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從鴻業道路設計軟件的更新看BIM技術的應用前景

發布時間:2016-07-14  文章來源:邵曉濤  瀏覽量:[]

(四川自力建筑勘測設計有限公司  四川  瀘州  646000)

[摘  要]BIM即建筑信息模型(Building Information Modeling),BIM技術是繼CAD(計算機輔助設計)技術后出現應用于建設領域的又一項重要的計算機技術。BIM技術能從設計階段、建造階段和運營階段對建筑的全生命周期過程起到重要作用。

近年來,隨著BIM技術的發展,在北美、北歐、香港、新加城等國已經得到廣泛應用,美國2012年應用BIM技術的建筑占71%,而目前我國BIM技術主要在一線城市的大型建筑使用,其他城市應用較少。BIM技術的應用范圍很廣,房屋建筑、地鐵、道路、橋梁、水壩等都可以用應用。目前BIM技術在我國上海、北京、廣州等城市的房屋建筑領域正迅速發展,越來越多的工程技術人員開始學習并使用BIM技術,而道路工程中BIM的應用則相對起步較晚。

目前我公司在道路設計尤其是市政道路項目上,應用的輔助設計軟件是基于CAD技術的鴻業市政道路設計軟件,設計、制圖、出版階段均脫離不了2D的DWG圖形核心,經過勘察設計行業多年發展變革,這種平面的線性輔助設計技術已經越來越不適用于如今高速發展的基礎設施建設的需求。2015年6月,參加了鴻業科技有限公司組織的BIM技術研討會,結合鴻業科技公司推出的以BIM技術為核心的市政道路系列軟件的實踐,對BIM技術的應用和前景有了更深的認識,對BIM技術在道路設計的創新有了新的思考,學習并應用該技術對于縮短設計周期,提高工程建設的社會經濟效益等,有著重要的意義。

[關鍵詞] 道路設計;BIM技術;應用前景;鴻業市政道路軟件

一 前言

我國勘察設計行業經過20多年的發展,如今正在經歷翻天覆地的變化,BIM理念已經逐漸在建筑行業擴展開來,越來越多的設計企業認識到通過BIM技術革新設計手段,能夠有效提高設計質量、促進設計創新。目前,BIM已被明確寫入建筑發展“十二五”規劃, BIM在經過了多年的實踐和推廣之后,國家BIM標準的制定也已經啟動,BIM相關課題已經開始申報。

在我國,城市生活配套的各種公共基礎設施建設都屬于市政工程范疇,市政工程往往直接影響著人們的生活,其重要性不言而喻。隨著BIM技術在建筑行業乃至市政行業的廣泛應用,工程設計人員可以在項目的設計階段,運用相應的三維模擬技術,直接進行基礎構造和管線設備布局等專業的設計,各專業之間可實現BIM數據共享的三維設計模型,能有效避免數據重復輸入,進而導致失誤;在項目的施工階段,通過BIM技術進行的模擬構建,也可以對工程建造過程進行真實的預演,使工程建造的重點、難點清晰可見。同時,BIM技術也對工程竣工后的運用維護階段起到了積極的作用,能夠有效地為運用維護管理工作提供全模型數據倉庫與工程資產全信息管理,從而為業主帶來了極大的便利。

鴻業公司推出的Roadleader(路立得)軟件是以BIM技術為核心,為市政道路設計人員和公路設計人員提供一套完整的智能化、自動化、三維化解決方案。這款軟件比較完整的覆蓋了市政道路設計和公路設計的各個層面,能夠有效地輔助設計人員進行地形處理、平面設計、縱斷設計、橫斷設計、邊坡設計、交叉口設計、立交設計、三維漫游和效果圖制作等工作。

路立得軟件基于BIM理念,以脫離DWG圖形的獨立的BIM信息為核心,所有設計、三維、算量、出圖等工作都緊密圍繞這個核心進行。也順理成章的實現了所見即所得、模擬、優化、以及不同專業間的協調功能,例如道路軟件可以實現交通信號的控制和模擬,管線軟件可以直接得到每根管子、每個井所在的道路板塊位置和高程,橋梁軟件可以對復雜

的互通立交橋進行三維設計。更進一步,因為BIM理念的貫徹,路立得軟件對數據有了精確把握,路基和邊坡、路面結構層、緣石等都是擁有完整屬性的整體對象,不再是傳統的靠斷面拼湊的數據,因此能夠提供精確的工程算量數據。隨著BIM概念在工程建設領域的推廣應用,BIM信息將成為銜接規劃、設計、施工、運維的整個工程全生命周期的信息載體。

二 應用實例

我公司設計的《瀘州醫藥產業園區20號線道路》工程,位于瀘州醫藥產業園區,瀘縣城西片區,其周邊有玉蟾大道、福集連接線、川黔高速公路通過,同時該規劃片區部分道路已建或正在修建,區域內外交通路網繁雜,20號線道路處于濱河景觀帶,周邊地形條件復雜,涉及多座橋梁、溝渠和蜿蜒交錯河道,又是區域內的主要環線,連接多條交通干道,設計人員在規劃和設計階段使用路立得軟件進行項目的分析管理,較之原有的CAD輔助設計在方案設計階段節約了不少人力和物力。



