Civil 3D設(shè)計(jì)道路信息模型的方法與應(yīng)用

摘 要：Civil 3D作為基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目設(shè)計(jì)的BIM軟件，可以為設(shè)計(jì)者不同視覺(jué)，不同角度來(lái)觀(guān)察模型，從而確定更加完善的設(shè)計(jì)方案或解決辦法。系統(tǒng)的討論了Civil 3D建道路信息模型的方法與應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：Civil 3D； Infroworks；道路信息模型；方法

1 BIM概況

近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的功能也越來(lái)越強(qiáng)大，將人們從二維的平面時(shí)代過(guò)渡到了三維可視化的時(shí)代。BIM[1]技術(shù)的出現(xiàn)，改變著建筑活動(dòng)的表達(dá)方式、作用方式和建造方式；也成為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)與管理的熱點(diǎn)技術(shù)問(wèn)題。

BIM的概念在上世紀(jì)70年代就由喬治亞理工大學(xué)的Chunk Esatman教授提出了[1]，但直到2002年美國(guó)的Autodesk公司發(fā)表了一本BIM白皮書(shū)之后，才使得BIM逐漸被大家了解。到2007年，全美建筑科學(xué)院NIBS推出醞釀已久的集大成者BIM標(biāo)準(zhǔn)：全美BIM標(biāo)準(zhǔn)（NBIMS），之后被各國(guó)效仿[2]。

在國(guó)內(nèi)，2002年之前BIM的發(fā)展一直都處于萌芽期，直到2005年，Autodesk公司進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，為了推廣它的產(chǎn)品才在國(guó)內(nèi)開(kāi)始宣傳BIM，BIM的才逐步在國(guó)內(nèi)被了解認(rèn)知。到2007年的時(shí)候，建設(shè)部發(fā)布行業(yè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)《建筑對(duì)象數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)》。2008年開(kāi)始，上海的標(biāo)志建筑上 海中心決定在該項(xiàng)目采納BIM技術(shù)，BIM技術(shù)在國(guó)內(nèi)發(fā)展開(kāi)始加速。2010年，清華大學(xué)通過(guò)研究提出了中國(guó)建筑信息模型標(biāo)準(zhǔn)框架（簡(jiǎn)稱(chēng)CBIMS）。2012年開(kāi)始，住建部開(kāi)始接觸并推廣BIM并宣告中國(guó)BIM標(biāo)準(zhǔn)制定工作正式啟動(dòng)，到2017年，國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于促進(jìn)建筑業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的意見(jiàn)中也明確說(shuō)明了BIM的重要性[2]。目前道路行業(yè)運(yùn)用比較廣泛的BIM軟件是由Autodesk公司開(kāi)發(fā)的Civil 3D與Infraworks。

2 軟件介紹

Civil 3D[3]軟件是一款面向基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)的建筑信息模型（BIM）解決方案，它為基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)的各類(lèi)技術(shù)人員提供了強(qiáng)大的設(shè)計(jì)、分析以及文檔編制功能，適用于勘察測(cè)繪、巖土工程、交通運(yùn)輸、水利水電、市政給排水、城市規(guī)劃和總圖設(shè)計(jì)眾多領(lǐng)域。Civil 3D架構(gòu)在同版本AutoCAD之上，基本包含其所有功能，并提供了測(cè)量、三維地形處理、土方計(jì)算、場(chǎng)地規(guī)劃、道路設(shè)計(jì)、地下管網(wǎng)設(shè)計(jì)等先進(jìn)的專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)工具，能夠與Revit， Navisworks， Infraworks等軟件都有良好的數(shù)據(jù)交互，有效擴(kuò)展土木工程三維設(shè)計(jì)成果。

3 道路信息模型的設(shè)計(jì)

3.1 創(chuàng)建地形曲面

地形曲面是Civil 3D中一個(gè)重要的概念，所有的設(shè)計(jì)操作只能在創(chuàng)建好地形曲面上進(jìn)行。在Civil 3D中，曲面的創(chuàng)建有多種方式，可以通過(guò)帶有高程信息的等高線(xiàn)和高程點(diǎn)轉(zhuǎn)化為地形曲面，或者直接導(dǎo)入具有位置信息的地形點(diǎn)的Excel表格。生成的地形曲面可以三維觀(guān)察器中直接觀(guān)看其三維狀態(tài)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有個(gè)別細(xì)微誤差時(shí)，可通過(guò)曲面特性進(jìn)行及時(shí)修改。

曲面創(chuàng)建好以后，Civil 3D還提供了對(duì)曲面進(jìn)行各種性質(zhì)的分析功能，其中高程分析和流域分析的功能為下一步的道路設(shè)計(jì)提供了設(shè)計(jì)參考和依據(jù)。

3.2 道路模型的創(chuàng)建

3.2.1 道路平面設(shè)計(jì)

地形曲面創(chuàng)建好便可開(kāi)始平面選線(xiàn)工作，在選線(xiàn)的過(guò)程中有非常多的影響因素，道路的平面線(xiàn)性直接決定整條道路的設(shè)計(jì)質(zhì)量，因此需要結(jié)合所有的控制條件和影響因素對(duì)平面線(xiàn)性進(jìn)行反復(fù)的修改和調(diào)試，已到達(dá)方案最優(yōu)的效果。在Civil 3D中，提供了多種路線(xiàn)創(chuàng)建的方式，如路線(xiàn)創(chuàng)建工具、擬合最佳路線(xiàn)、從對(duì)象創(chuàng)建路線(xiàn)等方式。本次設(shè)計(jì)采用“路線(xiàn)創(chuàng)建工具”的方法做道路的平面設(shè)計(jì)。路線(xiàn)的平面參數(shù)可在路線(xiàn)布局工具中進(jìn)行設(shè)計(jì)和修改，在平面線(xiàn)性確定之前可以在路線(xiàn)布局參數(shù)中對(duì)道路局部的要素進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，最終確定道路設(shè)計(jì)中心線(xiàn)的位置和參數(shù)。

