BIM时代到来！如何突破BIM正向设计难点？
行业资料
BIM时代到来！如何突破BIM正向设计难点？
BIM作为一种全新的理念和技术，在交通领域被广泛认可。尤其是在设计阶段，基于BIM技术的正向设计，可大幅提高工程品质、降低工程造价、缩短设计周期，是未来交通领域勘察设计的主要手段。然而，目前交通领域BIM正向设计技术的研究应用处于探索阶段，尚未形成系统的解决方案和设计流程，设计软件工具不完善，多数项目以“先设计后建模型”为主，设计与BIM模型割裂，难以发挥BIM的最大价值。本文围绕市政道路工程的BIM正向设计，介绍了BIM技术在市政道路领域的应用现状与趋势。针对市政道路工程设计的复杂性和三维BIM正向设计的必要性，探索三维设计基础环境构建、道路BIM平纵设计、三维道路设计、出图、出表、专业分析与数字化交付等关键要点，研发本地化道路设计软件，突破BIM正向设计难点。通过实践总结，形成了一套适合我国市政道路工程BIM正向设计解决方案，并取得了良好的实践效果，为交通领域实现全专业BIM正向设计提供思路和参考。
正向设计现存差距 未来可期
技术现状
近年来，交通领域BIM技术的发展势头迅猛，国家、行业、地方纷纷发布了指导意见和标准，旨在推动交通行业BIM技术的发展。对于复杂市政道路工程的勘察设计，项目地处城市成熟区域，普遍面临交通繁忙、路网密度大、立体交叉多、地下管网复杂、涉及专业多等突出问题，设计难度大、任务重、周期短。目前仍以二维设计手段为主，BIM多用于可视化方案展示、工程量估算、“错、漏、碰”检查等应用，尚未实现真正的BIM正向设计。BIM标准体系不完善、本地化专业化设计软件不成熟、设计流程和交付方式不明确，且无法输出满足规范要求的图纸成果，导致BIM技术在交通领域设计阶段发展缓慢，与BIM正向设计的目标还存在差距。
但不可否认，BIM正向设计技术开启了自动化向信息化的转变，提供准确的三维信息模型，自动生成二维图纸，解决了设计工作庞杂、容易出错的问题，推动了设计思维、工作流程、协同方式乃至建设模式的深刻变化，变革了传统勘察设计流程与手段。因此，实现交通领域全专业BIM正向设计是勘察设计企业的终极目标。
现阶段和BIM正向设计流程图
发展趋势
BIM正向设计技术是交通行业走向数字化的重要支撑，是设计企业进军国际市场竞争的必备能力，有以下发展趋势：一是全专业BIM正向设计，革新现阶段二维设计手段；二是全生命周期的应用，整合规划、勘察、设计、施工和运营养护阶段BIM应用；三是多角度、集成化应用，依托云计算、大数据等技术，实现项目管理、数据协同等。BIM最大价值在于全生命周期应用，但关键和源头仍在设计阶段，精准的三维BIM设计模型是信息共享和流转的载体，实现工程信息的传递和共享利用，是BIM理念的核心和应用的关键，也是提高工程设计品质的重要手段和根本保障。
BIM发展趋势
BIM正向设计研究路线
本文基于BIM正向设计的理念，通过对市政道路工程BIM正向设计关键问题的研究与探索，形成了BIM正向设计解决方案和总体思路，建立了全流程应用框架。包括构建全新三维可视化设计基础环境，为设计提供数据支撑；研发了专业BIM正向设计软件，实现BIM设计和出图；构建可视化展示平台，革新设计手段和展示方式；探索了数字化交付方式等，突破了BIM正向设计难点。
为了使市政道路工程BIM正向设计解决方案真正落地，解决软件缺乏难题，研发了全新、协同的BIM正向设计软件系统，符合专业设计过程，且具有统一的数据格式和软件框架，满足我国设计规范，形成BIM正向设计软件解决方案。
市政道路工程BIM正向设计解决方案
BIM正向设计关键要点
针对市政道路工程BIM正向设计中存在的问题，采用方法创新和软件研发相结合方式，实现以下难点突破，形成综合解决方案。
构建设计基础环境
基础环境模型直观反映项目区域地物、地形、地质等状况，是设计的基础。采用无人机倾斜摄影等技术，快速构建市政项目区域准确的实景、DTM、地质等模型，重构错综复杂的地下管网模型。通过关键点坐标匹配，集成融合实景、地质、DTM、管线等模型，构建精准的三维设计基础环境模型，在真实的环境中开展BIM设计，提高工程与城市环境的协调性，为BIM正向设计提供了数据支撑。
三维设计基础环境
研发道路BIM正向设计软件
市政道路工程互通式立交密集，空间受限，路线线形和横断面复杂，设计难度极大，缺乏本地化BIM设计软件。基于OpenRoads技术平台，研发了符合我国道路设计流程和规范的BIM正向设计软件CNCCBIM OpenRoads，提供了道路BIM三维设计、工程图纸、数字化交付等方面的解决方案。
①协同工作空间定制
工作空间定制是开展BIM设计前期非常重要的一个环节，将设计标准、特征库、模板库、风格样式库等，按行业级、企业级、项目级等不同工作集，存储在工作空间或协同平台上，存储一套适用于某类工程项目的定制化的内容。解决工程项目协同工作中标准化统一问题，从而实现BIM设计“标准统一、内容统一、风格统一”。针对市政道路制定了一套符合我国设计规范、习惯要求的工作空间。
②平面设计
