Civil 3D设计道路信息模型的方法与应用

摘 要：Civil 3D作为基础设施项目设计的BIM软件，可以为设计者不同视觉，不同角度来观察模型，从而确定更加完善的设计方案或解决办法。系统的讨论了Civil 3D建道路信息模型的方法与应用。

关键词：Civil 3D； Infroworks；道路信息模型；方法

1 BIM概况

近年来，随着计算机技术的飞速发展，计算机辅助设计的功能也越来越强大，将人们从二维的平面时代过渡到了三维可视化的时代。BIM[1]技术的出现，改变着建筑活动的表达方式、作用方式和建造方式；也成为科学研究、工程设计、施工、养护与管理的热点技术问题。

BIM的概念在上世纪70年代就由乔治亚理工大学的Chunk Esatman教授提出了[1]，但直到2002年美国的Autodesk公司发表了一本BIM白皮书之后，才使得BIM逐渐被大家了解。到2007年，全美建筑科学院NIBS推出酝酿已久的集大成者BIM标准：全美BIM标准（NBIMS），之后被各国效仿[2]。

在国内，2002年之前BIM的发展一直都处于萌芽期，直到2005年，Autodesk公司进入中国市场，为了推广它的产品才在国内开始宣传BIM，BIM的才逐步在国内被了解认知。到2007年的时候，建设部发布行业产品标准《建筑对象数字化标准》。2008年开始，上海的标志建筑上 海中心决定在该项目采纳BIM技术，BIM技术在国内发展开始加速。2010年，清华大学通过研究提出了中国建筑信息模型标准框架（简称CBIMS）。2012年开始，住建部开始接触并推广BIM并宣告中国BIM标准制定工作正式启动，到2017年，国务院办公厅关于促进建筑业持续健康发展的意见中也明确说明了BIM的重要性[2]。目前道路行业运用比较广泛的BIM软件是由Autodesk公司开发的Civil 3D与Infraworks。

2 软件介绍

Civil 3D[3]软件是一款面向基础设施行业的建筑信息模型（BIM）解决方案，它为基础设施行业的各类技术人员提供了强大的设计、分析以及文档编制功能，适用于勘察测绘、岩土工程、交通运输、水利水电、市政给排水、城市规划和总图设计众多领域。Civil 3D架构在同版本AutoCAD之上，基本包含其所有功能，并提供了测量、三维地形处理、土方计算、场地规划、道路设计、地下管网设计等先进的专业设计工具，能够与Revit， Navisworks， Infraworks等软件都有良好的数据交互，有效扩展土木工程三维设计成果。

3 道路信息模型的设计

3.1 创建地形曲面

地形曲面是Civil 3D中一个重要的概念，所有的设计操作只能在创建好地形曲面上进行。在Civil 3D中，曲面的创建有多种方式，可以通过带有高程信息的等高线和高程点转化为地形曲面，或者直接导入具有位置信息的地形点的Excel表格。生成的地形曲面可以三维观察器中直接观看其三维状态，当发现有个别细微误差时，可通过曲面特性进行及时修改。

曲面创建好以后，Civil 3D还提供了对曲面进行各种性质的分析功能，其中高程分析和流域分析的功能为下一步的道路设计提供了设计参考和依据。

3.2 道路模型的创建

3.2.1 道路平面设计

地形曲面创建好便可开始平面选线工作，在选线的过程中有非常多的影响因素，道路的平面线性直接决定整条道路的设计质量，因此需要结合所有的控制条件和影响因素对平面线性进行反复的修改和调试，已到达方案最优的效果。在Civil 3D中，提供了多种路线创建的方式，如路线创建工具、拟合最佳路线、从对象创建路线等方式。本次设计采用“路线创建工具”的方法做道路的平面设计。路线的平面参数可在路线布局工具中进行设计和修改，在平面线性确定之前可以在路线布局参数中对道路局部的要素进行适当的调整，最终确定道路设计中心线的位置和参数。

3.2.2 道路纵断面设计

纵断面是沿着道路中心线作竖直方向的剖面，这个剖面与地面线的交线称为道路的纵断面地面线。纵断面设计是道路设计中非常关键的一步，纵断面的合理性直接影响道路建设的工程量的大小以及行车的舒适度和安全性。

纵断面设计是以纵断面地面线为基础，开始道路纵断面线的设计。当道路纵断面设计线需要修改时，可以通过拖动竖曲线上的夹点适当调整，或单击纵断面布局工具栏中的“纵断面格栅视图”查看生成的竖曲线的各个参数，根据实际情况做出适当修整。在整个纵断面图中所有的数据都是相关联的，对竖曲线做出了修改，与其相关联的数据也会随之发生变化。

3.2.3 横断面设计

横断面设计阶段的首要步骤是建立一个与工程实际情况相符合的道路模型，道路模型由各个不同的装配构成。装配可以是软件本身自带的，也可以通过Civil 3D部件编辑器进行量身定制。要使用部件编辑器制定部件需要一定的计算机语言基础，在这里不做阐述，本次道路模型采用Civil 3D部件库中提供定义好的部件生成道路模型。生成道路模型后，在道路模型的基础之上建立道路曲面和曲面边界，这样才方便后面横断面设计的标注和工程量的计算。

道路横断面是道路设计中最为复杂，工序最为繁多的一步。横断面由两部分构成，地面横断面线和道路的横断面线。在Civil 3D中，道路横断面的会跟随道路路线或道路模型的变化而自动变化，这样可以大大减少设计人员的工作量，提高工作效率。

创建道路模型的采样线：采样线是将道路曲面和地形曲面按规定的里程桩号进行采样，采样线还可以进行左右宽度的设定，以满足对不同路段采样范围的需求。

创建道路横断面图：在创建好采样线组后，通过采样线组对道路曲面和地形曲面的采样，就可以生成道路的横断面图。生成横断面后可以对横断面的标签进行设定，达到施工图的要求。

3.2.4 道路土石方计算

在完成道路平面、纵断面、道路模型、道路横断面设计之后，可以在Civil 3D中進行路基土石方的计算，Civil 3D中提供了平均端面积、棱柱体、组合体积的方法计算土石方面积。

4 结语

目前，三维可视化设计技术的应用，在国际上已经比较成熟了，国内的一些大中型建筑的设计也采用了BIM技术。我国BIM技术主要运用在房屋建筑中，在道路、铁路等方面BIM技术很少被运用。随着计算科学技术的发展，道路信息模型在设计中已经成为必不可少的一个章节，行业内也出了一系列的BIM技术规范。为了给好的使用BIM技术服务于设计工作，设计人员还行需要不断的提升自己，通过掌握计算机语言，在针对各个不同的项目对BIM软件进行二次开发，开发出满足当前设计项目所需的小插件，从而大幅度的提升工作效率，降低生产成本。Civil 3D作为BIM系列软件其中的一员，在道路设计中的应用能够产生良好的效益的，可以在实际设计中大力推广

参考文献

[1]袁翱.BIM工程概论[M].成都：西南交通大学出版社，2017.

[2]宋家宏.BIM技术国内外发展现状与趋势[EB/OL].[2月2日]. https：//zhuanlan.zhihu.com/p/26875979.

[3]任耀.Auto CAD Civil 3D 2013 应用宝典[M].上海：同济大学出版社，2013.

作者简介

罗任宏（1992-），男，重庆交通大学土木工程学院硕士研究生在读，主要从事道路工程研究。