[分享]道路BIM必须先模型后剖面吗？

自BIM技术在工程行业受到热捧以来，有人照搬建筑BIM的思路认为：真正的道路BIM设计，必须先创建道路三维模型，再通过剖切得到平、纵、横剖面图纸。甚至，有个别人批评在国内多个行业广泛应用的国产纬地道路CAD系列软件是“伪BIM”、“假BIM”，宣称只有国外某B公司的道路CAD，才是所谓“真BIM”。那么，道路工程BIM技术路径的“正解”到底是什么呢？道路BIM技术真的必须“先模型后剖面”吗？以下笔者结合道路几何设计基础原理和IFC标准加以讨论。

道路工程虽然也属于大土木工程的范畴，但由于每一条道路均是不规则的空间、线性实体工程（道路主体工程），尽管道路工程也存在平、纵、横断面（或剖面）设计，类似于建筑工程的三视图吧，但却与建筑、机械等工程有本质性的差别。

    

首先，道路几何线形是由直线、圆曲线和缓和曲线等单元组成的，但道路的平面线形并不是用某个水平面去剖切道路实体所能得到的直剖面中的线条，而是道路中心线在水平面上的投影线。道路里程是根据道路中心线推算得到的，但并不是道路空间实体中心线的实际长度，而是投影后的水平长度。道路里程在计算中，因为影响小，故而简化去除了纵向高程变化引起的里程增加变化。

其次，道路的纵断面线形主体由直线和抛物线（或圆曲线）组成，但道路纵断面也并不是对道路实体进行垂直剖切而得到的直剖面，而是沿着道路中心线垂直进行剖切、然后将弯曲的剖面拉直、展开之后的效果。另外，道路的横断面也不是普通建筑工程三视图中的左右视图，或某个角度的直剖面，而是沿着道路中心线前进方向的法线、每隔一定距离进行剖切后的断面。因为，道路本身就是弯曲的，根本无法确定某个固定的角度或视角。

因此，即便对一条道路的实体模型按照建筑等工程的直剖面进行剖切，也无法得到道路平、纵面几何线形，更不可能使其满足直线、圆曲线与缓和曲线等特性，使其在纵断面上还满足直线与抛物线等的特性。

笔者认为，正是上述基础设计原理的差异，导致道路工程不能像建筑、机械工程那样，先道路BIM模型为对象，直接进行三维设计，后通过剖面图方式获得平、纵、横（或顶、立、侧面）的剖面设计图纸成果。

如果说，上面从道路几何设计原理角度的讨论，只是一家之言的话，那么，笔者与大家分享国际BIM标准组织——buildingSMART是如何定义道路和桥梁BIM模型的。

在2015年之前，国际BIM标准IFC的重点在于建筑类工程方面，并没有适用于公路、城市道路、铁路等线性基础设施工程的IFC标准和模型专业分类。因此，一些急切希望与国际IFC标准接轨的道路类项目，只能把道路模型作为一种整体性的、附加性的“项目块”直接嵌入或挂在符合IFC的模型库中。实际上，这样的整体附加模型块并不具备IFC标准的共性，并不能实现IFC标准所希望的数据共享、共用的目标的。因为，这样附加的整体性外部引用的模型块，往往只能自己生成、自己读取，并不能被第三方直接读取应用的。

直到2015年底左右，buildingSMART才首次发布了与道路工程相关的线性工程概念（基础）模型——IFC Alignment。而Alignment的标准化方法本身就包括了平面线形、纵断面线形和横断面等三个相互匹配、关联的部分。然后，再由平纵横断面形成了三维的空间道路实体模型。同时，IFC非常明确地指出，Alignment概念模型是将来构建道路标准（IFC-Road）和桥梁标准（IFC-Bridge）的底层或基础性标准（参见下图图示）。

分享IFC对路线（Alignment）基础标准、道路BIM标准和桥梁BIM标准的描述和解释，再清晰明确不过地告诉我们：第一，IFC定义道路BIM标准和桥梁BIM标准的底层是路线线形标准，而路线线形是由平纵横断面构成的。第二，IFC并没有定义道路的平纵横断面是通过对道路、桥梁BIM模型进行剖切来形成的。

下面是IFC里定义的线性工程的实体名称和对应中文名称。对比可见，在IFC- Alignment标准中，对道路等线性工程的描述、处理方式与我们道路工程专业的几何线形组成、内容是完全一致的。

下面为上述实体的翻译解释：

以上IFC对路线线形（Alignment）、道路和桥梁等BIM标准的定义和解释，再次验证了国产纬地软件道路BIM的技术路径是正确的（或者说是唯一的，只能如此），这是道路工程的专业特点和设计原理所决定的！显然，那些照搬建筑BIM技术路径、动辄质疑纬地软件是“假BIM”、“伪BIM”等观点，又一次被IFC打脸啦！

既然不能“先模型后剖切”，难道道路设计就无法实现“BIM正向设计”了吗？不能实现BIM理念所倡导的“所见即所得”的效果了吗？笔者的回答是：能！同样能！

随着计算机软硬件技术的不断提升，道路CAD软件在克服大面积数字地面模型实时剖切、平纵横断面实时关联、海量BIM模型实时浏览等技术瓶颈之后，同样可以实现“所见即所得”的BIM正向设计

纬地软件三维互动功能界面（2006年）

早在2006年，也就是BIM概念尚未受到关注时，国产纬地软件就已经实现了平、纵、横断面与道路三维模型之间的实时关联互动功能（当时软件界面如上图所示）。在采用双屏显示模式下，道路工程师一边（在左侧屏幕）以地形图为背景，进行路线平面、纵断面和横断面的设计调整与优化，在另一边（右侧屏幕）会实时刷新显示与之对应的道路实体三维模型。而此后，国外道路CAD软件（例如：A公司的Civil 3D等）才开始采用相同的技术路线向这一方向跟进。

纬地软件道路BIM设计界面（新版软件）

今天，值得庆贺的是，基于自主研发的工程BIM设计平台，“纬地道路三维CAD系统”又跨上了道路BIM正向设计的更高层面，道路工程师不仅可以在熟悉的CAD界面下对平纵横断面进行设计调整，还可以直接以BIM模型为对象，通过对BIM模型（夹持点）的拖动等操作，实现对整体或局部路线方案的调整与优化。并且，纬地软件通过高效利用GPU和算法优化等措施，实现了对长距离路线方案、大范围BIM模型、大面积卫星影像或无人机影像数据的实时调用，用户体验更加流畅、灵便。

为什么同样的技术路径和方法，国外软件就是“真BIM”，而国产软件就是“假BIM”？笔者一直非常纳闷。而实际上，近年来我国工程勘察设计行业出现了一些怪圈、怪象，更是让人难以理解：

笔者知道，上述怪圈、怪象都只是源于一个概念——“BIM”，但笔者愚钝至今没看明白，如此这般的价值和意义在哪里呢？为什么能有单位愿意主动花数百万购买国外软件“玩噱头”，但却为了节约几万长期使用盗版国产软件？

回到本文的主题，笔者认为，无论国际工程届对BIM技术发展的期许有多高，如论BIM技术发展的技术路线如何选择，但道路工程BIM技术必然、也必须基于道路工程的基础设计原理与方法。从事道路BIM技术研发与应用，也必然要以专业知识和理论作为支撑，不能盲目地生搬硬套，更不能不懂装懂，动辄以所谓的“真BIM”、“假BIM”论英雄。