BIM技术在市政工程设计中的应用

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不同的工程结构形式，因采用的设计软件（有些 文件中叫“解决方案”） 不同，导致其设计效果不同， 对后期施工和管理的影响也不同。现以深圳市某工程 为例，详细说明二维设计与三维设计在结构设计中的 区别。
该工程位于深圳西部蛇口半岛西侧的前海合作 区。 当采用传统的平纵横设计手段来表现该工程结构 的水平、竖向和横向位置关系时，在结构断面变化剧烈 的位置上，一张横断面图很难把节点的关系表示清楚 ， 而且由于横断面与立面图、平面图没有相对应的关系， 因此即使结构断面数据有所修改，其相应的断面图也 不会随之进行改变。 该工程某一制作段的三视图见 图 1。
生命周期理念的不断深入，设计人员必须在自己的设 计方案中充分展现该工程在未来几十年内出现概率 最高的几种运营状态，并就结构的管养提出相应的可 行性建议。 而这些都不是原来简单的平、立、剖制图就 能提供的，而是需要设计师结合自己的专业特点，通过 一定的设计手法来实现。
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城市桥梁设计中，在满足结构安全和耐久性的前 提下，桥梁造型日益出新，其结构的轴线线形也随之 出现复杂的空间变化。 在这种情况下，简单的公式拟合 很难满足设计精度的要求，但如果采用 BIM 技术中的 CATIA 软件，则可较好地解决这个问题。
CATIA 是法国达索公司开发的 1 款三维设计软件。
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图 2 结构三维实体模型
a） 结构横断面参数模型
b） 结构横断面参数表（m）
图 3 结构参数化横断面模块
作为 PLM 协同软件的一个重要组成部分，CATIA 软件 以前主要被用来设计产品，并支持从项目前期阶段到 具体的设计、分析、模拟、组装及维护在内的全部工业 设计流程。 现在，该软件也开发了相应的桥梁设计模 块 ，用 来 进 行 结 构 的 真 正 模 块 化 和 参 数 化 设 计 [1] 。
采用 BIM 软件进 行设计，一方 面，可 以 根 据 不 同 的宽度对道路断面进行自动调整，不会出现三视图关 系不符的错误；另一方面，随着方案的变化还可以及 时准确地统计结构工程量，减少了设计人员的计算工
作量，而且还能进行运营阶段工况模拟，如碰撞、行车 检 查 和 管 道 暴 雨 分 析 等[3]，从 而 避 免 了 因 设 计 手 段 的 局限性而导致的不必要的工程变更。 1. 3 较复杂的空间曲线设计
3 结语 BIM 技术的应用是对设计手段和设计理念的一种
转变和改进，极大地提高了市政工程设计中的高效化 和信息化。 但是，作为一种我们应用尚不熟练的技术， 还需要我们从设计的角度进行全面而理性地思考与 学习，以使其更加契合我们的设计要求和需要，进而更 好地实现设计目的。
参考文献：
[1] 乔建军. 完全掌握 CATIA V5-6 R2013 超级手册[M]. 北京：机 械 工 业 出 版 社 ，2014：1-15.
