昆明市政工程设计科学研究院有限公司 516199
摘要：BIM技术是现代工程设计领域当中的一个重要变革，在技术的发展过程中虽然遇到了一定的阻碍，但其发展也将是行业的必然趋势。将BIM技术应用到市政道路设计中去，一方面能为道路建设提供更加科学化的设计方案，另一方面也有利于设计中的问题解决，对于提升工作效率来说有着重要的作用。本文主要对BIM在市政道路设计中的应用进行了分析，为BIM 技术在市政道路工程领域的相关应用与研究提供借鉴。
关键词：BIM；道路工程；对象化；模块化；可视化；应用原则
1、BIM 技术在道路工程设计中的难点
现阶段，BIM 技术在市政道路工程领域发展相对滞后，有两大原因。一是传统道路工程项目数量相对建筑工程较少，精细化要求相对建筑工程要求也较低，这种由需求倒逼技术发展的动力相对较弱。二是道路工程中BIM 技术应用难度较高。由于城市化进程不断发展，市政道路工程数量和精细化要求都提升到一个新的阶段，需要新的技术储备来应对未来发展需求。在此，本文重点分析道路工程设计中BIM 技术应用难点。
BIM 技术的特性包括：模型的3D 参数化、模型的信息化、模型信息的完整性、遵照统一标准及协同作业等方面[4]。相对于基于传统CAD 二维平面制图，采用BIM 设计的首要工作是进行3D 设计，在3D 设计中赋予模型信息，从而为协同作业、工程的全过程的完整模型信息提供基础。从上述技术特性出发，结合笔者的实践经验，现阶段BIM技术在道路工程设计的主要难点在于以下三点：
（1）道路工程范围较大、涉及环境复杂、工程结构不规则程度高。在模型3D 参数化设计阶段就面临很大困难，大范围的工程地质信息完整性较差，且工程结构与复杂环境的交互设计工作量较大，不确定因素较多。
（2）应用BIM 技术在现阶段使设计人员工作量加大，而成效不高。现阶段BIM 技术还未被道路工程领域广泛接受，设计人员在进行BIM 模型设计时，还需要兼顾完成传统的二维设计成果和工作流程。加大了设计人员的工作量，而BIM 技术本身的统一参数化设计能带来的高效率协同设计优势限于客观环境暂时无法实现，因此现阶段BIM设计对于设计人员往往意味着额外的工作量，不利于BIM 设计的推广。
（3）BIM 工具平台不够完善统一。目前在道路工程领域BIM 的应用软件主要有Autodesk 公司的AutoCAD Civil 3D 和Bentley 公司的Power InRoads，以及国内相关公司开发的的BIM 软件（如鸿业科技的RoadLeader 路利得等）。由于发展时间较短，工程实践反馈较少，同时市政道路工程涉及到给排水、电力、通信、燃气、照明等较多相关专业，以上设计平台在模型设计及专业协同方面都还不够完善，这也是现阶段BIM 设计推广的一大制约。
2、BIM 设计的优势
2.1 对象化
BIM 设计中要赋予模型信息，要将设计内容抽象成对象，对设计对象进行参数化设计。在传统二维平面设计中，设计对象，如路面、边坡、挡土墙等，均通过线条绘制。信息表达上通过标注或图例注明，组成各个设计对象的线条并无区别。而对象化设计，将设计内容对象化，通过对象属性赋予信息（如对路面对象设定路面结构、厚度等信息），图形形状有了实际意义，对象化参数设计带来的好处有：设计的可维护性，设计信息的完整性，整个设计周期的数据统一性。
（1）设计的可维护性：参数化设计的本质即通过可变设计参数的调整完成设计或修改，系统自动维护所有的不变参数。设计人员通过输入或修改设计参数，完成模型的几何和信息设计，模型的呈现及关联通过系统自动完成，避免了由于局部修改可能导致的重复设计，大大提高了设计的可维护性。
（2）设计信息的完整性：二维设计的模型信息通过标注、图例等方式表示，在不同的分部设计时为了侧重信息表达，会删除多余的标记信息，同时在大型工程中，也存在局部修改导致的不同阶段不同成果间的设计信息冲突，致使设计信息的完整性和连续性受到影响，BIM 技术的对象化设计使设计信息数据化存储于模型之中，侧重某种信息表达时，从模型数据中引用即可，保证了设计信息的完整性。
（3）数据统一性：在工程设计中，各设计部门成果对工程设施的几何参数、位置参数等信息存在大量的交叉引用，同时不同的设计阶段，不同的设计人员对部分数据的修改，需要关联传递到整个设计成果中。对象化设计的参数关联能保证整个设计模型的协调统一。
2.2 模块化
模块化设计包含两个层次，其一是由对象化设计引伸出的对象模块化，将工程设施拆解为单独对象，逐一进行深化设计，称之为对象模块化；其二是设计过程的模块化，在具体的市政工程设计中，从时间关系上排列，包括项目建议书、可行性研究、初步设计、施工图设计等阶段，是设计深度的不断深化；从设计工作流程上排列，可分为设计、协同、成果等步骤，是设计内容不断完善，称之为过程模块化。
模块化设计是通过划分功能模块，通过模块组合构成设计产品。BIM 引入工程设计的模块化理念的优势在于促进设计深化和创新，提高设计效率，利于团队协作。
图1 市政道路工程设计过程图
促进设计深化和创新：将工程设计的标准构件（如挡土墙、桥墩等）进行模块化，利于对设计成果的重复利用。利用已有的经过验证的模块，可以降低设计风险，提高设计的可靠性和设计质量。而常用模块的大量应用，使模块研究更加专业化和深入，进而提高设计的整体性能和可靠性。提高设计效率：大量的可重用设计模块的积累，使设计和审核工作量大大减少，缩短了设计周期并降低了设计成本。
