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从鸿业道路设计软件的更新看BIM技术的应用前景

发布时间:2016-07-14  文章来源:邵晓涛  浏览量:[]

(四川自力建筑勘测设计有限公司  四川  泸州  646000)

[摘  要]BIM即建筑信息模型(Building Information Modeling),BIM技术是继CAD(计算机辅助设计)技术后出现应用于建设领域的又一项重要的计算机技术。BIM技术能从设计阶段、建造阶段和运营阶段对建筑的全生命周期过程起到重要作用。

近年来,随着BIM技术的发展,在北美、北欧、香港、新加城等国已经得到广泛应用,美国2012年应用BIM技术的建筑占71%,而目前我国BIM技术主要在一线城市的大型建筑使用,其他城市应用较少。BIM技术的应用范围很广,房屋建筑、地铁、道路、桥梁、水坝等都可以用应用。目前BIM技术在我国上海、北京、广州等城市的房屋建筑领域正迅速发展,越来越多的工程技术人员开始学习并使用BIM技术,而道路工程中BIM的应用则相对起步较晚。

目前我公司在道路设计尤其是市政道路项目上,应用的辅助设计软件是基于CAD技术的鸿业市政道路设计软件,设计、制图、出版阶段均脱离不了2D的DWG图形核心,经过勘察设计行业多年发展变革,这种平面的线性辅助设计技术已经越来越不适用于如今高速发展的基础设施建设的需求。2015年6月,参加了鸿业科技有限公司组织的BIM技术研讨会,结合鸿业科技公司推出的以BIM技术为核心的市政道路系列软件的实践,对BIM技术的应用和前景有了更深的认识,对BIM技术在道路设计的创新有了新的思考,学习并应用该技术对于缩短设计周期,提高工程建设的社会经济效益等,有着重要的意义。

[关键词] 道路设计;BIM技术;应用前景;鸿业市政道路软件

一 前言

我国勘察设计行业经过20多年的发展,如今正在经历翻天覆地的变化,BIM理念已经逐渐在建筑行业扩展开来,越来越多的设计企业认识到通过BIM技术革新设计手段,能够有效提高设计质量、促进设计创新。目前,BIM已被明确写入建筑发展“十二五”规划, BIM在经过了多年的实践和推广之后,国家BIM标准的制定也已经启动,BIM相关课题已经开始申报。

在我国,城市生活配套的各种公共基础设施建设都属于市政工程范畴,市政工程往往直接影响着人们的生活,其重要性不言而喻。随着BIM技术在建筑行业乃至市政行业的广泛应用,工程设计人员可以在项目的设计阶段,运用相应的三维模拟技术,直接进行基础构造和管线设备布局等专业的设计,各专业之间可实现BIM数据共享的三维设计模型,能有效避免数据重复输入,进而导致失误;在项目的施工阶段,通过BIM技术进行的模拟构建,也可以对工程建造过程进行真实的预演,使工程建造的重点、难点清晰可见。同时,BIM技术也对工程竣工后的运用维护阶段起到了积极的作用,能够有效地为运用维护管理工作提供全模型数据仓库与工程资产全信息管理,从而为业主带来了极大的便利。

鸿业公司推出的Roadleader(路立得)软件是以BIM技术为核心,为市政道路设计人员和公路设计人员提供一套完整的智能化、自动化、三维化解决方案。这款软件比较完整的覆盖了市政道路设计和公路设计的各个层面,能够有效地辅助设计人员进行地形处理、平面设计、纵断设计、横断设计、边坡设计、交叉口设计、立交设计、三维漫游和效果图制作等工作。

路立得软件基于BIM理念,以脱离DWG图形的独立的BIM信息为核心,所有设计、三维、算量、出图等工作都紧密围绕这个核心进行。也顺理成章的实现了所见即所得、模拟、优化、以及不同专业间的协调功能,例如道路软件可以实现交通信号的控制和模拟,管线软件可以直接得到每根管子、每个井所在的道路板块位置和高程,桥梁软件可以对复杂

的互通立交桥进行三维设计。更进一步,因为BIM理念的贯彻,路立得软件对数据有了精确把握,路基和边坡、路面结构层、缘石等都是拥有完整属性的整体对象,不再是传统的靠断面拼凑的数据,因此能够提供精确的工程算量数据。随着BIM概念在工程建设领域的推广应用,BIM信息将成为衔接规划、设计、施工、运维的整个工程全生命周期的信息载体。

二 应用实例

我公司设计的《泸州医药产业园区20号线道路》工程,位于泸州医药产业园区,泸县城西片区,其周边有玉蟾大道、福集连接线、川黔高速公路通过,同时该规划片区部分道路已建或正在修建,区域内外交通路网繁杂,20号线道路处于滨河景观带,周边地形条件复杂,涉及多座桥梁、沟渠和蜿蜒交错河道,又是区域内的主要环线,连接多条交通干道,设计人员在规划和设计阶段使用路立得软件进行项目的分析管理,较之原有的CAD辅助设计在方案设计阶段节约了不少人力和物力。



