BIM建模在市政道路工程中的應(yīng)用

構(gòu)建模型系統(tǒng)的具體步驟如下：首先通過原始測量數(shù)據(jù)建立三維地面模型。原始測量數(shù)據(jù)包含三維地形圖、數(shù)字影像圖。其中三維地形圖是在一定的坐標(biāo)系統(tǒng)之下的CAD格式數(shù)據(jù)或者數(shù)字坐標(biāo)數(shù)據(jù)。數(shù)字影像圖是通過衛(wèi)星、遙感、航拍等技術(shù)采集并通過專業(yè)的圖像處理工具處理后的能夠反映真實(shí)地形地貌的圖像。

其次，根據(jù)道路沿線周邊的情況構(gòu)建房屋建筑、高壓線路、徑流區(qū)域模型。房屋建筑的信息包括樓高、樓層數(shù)、外立面材料；高壓線路的信息包括高壓鐵塔的位置、線路的類型、高程；徑流區(qū)域包括河流的常水位及百年一遇洪水位等。

原始地形隨著道路的填挖設(shè)計發(fā)生形態(tài)改變，需按照一定的法則將道路空間形態(tài)與地形進(jìn)行拼接計算，即完成道路范圍內(nèi)的路基及邊坡的設(shè)計。同理，在設(shè)計中包含橋梁或隧道時，橋臺、隧道洞口處的邊坡設(shè)計也會改變原有地形。對地形進(jìn)行處理之后，即可對道路主線、立交、橋梁、隧道及其附屬結(jié)構(gòu)物、景觀等要素進(jìn)行三維設(shè)計。最后，將分析和共享模塊與各要素拼合計算得到的道路三維模型組合，構(gòu)成完整的道路三維模型系統(tǒng)。

三維模型系統(tǒng)要素建模方法及作用

1.地形地質(zhì)模型

地形模型主要由原始地面模型、道路模型、橋梁隧道模型組合而成。對于地面模型，系統(tǒng)需要生成并存儲從數(shù)百萬個點(diǎn)創(chuàng)建的曲面，必需對它們進(jìn)行組織以進(jìn)行有效處理。對于地質(zhì)模型，目前主要采用二維鉆孔資料，通過拉伸，生成三維鉆孔信息模型。

根據(jù)地形地質(zhì)三維模型，可幫助道路設(shè)計者總體把握整個區(qū)域的地質(zhì)條件，尤其是不良地質(zhì)地塊的分布情況，有利于道路選線時的避讓或進(jìn)行不良地質(zhì)處理設(shè)計。

2.地面紋理處理

引入地形影像作為數(shù)字地面模型的表面紋理，疊加在矢量地形圖上，即可呈現(xiàn)模型區(qū)域的地形地貌環(huán)境。地形影像的引入使得三維道路模型不僅表達(dá)了準(zhǔn)確的地形信息（如河流、山脈、谷地），還融合了大量的地貌信息（如植物、人工設(shè)施、土壤地質(zhì)等）。

3.道路模型處理

道路模型可以進(jìn)一步細(xì)化分為道路路線、橋梁模型、隧道、立交模型和附屬設(shè)施。在完成上述各子實(shí)體的模型建立后，通過設(shè)定空間位置的方式將其拼合為一整體，構(gòu)成道路模型。在道路模型的建模過程中，通過原始設(shè)計平縱橫數(shù)據(jù)，生成道路路線模型及與地面模型拼合的邊坡、邊溝。在此基礎(chǔ)上設(shè)定不同路段道路的橫斷面（包含車行道、路緣、護(hù)欄、中分帶等）即生成道路基本模型。同理，可以根據(jù)設(shè)計數(shù)據(jù)設(shè)置橋梁與隧道模型。立交模型中涉及到主線和匝道的連接段，可以采用加減速車道與主線疊加的方法，解決變速車道的三維設(shè)計。其余附屬設(shè)施如防撞護(hù)欄、路燈等，可以根據(jù)設(shè)計設(shè)置起點(diǎn)位置、軌道偏距離、高度偏距等參數(shù)，以道路中心線或邊線為參照確定其空間位置。

4.景觀模型的建立

隨著環(huán)境友好型社會成為人們的共識，道路設(shè)計中對景觀的要求也越加重視。在道路三維模型系統(tǒng)中需要添加園林景觀專業(yè)設(shè)計人員設(shè)計的植物綠化景觀，降低道路建設(shè)對社會環(huán)境的負(fù)面影響，盡可能做到道路與景觀協(xié)調(diào)一致。景觀模型涉及的參數(shù)：植物群分類、植物群空間位置，植物群高度等。

5.道路周邊環(huán)境

道路周邊環(huán)境（如軌道、鐵路、建筑、管線、水域等）也是道路選線的重要因素之一。對于一般規(guī)則的建筑，可以通過設(shè)計通用的模塊，包含建筑的空間位置、幾何形狀、外部材質(zhì)等參數(shù)進(jìn)行建模。對于特殊外形及外觀的建筑，在有需要的情況下，可以通過對系統(tǒng)設(shè)置外部接口，導(dǎo)入該建筑的三維模型。管線的設(shè)計主要包括高壓鐵塔的位置、高壓線的高度、燃?xì)夤艿赖目臻g位置等。水域的模型設(shè)計可以根據(jù)水文資料，確定其常水位、百年一遇洪水位，在地形圖中確定其范圍，反映在地面模型中。應(yīng)該注意到的是，河流是動態(tài)有方向的，所以對水域的處理應(yīng)通過采用材質(zhì)變化達(dá)到動態(tài)效果。