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BIM 技术在市政工程设计中的应用
刘 铭，张 京，彭勃阳
（北京市市政工程设计研究总院有限公司， 北京 100082）
摘 要：市政隧道工程涵盖了道路、结构、管线和设备等专业，涉及到信号、人防、消防及监控等控制要素，是把各个方面融
为一体的构筑物。 以城市隧道结构工程和桥梁拱轴线的确立为例，分析了 BIM 技术中的 2 款设计软件（Autodesk Civil 3D
和 CATIA）在工程设计中的应用，探索了市政工程的高效化和信息化设计方法与思路。
关键词：市政工程；BIM 技术；设计；应用
中图分类号： TU 201.4
文献标志码： B
文 章 编 号 ：1009-7767（2015）04-0195-04
Application of BIM Program in Municipal Engineering
a）桥梁拱大样图
图 4 拱轴线关系图
b）拱轴线拟合对比图
2 BIM 技术应用中的问题 市场需要一个高效、经济且合理的全生命周期技
术变革。 市政工程作为传统的建造行业，如果继续沿用 简单的模仿搭建和平面上的作图方式，其设计最终将 被苛刻的施工环境、严格的工程造价管理、精细化的 设计要求以及模块工业化生产所淘汰。 伴随着工程全
BIM（Building Information Modeling）是建立数字信 息化模型的英文单词缩写。 作为一种设计理念，BIM 技 术已经在航空、航天、船舶等精细化领域得到了广泛 的应用[1]。 目前，在大型民用建筑、水利和水电工程中，
BIM 技术也已被广泛地接受和使用，并以地区规范和 单位工作准则的形式得到了普及。 在国际基础工程领 域，数字信息化模型设计更是被广泛应用，许多国家 都制定了相应的 BIM wk.baidu.com术行业标准，部分国家和地区 则强制要求在设计中交付 BIM 模型成果。 例如，美国 300 强建筑企业中的 80 %、北美工程中 50 %的项目和 芬兰 93 %的建筑师均已应用了 BIM 技术。 自 2002 年 以来，BIM 这一概念在我国也逐渐被认可和普及，尤其 是在水电行业和大型单体建筑物的复杂建筑结构节 点设计中已被广泛应用。 1. 2 城市隧道工程
[2] 任耀. Auto CAD Civil 3D 2013 应用 宝 典[M]. 上 海 ：同 济 大 学 出 版 社 ，2013：250-259.
[3] Wedding J，McEachron S. Mastering auto CAD Civil 3D 2011[M]. Canada： Wiley Publishing，Inc.，2010：383-385.
Liu Ming， Zhang Jing，Peng Boyang
在市政工程设计中，设计人员一般采用平、立、剖 三视图对工程进行表达，只有在进行复杂结构设计 时，才进行三维建模计算。 工程设计的目的在于在满 足工程安全可行的前提下，以最小的代价取得最大的 功效，也即把设计意图完整地传达给施工单位，把用 地信息全面地传递给规划部门，把工程量和控制因素 准确地传递给建设单位。 一般的道路工程设计，为了 实现设计意图、展示工程效果，除了使用欧特克软件 外，还常常应用一些工程展示软件。 然而，随着市政 工程功能的日趋复杂，很多不可控制或者设计图纸不 能完整表达的因素频繁出现，例如：长大异形断面的 剖面、异型拱脚部件以及整个工程与周边环境的相对 关系、空间曲线的数学表达与展示等。 这些复杂的设 计和表达对整个工程造价有较大的影响，施工难度也 较大，甚至可能导致工程变更，给后期管理带来隐患。 因此，采用 BIM 技术 进行市政 工程设计，不 仅可以提 高设计意图表达的精确性，而且也可较好地解决这些 问题。 1 BIM 技术在市政工程中的应用 1. 1 BIM 技术在国内外的应用现状
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a）平面图
b）立面图
c）断面图 图 1 某一制作段结构三视图