三维地形
高程分析


路线三维视图
动态拉坡高程分析


方案设计阶段建立的高路堤和交叉口三维模型

1快速地形识别和建模

通过路立得软件,对测量地形图的高程点识别、搜索成组定义等高线,能快速准确地处理地形数据。同时较之原有的软件,对地形中比较复杂的陡坎、特征线、边界、洞口等都进行了模拟,支持曲面粘贴,进行了较为精确的地形建模。使用软件提供的三维地形和高程检查功能可以快速排除地形数据中的错误,而编辑操作记录功能则能够随时对已加入地形曲面中的等高线、高程点等数据进行修改。

2直观的平纵线型设计

较之原来的鸿业市政道路设计软件8.0、9.0版本,如今的路立得3.0软件能够更为直观和形象地提供导线法和曲线法两个大类的路线设计方法。在导线法设计中,软件提供了不同测设条件下的40多种设计方法,较之以前三单元和五单元两种类型的设计方法有了长足的进步,设计人员可以通过模拟参数设置很方便地进行包括回头曲线在内的多种线型设计,大大简化了计算的工作量和误差。最重要的是,曲线法提供了点加方位角、两点直线、参考路线三种起点接线方法,以及直缓圆、圆缓直、卵形、S形、C形等7种终点接线方式,纵断传坡功能则大大简化了匝道的纵断设计工作,从而使得我们在面对复杂交通组织设计时驾轻就熟,能更方便快捷的进行互通立交及相应的匝道设计。

而软件提供的复制指定桩号区间的路线、旋转路线、路线横移、路线反向、连接路线等编辑功能更是为路线灵活设计提供了根本的保障。在路线设计过程中,随时可以查看三维视图、剖切地面线视图,以及进行规范检查,方便设计人员掌握路线的当前状态和填挖方状况。

3利用三维辅助设计建立精确的场景模拟

本工程设计的难点就在于与园区各条主干路的交叉处理,河道的交叉处理由于后续工程考虑改移方案,因此道路设计只需针对路基进行处理。道路在起点、终点以及K1+182.64几个交叉口均属于异性交叉口,且部分交叉路口原始地形下部为暗沟、小桥涵等,为设计工作带来很大的困扰。得益于利用路立得软件前期的建模的数字化地形,在设计阶段可以快速创建平交口,自动准确处理交叉口放坡,交叉口和道路保持联动关系,当道路被修改时,交叉口也自动同步更新,节省了不少机械成图的时间。同时,软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对接。虽然最终的方案并未采用互通式立交,但是通过摸索钻研,我们也在方案设计阶段对互通立交的各设计参数进行了详细的试算,通过对比,利用软件的三维交互设计工具涵盖变速车道、辅助车道、过渡段、鼻端、主线和匝道偏置、硬路肩等的设计成果均十分理想,尽管没有得到实际的检验,但是对我们设计人员也是一种激励和震撼,在感叹科技进步的同时也要努力吸收新的知识和技术,不然很可能就被时代所抛弃。

软件创建的道路本身就具有三维模型数据,可以直接用AutoCAD在三维状态下查看,并且道路被修改后三维模型即时更新。只是在环境建模的时候需要把工作做细做足,道路沿线的树木、路灯、水面、高压线塔、铁路等都需要提前定义,此外为了研究路线的相对位置关系(平面和高程),还需要定义主要建筑物,通过软件的功能可以快速自动识别地形图上的建筑和层数并生成三维模型。针对市政道路的特殊性,我们还利用软件做了受信号灯控制的车流模拟,但是也要先行定义好车流行车路线、交通密度、行车速度等参数,在各交叉路口进行了信号灯配时后,就可以比较真实的模拟交通情况。

通过实践可以发现,借助初级的以BIM技术为核心的系列软件,可以对道路设计中涵盖的数据有精确把握,地形、建筑物、路基和边坡、路面结构层、缘石、互通式交叉口等都是拥有完整属性的整体对象,不再是传统的靠断面拼凑的数据,因此它能够提供精确的工程算量数据。 站在设计的角度上,BIM技术实际上是一种工作方式;站在业主的角度上,BIM技术实质上是一种三维实景模拟工作模式。加强BIM技术的广泛应用,可以将设计理论贯彻到整个市政工程的全过程,与项目的管理观念基本保持一致,不断提高设计团队的内部交流和沟通效率,促使设计工作的准确性不断地提高。同时,BIM技术能够为相关的设计人员、工程项目管理人员和控制人员以及工程施工管理人员的工作提供较大的便利性,也对工程竣工后的运营维护阶段起到了积极的作用,能够有效地为维护管理工作提供全模型数据仓库与工程资产全信息管理,从而为业主带来极大的便利。

