黄炎 任娜娜 汤苏衡 刘雪松

摘 要：本文以雄安新区市政道路设计工程为依托，详细介绍了以鸿业路易软件为工具，创建三维数字地面模型、道路模型和交通工程模型的技术路线，总结了快速添加设计工程信息和制作雄安工程项目数据（XDB）的技术流程，提出了四层级BIM设计与应用流程。介绍了在实际项目中BIM+GIS设计方案展示、复杂节点的深化设计和设计成果的数字化交付等应用，提高了设计质量，体现了BIM技术在市政道路设计中的独特优势。

关键词：BIM;CIM;道路设计;数字化交付;雄安新区

0 引言

随着市政工程项目规模越来越大，工程各部分三维空间关系越发复杂。市政道路设计内容点多面广，设计难度越来越高。 “精工慢活”正逐步替代“短平快”，成为市政道路设计的主流需求[1]。BIM（Building Information Modeling）技术以数字三维模型为基础，集成了建筑工程信息，应用在市政道路设计中，能够实现设计意图精确表达，具有强大的分析和模拟能力，完成精确快速计量，实现各专业高效协同，是解决市政道路设计难题的重要手段[2]。

市政道路BIM设计软件，主要分三类：第一类是Autodesk、Bentley和CATIA等大型软件平台的系列产品，第二类是基于前者进行的二次开发产品。这两类软件产品，由于学习成本较高，投入产出比低，本土化研发进度慢等制约因素，并没有在设计人员群体内形成自发应用的源动力。第三类是基于传统道路设计软件，贯彻BIM的理念，结合国内工程特点，顺应各专业设计流程，适应中国本地化设计习惯，深入开发的本土BIM软件。典型如金思路路线专家系统、同豪土木公路工程BIM设计系统、鸿业路易等。这类BIM软件，很大程度上填补了传统BIM软件在市政设计领域的短板，并因其高效率和专业性，取得了市场的认可[3]。

本文以鸿业路易道路BIM设计软件为基础，探究BIM技术在市政道路设计中的应用。研究BIM模型快速创建流程，实现设计成果数字化交付，并实现与数字城市CIM（City Information Modeling）平台的融合。在此基础上，探索基于市政道路BIM模型，進行方案验证、复杂节点空间分析、数字化交付等BIM应用工作，从而提高工程设计质量。

1 工程概况

河北雄安新区某配套市政道路工程，含5条主干路，9条次干路和55条支路，道路里程总长73.2公里。市政道路设计需要兼顾地下综合管廊，统筹协调电力、通信、给水、燃气、雨污水等各类市政管线，同时考虑地下通道在道路红线范围内的竖向关系，提出合理的道路及综合管线实施方案。此外根据雄安新区智能城市建设专项规划，要求汇聚城市空间数据，集成涵盖规划、设计、建造、运营等全生命周期的建筑信息模型，建设城市信息模型CIM平台，发展数字镜像城市。因此要求设计成果按照相关交付标准，完成三维模型的创建，属性信息的添加，实现设计成果的数字化交付，并与雄安CIM平台良好融合。

2 技术路线

根据工程需求，本项目BIM设计及应用由四个层级组成。第一级是工程环境的搭建，以地形图、激光扫描、卫星影像、航空摄影数据、勘探钻孔数据等为基础数据，创建三维数字地面模型（DEM）和地质模型，作为BIM设计的基础环境;第二级是市政道路及其他专业工程设计，设计的过程即工程数据库的搭建，同时也是BIM模型创建的过程;第三级是BIM模型的应用，根据项目需求，完成方案验证、空间分析、工程量计算等应用，并根据应用结果优化设计;第四级是设计成果的数字化交付，由工程数据库导出所需图表，并根据雄安CIM平台相关技术要求，将设计成果模型转换为雄安工程项目数据（Xiong’an database， XDB），实现与雄安CIM平台的融合，BIM技术应用流程如图1所示。

3 道路BIM模型的创建

3.1 数字地面模型创建

三维数字地面模型是道路设计的基础，是构建道路BIM模型的三维环境。通过航空摄影、机载激光雷达等勘察技术，采集到地面高程信息[4]。通过软件的曲面功能，将等高线、点云、激光雷达扫描勘测数据进行三角构网，建立地形曲面，形成数字化地形[5]。对高分辨率卫片、航空摄影影像数据进行整合，并与数字化地形进行匹配，形成项目的DOM 数据，为后续三维设计提供真实直观准确的环境。

3.2 路线设计

路易虽然提供了完善的路线设计工具，能够满足绝大多数情况下的路线设计工作，但在多团队、多人员协同设计的情况下，设计人员使用的路线设计工具五花八门，数据格式也多种多样，不利于设计成果的数字化交付[6]。利用丰富的数据接口，可以将多源设计数据成果，包括地形图、路线总体图、路线纵断面图以及多种路线数据文件等设计资料，转化为路易路线项目文件，获取项目道路的平面、纵断面、超高等设计信息，从而快速构建路线信息模型。