三維地形
高程分析


路線三維視圖
動態拉坡高程分析


方案設計階段建立的高路堤和交叉口三維模型

1快速地形識別和建模

通過路立得軟件,對測量地形圖的高程點識別、搜索成組定義等高線,能快速準確地處理地形數據。同時較之原有的軟件,對地形中比較復雜的陡坎、特征線、邊界、洞口等都進行了模擬,支持曲面粘貼,進行了較為精確的地形建模。使用軟件提供的三維地形和高程檢查功能可以快速排除地形數據中的錯誤,而編輯操作記錄功能則能夠隨時對已加入地形曲面中的等高線、高程點等數據進行修改。

2直觀的平縱線型設計

較之原來的鴻業市政道路設計軟件8.0、9.0版本,如今的路立得3.0軟件能夠更為直觀和形象地提供導線法和曲線法兩個大類的路線設計方法。在導線法設計中,軟件提供了不同測設條件下的40多種設計方法,較之以前三單元和五單元兩種類型的設計方法有了長足的進步,設計人員可以通過模擬參數設置很方便地進行包括回頭曲線在內的多種線型設計,大大簡化了計算的工作量和誤差。最重要的是,曲線法提供了點加方位角、兩點直線、參考路線三種起點接線方法,以及直緩圓、圓緩直、卵形、S形、C形等7種終點接線方式,縱斷傳坡功能則大大簡化了匝道的縱斷設計工作,從而使得我們在面對復雜交通組織設計時駕輕就熟,能更方便快捷的進行互通立交及相應的匝道設計。

而軟件提供的復制指定樁號區間的路線、旋轉路線、路線橫移、路線反向、連接路線等編輯功能更是為路線靈活設計提供了根本的保障。在路線設計過程中,隨時可以查看三維視圖、剖切地面線視圖,以及進行規范檢查,方便設計人員掌握路線的當前狀態和填挖方狀況。

3利用三維輔助設計建立精確的場景模擬

本工程設計的難點就在于與園區各條主干路的交叉處理,河道的交叉處理由于后續工程考慮改移方案,因此道路設計只需針對路基進行處理。道路在起點、終點以及K1+182.64幾個交叉口均屬于異性交叉口,且部分交叉路口原始地形下部為暗溝、小橋涵等,為設計工作帶來很大的困擾。得益于利用路立得軟件前期的建模的數字化地形,在設計階段可以快速創建平交口,自動準確處理交叉口放坡,交叉口和道路保持聯動關系,當道路被修改時,交叉口也自動同步更新,節省了不少機械成圖的時間。同時,軟件提供的互通立交出入口功能可以快速生成立交出入口,以及匝道分流合流和對接。雖然最終的方案并未采用互通式立交,但是通過摸索鉆研,我們也在方案設計階段對互通立交的各設計參數進行了詳細的試算,通過對比,利用軟件的三維交互設計工具涵蓋變速車道、輔助車道、過渡段、鼻端、主線和匝道偏置、硬路肩等的設計成果均十分理想,盡管沒有得到實際的檢驗,但是對我們設計人員也是一種激勵和震撼,在感嘆科技進步的同時也要努力吸收新的知識和技術,不然很可能就被時代所拋棄。

軟件創建的道路本身就具有三維模型數據,可以直接用AutoCAD在三維狀態下查看,并且道路被修改后三維模型即時更新。只是在環境建模的時候需要把工作做細做足,道路沿線的樹木、路燈、水面、高壓線塔、鐵路等都需要提前定義,此外為了研究路線的相對位置關系(平面和高程),還需要定義主要建筑物,通過軟件的功能可以快速自動識別地形圖上的建筑和層數并生成三維模型。針對市政道路的特殊性,我們還利用軟件做了受信號燈控制的車流模擬,但是也要先行定義好車流行車路線、交通密度、行車速度等參數,在各交叉路口進行了信號燈配時后,就可以比較真實的模擬交通情況。

通過實踐可以發現,借助初級的以BIM技術為核心的系列軟件,可以對道路設計中涵蓋的數據有精確把握,地形、建筑物、路基和邊坡、路面結構層、緣石、互通式交叉口等都是擁有完整屬性的整體對象,不再是傳統的靠斷面拼湊的數據,因此它能夠提供精確的工程算量數據!≌驹谠O計的角度上,BIM技術實際上是一種工作方式;站在業主的角度上,BIM技術實質上是一種三維實景模擬工作模式。加強BIM技術的廣泛應用,可以將設計理論貫徹到整個市政工程的全過程,與項目的管理觀念基本保持一致,不斷提高設計團隊的內部交流和溝通效率,促使設計工作的準確性不斷地提高。同時,BIM技術能夠為相關的設計人員、工程項目管理人員和控制人員以及工程施工管理人員的工作提供較大的便利性,也對工程竣工后的運營維護階段起到了積極的作用,能夠有效地為維護管理工作提供全模型數據倉庫與工程資產全信息管理,從而為業主帶來極大的便利。