三維模型在設(shè)計中的應(yīng)用

目前道路三維模型的研究往往只關(guān)注模型的建立，很少有人關(guān)注模型的分析與共享等輔助設(shè)計功能。實(shí)際上，設(shè)計中往往會遇到任務(wù)時間緊，周邊建設(shè)條件十分復(fù)雜的情況，如何在短時間內(nèi)快速的建立模型，并解決相關(guān)設(shè)計問題是設(shè)計人員面對的首要難題。與此同時，設(shè)計方案也是在不斷的深化和修改過程中得到完善，如何通過最大限度的發(fā)揮模型的輔助設(shè)計和決策作用，也是模型系統(tǒng)研究需要考慮的重要問題。因此，有必要利用分析和共享模塊，應(yīng)用BIM模型進(jìn)行道路輔助設(shè)計，促進(jìn)其在行業(yè)中的推廣應(yīng)用。

1.分析模塊

對于系統(tǒng)的分析，大多數(shù)軟件采用的方法是根據(jù)路徑進(jìn)行三維漫游，通過視距等因素來判斷設(shè)計線形的優(yōu)劣。然而，花費(fèi)如此大的精力僅僅實(shí)現(xiàn)單一功能，投入產(chǎn)出比太低。因此，需要對模型設(shè)置相關(guān)模塊對模型進(jìn)行深入分析，充分發(fā)揮其在設(shè)計工作中的輔助作用。相關(guān)模塊如下。

（1）高程分析模塊。通過對不同高程范圍閥值設(shè)定相應(yīng)的色彩，實(shí)現(xiàn)對地形的三維可視化。

（2）任意速度、路徑三維漫游視頻錄制。漫游的路徑應(yīng)該是可以變動的，這樣使得從任意的方向觀察設(shè)計方案得到保證；漫游的速度的改變可以模擬不同車速下車輛在道路行駛時的情況；錄制的視頻可以設(shè)定其保存格式、幀數(shù)、分辨率以適應(yīng)播放需要。

（3）徑流分析模塊。通過分析不同的水位下道路周邊區(qū)域淹沒情況，分析流域?qū)Φ缆吩O(shè)計的影響，對于避免道路受水流的淹沒沖刷是有幫助的。

（4）其他模塊。其他模塊能夠?qū)崿F(xiàn)關(guān)注點(diǎn)、測量功能、構(gòu)造物信息等。對于道路周邊的一些重要建筑物，可以采用關(guān)注點(diǎn)標(biāo)簽的形式給予提示。測量功能能夠測量任意點(diǎn)之間的距離。構(gòu)造物信息包括場地面積、建筑高度等。

2.共享模塊

現(xiàn)代社會講究分工和協(xié)同，龐大的模型系統(tǒng)需要不同專業(yè)人員進(jìn)行分工協(xié)作。通過網(wǎng)絡(luò)可以做到模型系統(tǒng)的多專業(yè)協(xié)作，實(shí)現(xiàn)模型的實(shí)時同步更新。因此，BIM模型的共享模塊應(yīng)包含發(fā)布、修改、瀏覽模型的功能。為了保證協(xié)作的有效性、協(xié)調(diào)性，模型的管理員應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目的情況對項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、各專業(yè)負(fù)責(zé)人、一般設(shè)計人員設(shè)定相應(yīng)的共享權(quán)限。

3.BIM模型輔助道路設(shè)計

通過以上分析共享模塊，可以進(jìn)行片區(qū)路網(wǎng)、復(fù)雜立交、可持續(xù)性分析等輔助設(shè)計。

（1）路網(wǎng)設(shè)計。目前，路網(wǎng)設(shè)計中往往存在這樣的問題：片區(qū)路網(wǎng)范圍較大時，不同的道路可能由不同的設(shè)計單位進(jìn)行，不同區(qū)域存在標(biāo)高、管網(wǎng)對接問題。在設(shè)計階段，通過BIM模型能夠?qū)ㄋ胶痛怪睅缀误w系、排水系統(tǒng)、公用設(shè)施、公用地界在內(nèi)的項(xiàng)目數(shù)據(jù)與圖紙進(jìn)行關(guān)聯(lián)，避免沖突發(fā)生。

（2）復(fù)雜立交設(shè)計。BIM的設(shè)計成果是一個三維數(shù)字化的信息模型，即工程完成后應(yīng)該成的樣子，可真實(shí)表達(dá)設(shè)計意圖。對于復(fù)雜立交，BIM可很容易設(shè)計自定義參數(shù)組件，能描述清楚非常復(fù)雜的問題。通過BIM可以實(shí)現(xiàn)以下設(shè)計功能：

①建立參數(shù)化的精確橋墩三維模型，真實(shí)展現(xiàn)立交施工完成后的樣式；

②復(fù)雜的立交及其周邊環(huán)境得到了精確展示，可通過三維模型檢查立交設(shè)計并進(jìn)行優(yōu)化，可大大減少工程量；

③碰撞檢查：減少了返工和重建，更加經(jīng)濟(jì)和高效；

④凈空檢查：二維設(shè)計為保守起見，凈空往往會留有很大的富余度，使工程量增加。應(yīng)用BIM后，可以快速準(zhǔn)確地測出最小凈空，一方面可判斷是否滿足設(shè)計要求，另一方面也為設(shè)計優(yōu)化提供了可靠依據(jù)，從而減少工程量。

（3）可持續(xù)性設(shè)計。城市道路可持續(xù)性設(shè)計有：日照分析、聲環(huán)境分析、流體分析等內(nèi)容。應(yīng)用BIM可更直觀有效地進(jìn)行分析評估。以日照光影分析為例。通過虛擬陽光，模擬道路范圍內(nèi)某一天不同時刻光照的情況，有效地分析了高架道路對城市采光的影響。