利于团队协作：过程模块化有利于团队分工，规范不同团队间的信息接口，利于深入的专业化设计和不同专业设计间的协同工作。
2.3 可视化
BIM 设计的基础为三维设计，在整个设计过程中，设计效果均是可视化的。相对于传统二维设计带来两方面的优势，一方面是设计人员对设计内容之间，以及设计内容与周边设施、周边环境之间的交互关系把握更加清晰准确；另一方面是设计方案的表达、沟通更加直观。以某快速路工程BIM方案设计实例说明（见图2），该工程在某越岭段有多条线位比选，通过多方案的BIM 模型建立，将多条比选方案在同一模型下建立，可视化后其各方案与地形关系，对周边环境影响，建设方式的合理性等方面更加直观，同时模型化使比选工程量更加准确，更有利于工程方案的决策。
图2 BIM 模型多方案选线比选图示
3 道路工程设计中BIM 技术应用原则
考虑到目前BIM 技术在道路工程领域的发展现状，目前BIM 技术的应用主要在设计阶段，根据实际的工程探索经验，笔者总结了几条目前BIM设计工作中的应用原则。
3.1 需求确定优先原则
在市政道路工程设计中，BIM 技术应用还未成熟，相对而言，各项目对BIM 设计的需求也并不统一，同时考虑到各市政BIM 设计平台暂未完善，市政设计专业未详尽覆盖，在进行具体BIM 设计应用时，要进行前期需求分析，明确BIM 设计需要实现的功能。比如，是否需要三维效果展示及所需达到的效果精度；是否需要及如何通过BIM 模型进行专业间协同设计；是否需要通过BIM 模型出图；是否需要进行三维信息模型交付等。明确BIM 设计需求后才能考察设计软件平台是否满足要求，同时有针对性地进行BIM 模型设计。也能避免陷入盲目构建大且精的模型，而导致的设计工作量增加，设计工作效率下降的情况。此需求确定阶段可参照美国NBIMS 对BIM 功能确定提出的标准流程（见图3）。
图3 NBIMS 中确定BIM 功能流程图[2]
3.2 高内聚低耦合原则
此原则是由模块化特性引伸出来的，即在设计内容和设计过程的组成模块之间减少耦合关系，各模块本身由相关性很强的部分组成，只负责单一任务。在传统二维设计中，两张不同尺度的图纸中涉及到同一设计内容时，为了保持一致，一般通过复制拷贝，修改标注信息实现，该设计内容的方案修改后，仍需要重复上述工作。两张图纸中的设计内容有很强的耦合度，某设计内容被引用较多时，图纸的修改困难，且极易出错。BIM 设计中将相同内容对象模块化，图纸表达是对该对象模块的直接引用，对该对象模块的修改均可同步反映到不同图纸中。设计过程的高内聚低耦合原则体现在：不同设计阶段的设计深度不同，对某一设计内容的前期阶段可能仅是规模尺寸确定，逐步深入到结构、材料、具体方案设计，在前期设计阶段需要考虑到该设计对象的逐步深化的设计过程，该设计对象与整体模型其他模块之间的接口须完善且连续，后期深化设计只需要保证与其他模块的接口衔接，本身方案的深化与调整均灵活且独立。
3.3 协同设计原则
在传统二维设计中，协同设计往往体现在设计过程中，不同设计专业的设计成果却是单独成序列或成册。而BIM 设计最终需要将不同设计专业设计成果纳入到同一模型中，是复杂工程的统一化模型。不仅是设计过程的统一，设计成果也是统一的，对协同设计的要求更高，因此，在BIM 设计中，需要对设计全过程进行协同设计管理，明确设计模式、设计功能、设计接口，建立完善的设计质量管理体系。
4、结论
（1）本文研究目的是借鉴建筑领域技术发展路径探索BIM 技术在市政道路工程领域的初步应用，即BIM 在设计工作中的应用探索。
（2）通过BIM 技术特性分析，总结现阶段道路工程设计中BIM 技术应用难点，包括a.道路工程范围大，环境复杂，工程结构不规则程度高；b.BIM设计现阶段使设计人员工作量增加，而成效不高；c.BIM 设计平台不完善。
（3）从对象化、模块化、可视化三个方面阐述BIM 设计为道路工程带来的大优势。对象化提高了设计的可维护性，设计信息的完整性，整个设计周期的数据统一性。模块化可促进设计深化和创新，提高设计效率，利于团队协作。可视化使设计方案更加准确，使方案表达更加清晰直观。
（4）通过对BIM 技术的优势分析，同时结合目前BIM 技术的发展阶段，总结出道路工程设计中BIM 技术的主要应用原则，包括包括需求确定优先原则，高内聚低耦合原则，协同设计原则等。
参考文献：
[1]印明，等.浅析BIM 在市政道路设计中的应用[J].城市道桥与防洪，2012，（7）：347-349.
[2]NATIONAL Building Information Modeling STANDARD[M].National Institute of Building Sciences building SMART alliance，2015.
[3]陈花军.BIM 在我国建筑行业的应用现状及发展对策研究[J].黑龙江科技信息，2013，（23）：278-279.
[4]张一鹏，等.浅析BIM 在市政道路设计中的应用[J].建筑工程技术与设计，2015，（10）：1459.
论文作者:李伟斌
论文发表刊物:《基层建设》2017年第22期
论文发表时间:2017/11/20
标签：模型论文; 对象论文; 工程论文; 技术论文; 信息论文; 工程设计论文; 道路论文; 《基层建设》2017年第22期论文;