三 BIM在道路設計行業應用的前景

1規劃階段

基于BIM核心的信息模型流程,有助于縮短設計、分析和進行變更的時間。最終可以評估更多假設條件,優化項目性能。

2勘測階段

勘測和設計工具可以自動完成許多耗費時間的任務,有助于簡化項目工作流。使用BIM技術可以在更加一致的環境中完成所有任務,包括直接導入原始勘測數據、最小二乘法平差編輯勘測資料、自動創建勘測圖形和曲面;可以交互式地創建并編輯勘測圖形頂點,發現并編輯相交的特征線,避免潛在的問題,生成能夠在項目中直接使用的點、勘測圖形和地形曲面;能夠以等高線或三角形的形式來展現曲面,并創建有效的高程和坡面分析;還可將曲面作為參考,創建與源數據保持動態關系的智能對象。同時將任何坡型生成曲面模型。

3設計階段

(1)道路建模?梢詭椭覀兏咝У卦O計道路和城市立交工程模型,例如創建動態更新的交互式平面交叉路口模型。同時可以利用內置的部件其中包括行車道、人行道、溝渠和復雜的車道組件),可以根據常用設計規范更迅速地設計環島,包括交通標識和路面標線等;蛘吒鶕O計標準創建自己的部件。通過直觀的交互或變更用于定義道路橫截面的輸入參數即可輕松修改整個道路模型。由于施工圖和標注將始終處于最新狀態,可以使設計者集中精力優化設計。

(2)工程量計算與分析。利用復合體積算法或平均斷面算法,更快速地計算現有曲面和設計曲面之間的土方量。使用生成土方調配圖表,用以分析適合的挖填距離,要移動的土方數量及移動方向,確定取土坑和棄土堆的可能位置。從道路模型中可以提取工程材料數量,進行項目成本及時分析。

(3)自動生成施工平面圖。如標注完整的橫斷面圖、縱斷面圖和土方施工圖等。使用外部參考和數據快捷鍵可生成多個圖紙的草圖。這樣,在工作流程中便可利用與模型中相同的圖例生成施工圖紙。一旦模型變更,可以更快地更新所有的施工圖,按照路線走向自動完成圖紙和圖幅線的布局,并根據布局生成平面和縱斷面圖紙.地圖冊功能會對整個項目的圖紙進行安排,同時生成針對整個圖紙集的重要地圖和圖例。

(4)輕松處理變更與評審。因為數據直接來自模型,所以報告可以輕松進行更新,更迅速地響應設計變更。如今的工程設計流程比以往更為復雜,設計評審通常涉及到非CAD使用者、但同時又是對項目非常重要的團隊成員,可以利用數字方式讓整個團隊的人員參與設計評審。

(5)多領域協作。道路工程師可以將縱斷面、路線和曲面等信息直接傳送給結構工程師,以便其在軟件中設計橋梁、箱形涵洞和其它交通結構物。

(6)可持續環保設計,提供高質量圖紙。工程師可以根據可靠的場地現狀模型和設計約束來評估設計方案,推出更具創新性的環保設計,幫助客戶達到公認的可持續發展。通過模型與文檔之間的智能關聯,交付高質量的設計和施工圖紙,提高圖紙的一致性,無論是否發生變更。

四 小結

雖然BIM技術為工程建設行業帶來了新的曙光,為建設行業變革指明了方向。但是,在實際應用中還是面臨諸多問題,對市政道路工程來講,BIM技術的應用和推廣,更是步履維艱,其原因不言而喻。

首先是對BIM技術認識不全面,設計人員習慣于2D的設計思維模式,一下子想要適應3D的設計思維模式,中間需要時間去轉變,需要經歷許多的磨練、適應和摸索,這也將會是一項長期而艱巨的任務。但是,就BIM技術本身而言,并不屬于很高端的計算機技術,反而是一種大眾化的科學技術,上到設計師,下至現場施工人員,都是可以使用的。如何能使各個基層對BIM技術有全面的認識,對原有的2D技術進行合理科學地創新,保留其中的精華,舍棄其中的糟粕,并且積極地開發新的應用技術,與BIM技術相融合,是一個循序漸進的過程。

其次,目前我國市政道路設計無法實現BIM技術向生產力的完全轉化,并且轉化的能力有限,BIM技術只有向生產力轉化,才能極大地發揮其價值。我們在轉化BIM技術成生產力時,還不能急于求成,否則會導致信息量輸入的增加,從而增加設計人員的工作量。BIM技術在全過程的監控、設計質量安全的保證以及協同設計等方面具有較大的優勢,隨著BIM技術的發展與成熟,它的優勢才能更好地在實際應用中發揮作用,因此,現在的付出并不是白費的。

綜上所述,加強BIM技術在道路設計上廣泛應用,有助于促進市政工程設計行業的發展。但是BIM技術的推廣是一項長期的、艱巨的工程。BIM技術是一種手段和工具,也是設計和方法。作為設計人員,還需要我們從基礎做起,只有掌握好了各項規范要件和技術方法,才能更好的將BIM技術應用于我們的工程實踐。


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