3.2.2 道路縱斷面設(shè)計(jì)

縱斷面是沿著道路中心線(xiàn)作豎直方向的剖面，這個(gè)剖面與地面線(xiàn)的交線(xiàn)稱(chēng)為道路的縱斷面地面線(xiàn)。縱斷面設(shè)計(jì)是道路設(shè)計(jì)中非常關(guān)鍵的一步，縱斷面的合理性直接影響道路建設(shè)的工程量的大小以及行車(chē)的舒適度和安全性。

縱斷面設(shè)計(jì)是以縱斷面地面線(xiàn)為基礎(chǔ)，開(kāi)始道路縱斷面線(xiàn)的設(shè)計(jì)。當(dāng)?shù)缆房v斷面設(shè)計(jì)線(xiàn)需要修改時(shí)，可以通過(guò)拖動(dòng)豎曲線(xiàn)上的夾點(diǎn)適當(dāng)調(diào)整，或單擊縱斷面布局工具欄中的“縱斷面格柵視圖”查看生成的豎曲線(xiàn)的各個(gè)參數(shù)，根據(jù)實(shí)際情況做出適當(dāng)修整。在整個(gè)縱斷面圖中所有的數(shù)據(jù)都是相關(guān)聯(lián)的，對(duì)豎曲線(xiàn)做出了修改，與其相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)也會(huì)隨之發(fā)生變化。

3.2.3 橫斷面設(shè)計(jì)

橫斷面設(shè)計(jì)階段的首要步驟是建立一個(gè)與工程實(shí)際情況相符合的道路模型，道路模型由各個(gè)不同的裝配構(gòu)成。裝配可以是軟件本身自帶的，也可以通過(guò)Civil 3D部件編輯器進(jìn)行量身定制。要使用部件編輯器制定部件需要一定的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言基礎(chǔ)，在這里不做闡述，本次道路模型采用Civil 3D部件庫(kù)中提供定義好的部件生成道路模型。生成道路模型后，在道路模型的基礎(chǔ)之上建立道路曲面和曲面邊界，這樣才方便后面橫斷面設(shè)計(jì)的標(biāo)注和工程量的計(jì)算。

道路橫斷面是道路設(shè)計(jì)中最為復(fù)雜，工序最為繁多的一步。橫斷面由兩部分構(gòu)成，地面橫斷面線(xiàn)和道路的橫斷面線(xiàn)。在Civil 3D中，道路橫斷面的會(huì)跟隨道路路線(xiàn)或道路模型的變化而自動(dòng)變化，這樣可以大大減少設(shè)計(jì)人員的工作量，提高工作效率。

創(chuàng)建道路模型的采樣線(xiàn)：采樣線(xiàn)是將道路曲面和地形曲面按規(guī)定的里程樁號(hào)進(jìn)行采樣，采樣線(xiàn)還可以進(jìn)行左右寬度的設(shè)定，以滿(mǎn)足對(duì)不同路段采樣范圍的需求。

創(chuàng)建道路橫斷面圖：在創(chuàng)建好采樣線(xiàn)組后，通過(guò)采樣線(xiàn)組對(duì)道路曲面和地形曲面的采樣，就可以生成道路的橫斷面圖。生成橫斷面后可以對(duì)橫斷面的標(biāo)簽進(jìn)行設(shè)定，達(dá)到施工圖的要求。

3.2.4 道路土石方計(jì)算

在完成道路平面、縱斷面、道路模型、道路橫斷面設(shè)計(jì)之后，可以在Civil 3D中進(jìn)行路基土石方的計(jì)算，Civil 3D中提供了平均端面積、棱柱體、組合體積的方法計(jì)算土石方面積。

4 結(jié)語(yǔ)

目前，三維可視化設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用，在國(guó)際上已經(jīng)比較成熟了，國(guó)內(nèi)的一些大中型建筑的設(shè)計(jì)也采用了BIM技術(shù)。我國(guó)BIM技術(shù)主要運(yùn)用在房屋建筑中，在道路、鐵路等方面BIM技術(shù)很少被運(yùn)用。隨著計(jì)算科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，道路信息模型在設(shè)計(jì)中已經(jīng)成為必不可少的一個(gè)章節(jié)，行業(yè)內(nèi)也出了一系列的BIM技術(shù)規(guī)范。為了給好的使用BIM技術(shù)服務(wù)于設(shè)計(jì)工作，設(shè)計(jì)人員還行需要不斷的提升自己，通過(guò)掌握計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，在針對(duì)各個(gè)不同的項(xiàng)目對(duì)BIM軟件進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)出滿(mǎn)足當(dāng)前設(shè)計(jì)項(xiàng)目所需的小插件，從而大幅度的提升工作效率，降低生產(chǎn)成本。Civil 3D作為BIM系列軟件其中的一員，在道路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用能夠產(chǎn)生良好的效益的，可以在實(shí)際設(shè)計(jì)中大力推廣

參考文獻(xiàn)

[1]袁翱.BIM工程概論[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2017.

[2]宋家宏.BIM技術(shù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)[EB/OL].[2月2日]. https：//zhuanlan.zhihu.com/p/26875979.

[3]任耀.Auto CAD Civil 3D 2013 應(yīng)用寶典[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2013.

作者簡(jiǎn)介

羅任宏（1992-），男，重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院碩士研究生在讀，主要從事道路工程研究。