采用 BIM 技术中的 Autodesk Civil 3D 软件进行设 计则可解决以上问题。 Autodesk Civil 3D 是由欧特克 公司推出的 1 款市政工程设计软件，主要侧重于道路 和管道设计。 该软件通过模拟道路横断面并进行道路 装配，可实现结构断面的参数化设计[2]。 结构三维实体 模型见图 2，结构参数化横断面模块见图 3。
3）由于文件成果传输接口不统一，因此即使是同 一公司的不同款软件或同一款软件的不同版本之间， 均存在数据无法正常传递问题；
4）应用 BIM 技术产生的效益与应用该技术的成本 相比还存在较大差距；
5）对于现有市政工程行业整体的施工手段和施工 水平来说，尚无法实现 BIM 技术的广泛应用；
6）市政工程的协同化设计在现阶段实施起来仍存 在较大的难度。
据不完全统计，从上海 至 宜 宾 江 段 ，长 江 上 共 有 85 座 大 桥 （含 长 江 隧 道 ），本 专 题 对 长 江 上 的 桥 ，进 行 梳 理 和 展 示 ，以 飨 网 友 。 85 座 大 桥 自 逆 流 而 上 依 次 是 ：
上海市境内：崇明越江通道 上海市与江苏省之间：崇启大桥 江苏省境内：苏通大桥、江阴长江大桥、泰州长江大桥、扬中长江大桥（注：未跨长江南北）、润扬长江大桥、南京长江四桥、南京 长江二桥、南京长江大桥（公路铁路两用）、南京过江隧道、南京长江三桥、南京大胜关长江大桥（铁路桥） 安徽省境内：马鞍山长江大桥、芜湖长江大桥（公路铁路两用）、铜陵长江大桥、安庆长江大桥 江西与湖北省界之间：九江长江大桥（公路铁路两用）、九江长江公路大桥 湖北省境内（含隧道）：黄石长江大桥、鄂东长江大桥、黄冈长江大桥（公路铁路两用、在建）、鄂黄长江大桥、武汉阳逻长江大桥、 武汉天兴洲长江大桥（公路铁路两用）、武汉二七长江大桥、武汉长江二桥、武汉长江隧道、武汉地铁 2 号线过江隧道（地铁隧道）、武 汉长江大桥（公路铁路两用）、武汉鹦鹉洲长江大桥、武汉白沙洲长江大桥、武汉军山长江大桥、荆州长江大桥、枝城长江大桥（公路 铁路两用）、宜昌长江大桥、宜昌长江铁路大桥（铁路桥）、葛洲坝三江大桥、夷陵长江大桥、西陵长江大桥、巴东长江大桥 湖北省与湖南省之间：荆岳长江大桥 重庆市境内：巫山长江大桥、奉节长江大桥、云阳长江大桥、万州长江二桥、万宜铁路万州长江大桥（铁路桥）、万州长江大桥、忠 县长江大桥、忠州长江大桥、丰都长江大桥、涪陵李渡长江桥、涪陵长江大桥、涪陵石板沟长江大桥、长寿长江大桥、渝怀铁路长寿长 江大桥（铁路桥）、重庆鱼嘴长江大桥、广阳岛长江大桥（未跨主航道，连接广阳岛和长江南岸）、重庆大佛寺长江大桥、重庆朝天门长 江大桥、重庆东水门长江大桥，重庆长江大桥、重庆长江大桥复线桥、重庆菜园坝长江大桥、重庆鹅公岩长江大桥、重庆李家沱大桥、 重庆鱼洞长江大桥、重庆马桑溪大桥、白沙沱大桥（铁路桥）、地维长江大桥、江津观音岩长江大桥、江津迎宾长江大桥、江津长江大 桥、永川长江大桥 四川省境内：泸州泰安长江大桥、泸州铁路长江大桥（铁路桥）、泸州长江二桥、泸州长江大桥、江安长江大桥、宜宾长江大桥
在某简单的抛物线拱桥中，由于桥梁拱轴线两端 设置了不等量的水平位移，为了满足结构的正常施作，
最初的设计手段是在横梁位置控制节点间距，并以此 为控制条件进行数学公式拟合计算。 由图 4 可以看 出，其拟合的空间曲线模型与 CATIA 软件根据建模规 则建立的图形是存在一定的差异的，尤其是由点连起 来的拱轴线和实际用空间曲面与共轴曲面相切产生 的拱轴线之间存在着规范所不允许的误差，因此决定 采用 CATIA 软件进行设计。
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目前，BIM 技术在市政工程设计中的应用主要存 在以下问题：
1）BIM 技术真正的价值体现在施工和运营维护阶 段，但目前除了业主的需求外，没有其他因素能成为 促进市政工程设计精益求精的原动力；
2）设计软件种类繁多，但真正能契合国内实际且 满足设计需求的手段还不多；
收稿日期： 2015-01-26 作者简介： 刘铭，男，满族，高级工程师，主要从事桥梁设计工作。
横跨长江的 85 座长江大桥
长江（亚洲第一长河，全长 6 397 km。 它发源于青藏高原唐古拉山的主峰各拉丹冬雪山。 长江是世界第三长河，仅次于非洲的尼 罗河与南美洲的亚马逊河，水量也是世界第三。 总面积 1 808 500 km2（不包括淮河流域），约占全国土地总面积的 1/5，和黄河一起并 称为“母亲河”。