通常道路平面线形由直线、圆曲线、缓和曲线等组成的复杂曲线，通过交点法、单元法两种平面设计方法，参数化控制曲线线形，最终形成符合要求的路线平面设计。结合构建的设计基础环境模型（DTM和实景），在可视化环境下进行实时直观设计。同时，支持拖动控制点的交互式设计，批量查看平面设计参数，实时修改新平面设计线位。在交互式参数化设计时，自动建立了几何规则关系和特征属性，依赖参数和关系变更，设计成果自动联动更新。操作简洁，省去繁琐的手动线形调整，可快速完成项目平面设计。
③纵断面设计
地形环境直接影响纵断面设计，基于设计基础环境模型（DTM）,实时提取平面线位的地面高程曲线，同时在纵断面模型视图中，直观查看平曲线直线段、圆曲线段、缓和曲线段的区间范围，辅助纵断面设计。类似平面设计提供直线、圆曲线、抛物线等组成复杂纵断面曲线，多种纵断面线形的任意组合，支持捕捉关键点实时拖动修改和初步设计，批量化修改设计参数，进行精准设计。高效可视化交互设计变坡点位置、标高、竖曲线半径等参数，并支持同一平面线的多个纵断面方案，快速进行方案对比和优化。
④三维路廊设计
三维路廊设计也称路基和路面设计，通过模板技术提供全参数化构件定义功能，支持任意形式的横断面定制。根据规范要求定制横断面模板特征点、特征组件要素，且模板定义关联工作空间；基于三维路线和DTM,横断面模板放样生成三维道路模型自动生成填挖方边坡，快速建立精准的道路BIM模型。同时，支持可视化超高设计和三维漫游等，并且创建的道路BIM模型支持横断面“剖切”出图、工程量计算等。
⑤桥、隧构造物设计
道路总体图阶段，要快速、准确表达道路沿线桥梁、隧道、涵洞等构造物设置情况，如桥梁的位置、跨径等总体信息，开发了基于路线的桥梁、隧道、涵洞构造物设计工具，通过输入基本参数，在平、纵和三维三个视图可视化构造物设计，同时生成三维模型和构造物工程数量统计，纵断面、总体图及横断面设计图均通过直接“剖切”得到构造物信息。
⑥专业BIM分析
建立完成BIM设计模型后，直接提供基于BIM模型的专业分析，针对道路工程包括水膜厚度分析、路面水流分析、土方量统计、视距分析等功能，自动输出分析计算结果。
⑦BIM出图
现阶段，对于市政道路工程设计成果，仍然要求交付二维图纸，经过研究探索，基于全信息专业BIM设计模型，可实现自动化“剖切”形成编制办法要求的图表成果。归纳总结实现“剖切”“标注”“分图”“报表”等四大功能，基本可以满足图纸要求。通过开发标注、剖切、分图、报表等子系统，基本实现了自动化BIM出图。针对标注实现了路线、十字坐标、示坡线、占地线等八种标注，包含丰富的标注要素，实现一键式标注。基于道路BIM模型动态“剖切”输出平面、纵断面、横断面等六类图纸，并提供图纸索引和管理功能。基于工程特征对象分类，实现了直线转角表、逐桩坐标表、用地表等道路专业报表的自动生成与输出。
动态可视化展示
市政项目设计是一项系统工程，覆盖专业多。通过BIM软件平台，将各专业设计成果进行集成，融合实景、地下管线、道路、桥梁、综合管廊、景观绿化等模型，利用LumenRT展示平台，对项目进行全线漫游与动态可视化展示，呈现设计效果，实现全方位、多立体的方案比选与设计优化，并可在征地拆迁、交通疏解等方面发挥积极作用，提高沟通协调效率，为业主决策提供科学依据。
数字化交付
随着BIM正向设计技术应用的不断深入，数字化交付将成为主要的交付方式。数字化交付是通过信息化的数字交付平台，将设计的信息模型、文档资料等集成交付，提高信息存储和共享效率。将项目的设计资料、BIM模型、图纸、表格、工作文档等数字化成果文件，集成后发布为iModel数据格式，利用iModelJS开发数字化交付平台，在桌面端、移动设备和Web端查看和管理，初步探索了数字化交付的内容和方式。
通过实践总结，形成了一套适合我国市政道路工程BIM正向设计解决方案，突破BIM设计关键难点，并取得了良好的实践效果。
项目案例
深圳梅观高速公路市政化改扩建工程，位于深圳市中部，是龙华区“一中轴九片区”中部发展轴上的重要交通干线，具有南北通廊作用，是“深港脊梁”（皇岗路-梅观路-莞深高速）的重要组成部分，其提升改造对粤港澳大湾区基础设施的互联互通，具有积极的推进作用。项目全长约8公里，原高速公路改造为双向8车道快速路主路，两侧新建双向6车道城市快速路辅路，标准断面宽度达90m。共设互通式立交7处、桥梁31座、景观天桥10座，综合管廊总长约16.5公里，总投资约77亿元。
通过本文提出的思路和方法，构建了项目区域三维基础环境模型，采用CNCCBIM OpenRoads软件实现了道路工程的BIM设计，通过软件自动输出图纸、报表，集成各专业设计成果，借助LumenRT进行动态可视化展示和方案优化，初步实现数字化交付，成功完成本项目的正向设计工作，得到业内的广泛好评。
在当前中国交通领域已进入“BIM时代”的背景下，本文系统介绍了市政道路工程BIM正向设计思路和方法；研发了道路工程本地化设计软件，实现了三维环境下市政道路工程参数化BIM设计，建立了软件解决方案；形成了基于信息模型出图的新思路，革新传统制图手段，解决了市政道路BIM正向设计关键技术难题，大幅度提升了设计水平和工程品质。本文为市政道路工程BIM正向设计提供可借鉴和参考的思路，积极促进成果在后续项目的推广应用。