三 BIM在道路设计行业应用的前景

1规划阶段

基于BIM核心的信息模型流程,有助于缩短设计、分析和进行变更的时间。最终可以评估更多假设条件,优化项目性能。

2勘测阶段

勘测和设计工具可以自动完成许多耗费时间的任务,有助于简化项目工作流。使用BIM技术可以在更加一致的环境中完成所有任务,包括直接导入原始勘测数据、最小二乘法平差编辑勘测资料、自动创建勘测图形和曲面;可以交互式地创建并编辑勘测图形顶点,发现并编辑相交的特征线,避免潜在的问题,生成能够在项目中直接使用的点、勘测图形和地形曲面;能够以等高线或三角形的形式来展现曲面,并创建有效的高程和坡面分析;还可将曲面作为参考,创建与源数据保持动态关系的智能对象。同时将任何坡型生成曲面模型。

3设计阶段

(1)道路建模。可以帮助我们更高效地设计道路和城市立交工程模型,例如创建动态更新的交互式平面交叉路口模型。同时可以利用内置的部件其中包括行车道、人行道、沟渠和复杂的车道组件),可以根据常用设计规范更迅速地设计环岛,包括交通标识和路面标线等。或者根据设计标准创建自己的部件。通过直观的交互或变更用于定义道路横截面的输入参数即可轻松修改整个道路模型。由于施工图和标注将始终处于最新状态,可以使设计者集中精力优化设计。

(2)工程量计算与分析。利用复合体积算法或平均断面算法,更快速地计算现有曲面和设计曲面之间的土方量。使用生成土方调配图表,用以分析适合的挖填距离,要移动的土方数量及移动方向,确定取土坑和弃土堆的可能位置。从道路模型中可以提取工程材料数量,进行项目成本及时分析。

(3)自动生成施工平面图。如标注完整的横断面图、纵断面图和土方施工图等。使用外部参考和数据快捷键可生成多个图纸的草图。这样,在工作流程中便可利用与模型中相同的图例生成施工图纸。一旦模型变更,可以更快地更新所有的施工图,按照路线走向自动完成图纸和图幅线的布局,并根据布局生成平面和纵断面图纸.地图册功能会对整个项目的图纸进行安排,同时生成针对整个图纸集的重要地图和图例。

(4)轻松处理变更与评审。因为数据直接来自模型,所以报告可以轻松进行更新,更迅速地响应设计变更。如今的工程设计流程比以往更为复杂,设计评审通常涉及到非CAD使用者、但同时又是对项目非常重要的团队成员,可以利用数字方式让整个团队的人员参与设计评审。

(5)多领域协作。道路工程师可以将纵断面、路线和曲面等信息直接传送给结构工程师,以便其在软件中设计桥梁、箱形涵洞和其它交通结构物。

(6)可持续环保设计,提供高质量图纸。工程师可以根据可靠的场地现状模型和设计约束来评估设计方案,推出更具创新性的环保设计,帮助客户达到公认的可持续发展。通过模型与文档之间的智能关联,交付高质量的设计和施工图纸,提高图纸的一致性,无论是否发生变更。

四 小结

虽然BIM技术为工程建设行业带来了新的曙光,为建设行业变革指明了方向。但是,在实际应用中还是面临诸多问题,对市政道路工程来讲,BIM技术的应用和推广,更是步履维艰,其原因不言而喻。

首先是对BIM技术认识不全面,设计人员习惯于2D的设计思维模式,一下子想要适应3D的设计思维模式,中间需要时间去转变,需要经历许多的磨练、适应和摸索,这也将会是一项长期而艰巨的任务。但是,就BIM技术本身而言,并不属于很高端的计算机技术,反而是一种大众化的科学技术,上到设计师,下至现场施工人员,都是可以使用的。如何能使各个基层对BIM技术有全面的认识,对原有的2D技术进行合理科学地创新,保留其中的精华,舍弃其中的糟粕,并且积极地开发新的应用技术,与BIM技术相融合,是一个循序渐进的过程。

其次,目前我国市政道路设计无法实现BIM技术向生产力的完全转化,并且转化的能力有限,BIM技术只有向生产力转化,才能极大地发挥其价值。我们在转化BIM技术成生产力时,还不能急于求成,否则会导致信息量输入的增加,从而增加设计人员的工作量。BIM技术在全过程的监控、设计质量安全的保证以及协同设计等方面具有较大的优势,随着BIM技术的发展与成熟,它的优势才能更好地在实际应用中发挥作用,因此,现在的付出并不是白费的。

综上所述,加强BIM技术在道路设计上广泛应用,有助于促进市政工程设计行业的发展。但是BIM技术的推广是一项长期的、艰巨的工程。BIM技术是一种手段和工具,也是设计和方法。作为设计人员,还需要我们从基础做起,只有掌握好了各项规范要件和技术方法,才能更好的将BIM技术应用于我们的工程实践。


[参考文献]

[1]郭洪江,浅析BIM在公路设计中的应用,黑龙江交通科技,2011

[2]蒲红克,BIM技术在城市道路与管道协同规划设计中的应用,城市道桥与防洪,2013

[3]杰里·莱瑟林、王新,BIM的历史,建筑创作,2011

[4]印明,市政设计中BIM技术发展前景,城市道桥与防洪,2012

[5]张建平,BIM技术的研究与应用,施工技术,2011















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