縱斷面設計
目前國內(nèi)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文件，然后生成原地面線，再在生成的原地面線上繪制拉坡線，并調(diào)整拉坡線直至滿足設計要求為止。然后將拉坡線儲存為豎曲線設計文件，再調(diào)用原地面線文件、豎曲線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，地面線可以直接通過“從曲面創(chuàng)建縱斷面”命令生成。且道路中心線修改之后，地面線會自動更新，節(jié)省了設計時間和精力。使用“按布局創(chuàng)建縱斷面”可進行拉坡線設計。設計縱斷面繪制完成后，查看自動生成的豎曲線要素和坡度、坡長等指標，如發(fā)現(xiàn)不滿足規(guī)范，則點擊編輯縱斷面形狀命令，在彈出的子工具條中，點擊縱斷面布局參數(shù)命令，打開布局對話框。然后點取邊坡點，在布局對話框中修改邊坡點里程樁號、邊坡點標高、豎曲線半徑、坡度、坡長等參數(shù)。
4、道路橫斷面設計
在Civil 3D即為創(chuàng)建道路裝配的過程，為了能夠精確反應道路模型，需綜合考慮，選用合適的部件來組合裝配。
（1）點擊道路下拉菜單，單擊創(chuàng)建裝配命令，在彈出對話框中輸入裝配名稱，然后單擊確定。
（2）在屏幕任意位置單擊鼠標，將插入一個中部帶有圓形標記的豎線，這條豎線即是裝配的基準線，也即道路中心線。
（3）調(diào)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(jù)以后的設計需要添加其余裝配，由于Civil 3D具有動態(tài)關聯(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(shù)后，道路模型可以快速、即時更新。
5、道路建模
點擊道路下拉菜單，單擊創(chuàng)建道路命令，按照提示選擇路線、縱斷面和標準橫斷面裝配。在彈出對話框中，根據(jù)道路寬度的變化創(chuàng)建相應的區(qū)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技術逐漸顯示出高效、快速、準確、直觀的優(yōu)點，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程，在市政道路設計領域?qū)l(fā)揮越來越重要的作用，到現(xiàn)在還不懂BIM技術的小伙伴們，要抓緊學習了！
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