摘要：近年来，以BIM、虚拟现实（VR）等为代表的新技术迅速发展，其中BIM技术被业内人士看作是继CAD技术普及应用后，工程技术领域又一次技术革新。从长远看，BIM技术必将引领建筑信息化的发展潮流，大大提高土木工程信息集成化的程度。
关键词：BIM+VR；道路设计系统；技术特点；应用现状
一、传统道路设计系统存在的主要问题
诞生于CAD技术普及时代的道路设计软件系统，相较早期的人工绘图方式，极大地提高了道路工程设计效率。然而，随着信息化技术的飞速发展，新科技在各行各业的深度应用，相较于自动化、智能化程度更高的新型信息化技术，传统道路设计系统在应用中尚存在以下几方面相对滞后的弊端。
1、设计成果的数字化、信息化程度低。
传统的道路设计系统一般采用基于数据文件的组织模式，设计过程即为准备数据文件的过程，设计图纸是根据设计数据文件绘制的图形实体集合。图形实体是纯粹的绘图单元，一般不带有反映设计对象特征的属性信息，纸质化的工程图纸是主要成果交付方式。因此，设计成果的数字化、信息化程度低，无法将设计成果直接应用于相关的项目信息管理系统，也无法将设计成果直接应用于项目后续的施工及运营维护阶段。
2、设计过程、设计对象关联度差，设计变更引起的改图工作量大
传统的道路设计系统为“顺序式”工作流程，即按平面设计、纵断面设计、横断面设计等各阶段依次进行，各设计阶段只存在简单的次序关系，基本无反馈关系。同时，表征设计对象的图形实体之间也不存在关联关系。这种工作方式和设计对象的组织模式存在的主要问题是，当项目发生设计变更时重复绘图和工程量统计工作量相当大，即设计人员需要花费很长时间来确保地形数据、路线平面、纵断面、横断面以及其他设计数据的任何一处修改都能够在相互之间正确传递。
3、软件智能化程度低，横断面设计等阶段人工作业工作量大
道路设计系统虽然较纯粹的手工绘图大大提高了设计效率，但在横断面设计、工程量统计等方面人工作业工作量仍然很大。比如横断面设计方面，由于实际地形、地质条件千差万别，各种断面形式多而复杂，而道路软件提供的“横断面模板”无法考虑所有的地形变化情况，实际工作中，在初步的横断面“戴帽”后，往往需要进行大量的手工修正、完善和补充设计工作。
4、不支持专业间、阶段间及参建方协同工作
传统设计模式下各个专业的设计数据不能相互导入和导出，各个专业之间协作程度低。设计环节上基本都是各自为战，很少沟通，工作时逐层传递，这样不仅工作效率低下，也容易出现“碰撞点”等设计差错。另一方面，设计阶段与施工阶段、运维阶段无有效的数字化衔接渠道，道路设计软件一般仅服务于设计阶段的工作。项目实施过程中，各参建方往往采用传统的点对点沟通方式，不仅增加了开销，提高了成本，而且也无法保证沟通信息内容的及时性和准确性。
二、BIM＋VR道路设计系统主要技术特点
基于BIM＋VR技术的新一代道路设计系统在工作流程和成果交付方式、软件组织架构、三维协同设计和可视化功能、软件智能化水平及协同工作等方面都发生了革命性的进步，其主要特点体现在以下几个方面。
1、道路设计过程以信息化“建模”为中心，数字化三维道路模型成为主要的成果交付方式。
与传统道路设计系统“顺序式”工作流程（图1）不同，基于BIM技术的新一代道路设计系统则以“建模”为核心，整个道路设计过程以构建完整的道路三维信息模型为主线，所有设计、三维、算量、出图等工作都紧密围绕这个核心进行。设计过程中，系统根据设计数据构建道路三维模型，该模型不仅包含道路的平、纵、横几何线形数据，还包含道路路面结构、边坡防护结构、桥涵构造物、隧道、沿线交通安全设施以及沿线地质构造等信息。随着交通领域BIM应用的逐渐深入，以BIM信息为核心的道路三维模型将成为衔接规划、设计、施工、运维的整个工程全生命周期的信息载体，成为道路设计项目主要的数字化交付成果。图1、图2分别为传统道路设计软件和基于BIM＋VR技术新一代道路设计软件系统完成市政道路工程设计的主要应用流程。
图1 传统的市政道路工程设计流程
2、全面采用面向对象的思想，设计对象间建立动态关联关系。
基于BIM＋VR技术新一代道路设计软件系统全面采用了面向对象的软件工程思想，提供了曲面、路线、纵断面、道路、横断面等丰富的道路工程专用设计对象，道路设计过程就是构建设计对象的过程。同时，设计对象之间建立了动态关联关系，使得设计变更能够在设计对象间智能地传递，例如，如果修改一条平面路线，则基于该路线对象的纵断面对象和横断面对象都会自动更新，能够显著降低修改工作量。
图3为Autodesk Civil 3D软件中主要设计对象的层次关系图。可以看出，主要的道路设计对象分成四个层次来组织，其中点、曲面、路线、装配、道路等设计对象位于第一层级。图4为各主要设计对象间的动态关联关系。
图2 基于BIM＋VR技术的市政道路工程设计流程
图3 Autodesk Civil 3D软件主要设计对象层次关系
图4 Autodesk Civil 3D软件主要设计对象动态关联关系
3、实现平、纵、横三维协同设计，并可通过实时三维实景模型来检验设计方案的合理性。
基于BIM＋VR技术新一代道路设计软件系统由于采用了面向对象的思想，道路平面、纵断面、横断面及地形曲面等设计对象间存在动态关联关系，设计人员进行道路平面设计的同时，在纵断面视口和横断面视口能实时看到道路纵断面和横断面的变化情况。因此，设计人员能够实时感知道路线形的三维空间状态，便于获得平、纵、横三维整体最优的路线设计方案。
同时，新一代道路设计软件系统大都嵌入了VR技术内核，使得道路三维模型的实时三维可视化漫游变得易于实现。设计人员在设计过程中，可以随时通过简易操作，查看道路三维实景模型，通过实景模型检验道路设计指标运用的合理性，检验道路设计方案与地形地貌的配合情况。
结束语
计算机技术在道路工程的应用阶段可大致分成CAD阶段和BIM阶段。进入BIM阶段以后，基于BIM＋VR技术的新一代道路设计软件系统将道路设计带入了一个全新的发展时代。
参考文献
［1］唐维，张永攀，陈贤国．BIM＋VR技术在地铁施工过程中的应用研究［J］．公路，2018，（4）：190－194．
［2］许强强，韩春华，卢玉韬．BIM技术在桥梁监测中的应用与探索［J］．公路，2018，（1）：232－236．
论文作者:王维,秦宗将,邵晓宇
论文发表刊物:《基层建设》2019年第14期
论文发表时间:2019/7/26
标签：道路论文; 横断面论文; 对象论文; 纵断面论文; 技术论文; 阶段论文; 新一代论文; 《基层建设》2019年第14期论文;