重庆市市政设计研究院 重庆 400020
BIM建筑信息模型是计算机图形学和虚拟现实发展到一定阶段后产生的新兴的工程设计建造管理的数据化工具，通过模型参数化以整合各种构件的相关信息，拼合形成项目整体；使得项目建筑信息在项目策划、运行和维护的全生命周期过程中得以共享和传递；通过工程项目产业链各个阶段共同参与来对工程项目数据进行不断地插入、修正、完善、丰富，并为各相关方来提取使用，最终达到工程项目的绿色低碳化设计、绿色施工、成本管控、运营维护方便等目的。BIM系统贯穿工程项目的设计、施工、运营全生命周期，包含设计方、施工方、监理方、建设方等多家单位共同参与。
目前，随建筑信息模型(BIM)在全世界建造业的快速推展，在国内推广10余年的BIM应用也取得了一定的发展效果。但由于行业壁垒的存在，在BIM主流软件的编写过程中，对于用量大，用法普遍的构件实现了参数化，但对于特殊需求，特定条件下的建（构）筑物构件的参数化还尚不完善，也可以说，由于需求的多样化导致BIM的应用并不完善，特别是在道路设计功能方面，仅仅解决了主体构件的模型参数化，对纵多的具有个性特征的城市道路附属工程的模型参数化还远不成熟，甚至都不易在模型中反映出来。
一、计算机图形学理论基础
计算机图形学(Computer Graphics，简称CG)是一种使用数学算法将二维或三维图形转化为计算机硬件设备显示(或展示)出来的科学。简单地说，计算机图形学的主要研究内容就是研究如何在计算机中表示图形、以及利用计算机进行图形的计算、处理和显示的相关原理与算法。由于本文介绍的实现方法较为简单，同时考虑到计算机中三维物体都由三角面构成，因此在庞大的计算机图形学理论中，本文利用到的原理较为浅显，主要有以下两个：
（1）判断平面上任意一点是否位于封闭三角形内
判断平面上任意一点是否位于封闭三角形内的方法很多，有面积法、射线法、矢量法等。
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1）面积法原理
任意点K和三角形三顶点中的任意两点组合成三个不同的三角形，KAB、KBC、KAC，判断这三个三角形的面积之和是否等原三角的面积。如果相等的话，说明是在内部。
2）射线法原理
从任意点K作水平向左射线，如果K在三角形内部，那么这条射线与三角形各边构成的直线形成的交点个数必为奇数；如果K在外部，则交点个数必为偶数。
3）矢量法原理
由三角形ABC三个顶点的A点逆时针沿着三角形的边走一圈回到A，这一过程中若点K始终在前进方向的左侧，那么K在内部；否则是在外部。
4）点在直线左（右）侧的判定
通过向量矢量积的正负判定。
（2）根据三角面三个顶点标高，计算面内任意点标高
采用构建线性方程组的方法求解任意点标高。
二、BIM中快速实现城市道路附属工程布设的方法
这些具有个性特征的城市道路附属工程设施，无论在城市空间构建还是城市景观塑造上，都是不可或缺的必须品。因此，结合道路主体BIM模型的构建，城市道路附属工程设施的布设多依靠于人工操作，费时费力或通过软件的二次开发予以实现。结合目前城市道路设计流程和特点，本文介绍的方法通过简单二次开发，能在可视化层面上实现任意附属工程设施在道路模型上的敷设。具体操作分为三个步骤：
1、沿道路建构建模型困难的原因主要是道路模型不但平面上变化随意，在高程上也是连续改变，建模的高程信息难以表达；而当前市面上流行且简单易用的3D建模软件已十分成熟，通过这些软件在忽略高程信息的平面上构建模型是容易达到的。因此，本文介绍方法首先通过其他3D建模软件建立所需城市道路附属工程设施的位于一个平面上的基础模型；
2、考虑到CAD中LISP编程较为简单方便，将基础模型导入CAD，平面上的位置与道路模型对齐；
3、在CAD中通过LISP编程，对基础模型每一节点的高程参照对应点的路面模型高程进行修正，即可实现任意城市道路附属工程设施在道路模型中的构建。
在这三个步骤中，第1、2步骤简单，第3步骤LISP编程较为繁琐，其编程的思路和解决方案如下：首先根据附属工程设施构件的属性特点，归为两类分别处理：一类为块，只需通过一个标高作整体移动，如行道路树、路灯灯杆等；另一类则为实体模型，需通过对模型内的每个节点进行标高修正，如栏杆、标线、网格护坡等；接着提取附属设施模型块插入点或节点的平面坐标，采用计算机图形学中的方法，利用向量点积、叉积的计算，在三角形网格化的路面中查找对应的三角形面片并计算对应点的高程；最后据此高程对附属设施模型块的插入点或节点的高程进行修正，得到满足沿路线布设要求的附属设施模型。
采用这种方法实现任意道路附属设施工程沿路线的敷设，步骤明确，与道路传统平纵横设计的概念一致，便于设计人员理解，具体操作简单易行。而且采用本文描述的BIM实现方式，与传统设计过程联系紧密，设计图与模型图能有效链接。例如城市道路工程设计中的交通标线，在进行标线平面设计时应根据城市道路车道的宽窄变化统筹考虑，需要考虑道路的加宽、收缩，需要考虑道路的交叉口渠化等，如在三维中进行画线，则需同时考虑平面和高程的变化，设计难度大，费时费力，但设计时仅考虑平面的变化就相对简单许多，最后再用本文介绍的方式增加标线的高程信息则能很快的实现BIM模型的建立。
如上所述，BIM模型的推广是应该能够更快更好的提升工作效率和成果品质，但当前BIM推行过程中遇到不小的困难，也正是其软件的通用性，满足用户的需求度未达到全覆盖造成的。因此，本文介绍的具有个性特征的城市道路附属工程在BIM中的快速实现方法也就具有了相当的意义，从一定程度上实现BIM模型建立的普适问题，对BIM应用的进一步推广发挥了作用。
论文作者:刘基正
论文发表刊物:《防护工程》2019年16期
论文发表时间:2019/12/16
标签：模型论文; 角形论文; 高程论文; 附属论文; 城市道路论文; 道路论文; 工程论文; 《防护工程》2019年16期论文;