3.3 道路设计

根据《雄安新区规划建设BIM管理平台交付标准》对道路专业模型单元分类和编码规则，将城市道路的模型结构分为三级，分别是项目级、功能级和构件级，所表述的道路结构构件也逐步细化。根据模型单元组成，定义不同等级道路准横断面，创建道路板块方案。通过沿路线放样生成道路的路基、路面模型，实现参数化快速建模。软件会根据路线交叉情况自动生成参数化平交口模型，用户根据设计原则，调整平交口设计参数，或者在平面视图中拖拽平交口的轮廓，实现对道路平交口模型的修改。软件会自动将设计信息写入BIM模型，并赋予材质和贴图等。通过创建各条道路模型和平面交叉模型，通过拼接和整合，最终得到完整的片区路网模型，如图2所示。

3.4 交通工程设计

完成市政道路的交通工程模型创建，主要包括各种交通标志标线、标牌、护栏和公交车站等。标志标牌主要反映布设具体位置、标志外形尺寸和标示内容。车道线准确反映布设情况，车道线宽度、分流和合流走向;护栏准确反映外形尺寸和布设位置。交通工程模型以反映内容、形式和位置为主，不反映细部尺寸、基础和混凝土内部细节。附属设施模型主要包括各种路灯、电杆、交通信号灯、智慧交通设施等。添加交通工程及相关专业模型后的道路总装模型如图3所示。

3.5 模型信息添加

完成工程模型创建后，为保证模型信息符合雄安CIM平台的要求，按照《雄安新区规划建设BIM管理平台数据交付标准》赋予模型属性信息。对道路模型，建模完成后，软件将对应的属性与模型构件自动进行挂接。完成属性挂接后，利用雄安XDB制作工具，分别将道路、桥梁和隧道模型、综合管廊模型以及管网模型以XDB文件格式导出。利用雄安新区BIM管理平台方提供的XDB自检软件完成模型自检，并生成自检报告。根据自检报告提示内容，修改模型及信息。通过将道路、桥梁、管廊、管网等各专业的设计成果转换成统一的XDB数据格式，即形成可交付的数字资产，从而实现设计信息传入到数字雄安CIM平台，为数字城市建设提供基础的数据信息。

4 模型应用

4.1 GIS+BIM设计验证与展示

雄安新区市政道路、综合管廊、给排水工程区域沿线存在多处控制性节点，方案设计除需要考虑道路自身交通功能外，还应兼顾协调与沿线各种基础设施、环境保护和周边现有交通的关系。在三维数字地面模型基础上，按照《雄安新区市政工程 BIM 模型成果技术指南》，对本项目的设计道路、桥梁、管廊等工程对象及周边环境的建筑、路网、铁路、高压电塔等进行建模，即得到本项目GIS+BIM全专业数字沙盘，如图4所示。借助三维数字沙盘，实现各种设计方案的可視化，供项目参与各方人员对方案进行论证，实现方案的快速展示和设计深化。

4.2 复杂节点深化设计

传统图纸一般只展示了平面或者纵面在几个关键点处剖视图，不能全面、直观反映设计是否满足设计安全净空和间距要求。利用BIM 模型所见即所得的特点，对复杂节点设计成果进行碰撞检测，可提前发现空间关系冲突问题，实现设计图纸的三维校审，从而有效避免多专业构件的冲突与碰撞，防止设计错误传递到施工阶段或造成安装工程的返工。利用BIM模型，检查地下结构的空间排布、道路交叉口管线的交叉与对接的冲突，并对管道设施进行碰撞检测，显示出管道碰撞点，并反馈给设计进行管线综合优化设计（图5）。同时，通过施工模拟等应用，能够直观地反映项目的施工组织，有利于把控项目施工期间的风险、成本和进度。

4.3 设计成果的数字化交付

CIM是以城市信息数据为基数，建立起三维城市空间模型和城市信息的有机综合体。从范围上是大场景的GIS数据+小场景的BIM数据+物联网的有机结合。与传统基于GIS的数字城市相比，CIM将数据颗粒度细化到城市内部所有构件，将传统静态的数字城市升级为可感知、动态在线、虚实交互的数字孪生城市，为城市敏捷管理和精细化治理提供了数据基础。雄安CIM平台的建设，在规划阶段可实现规划评估、土地管理、可视化设计、天际线分析、交通分析、投资测算、地价大数据预测等功能;在建设阶段，可管理工程进度，提升质量安全管理能力;在运维管理阶段，CIM集成平台为城市精细化管理提供数字底板基础设施，打破各物联平台和IOT设备之间的系统壁垒，实现安防、消防、停车、能源的可视化管理。

参考文献：

[1]余萌.BIM技术在市政道路设计中的应用研究[J].四川建材，2016（2）：149-151.

[2]白宇，陈晋.公路工程BIM应用现状与技术特点浅析[J].低温建筑技术，2020，42（9）：135-138.

[3]高书克.BIM技术在市政道路设计中的应用[C].全国工程建设计算机应用大会，2014.

[4]黄炎，丁璁，何鲁鄂.倾斜摄影测量技术在旧城改造工程中的应用[J].土木工程，2018，7（3）：381-388.

[5]陈光，薛梅，刘金榜，等.一种市政道路BIM设计模型与三维GIS数据集成方法[J].地理信息世界，2018（3）：90-94+98.

[6]金尔仲.BIM技术在市政道路设计中的应用研究[J].江西建材，2016（15）：141-142.