在设计阶段，协同设计也成为业内关注的焦点，呈现三维参数化、可视化设计等技术特点，同时，基于BIM技术的场地分析、碰撞检查、性能分析、工程量核算、设计交付等应用也在如火如荼地进行。

3．2．1 场地分析

场地分析是研究影响建筑物定位的主要因素，是确定建筑物的空间方位和外观、建筑物与周围景观的联系的过程。在工程的规划阶段，场地的地貌、植被、气候条件都是影响设计决策的重要因素，往往需要通过场地分析来对景观规划、环境现状、施工配套及建成后的交通流量等各种影响因素进行评价及分析。场地分析有一套比较完整的分类方法，主要包括四个方面：场地的自然条件、场地的建设条件、场地的公共限制和场地的建筑艺术元素。

传统的场地分析存在诸如定量分析不足、主观因素过重、无法处理大量数据等弊端，而采用基于BIM技术及GIS数据的原始场地模型构建技术，可基于地形条件分析、模型定位、交通组织联系、场平成本控制等多维度进行统筹规划分析，为建设实施决策提供有力的数据支撑。

目前，基于BIM的场地分析常用的技术途径为：先利用GPS全站仪、无人机、激光点云扫描系统等外业测绘技术进行数据采集，然后将实时可信的地形、地物数据录入GIS系统，再从BIM平台中导入道路、桥梁、隧道、管线、景观等设计模型，将二者叠加后进行相关的量化分析。由于BIM＋GIS能清晰地表达三维空间信息，因此可精确测量各个平场方案的土石方量，并通过量化分析进行平场方案比选和支护方案对比（图3-2）。

图3-2 场地分析

3．2．2 设计协同

协同设计是企业内不同设计部门、不同专业方向上或者同一项目的不同设计企业之间进行协调和配合，本质上是基于计算机支持的协同工作。由于这种跨专业、跨地域的网络化协同设计方式可极大地缩短产品设计和研发周期，并使企业快速地研发适应市场变化和需求的产品、提高企业的竞争能力，因此，国内外优秀企业产品研发工作正在从个体化、串行流程的产品研发模式，转向上、下游多方协同的并行产品设计。“协同”已经成为当代产品研发策略的重点方向之一。

就IT技术领域而言，从最早的二维协同到之后的三维协同，到近期常提到的基于MBD、MBE的设计协同，都已经在市政交通行业得到运用。传统的CAD二维协同设计基于二维图纸的数据协同，各专业按顺序进行协同，其工作流程呈线性，工作逆向返回易产生较大的设计变更工作量。由于协同工作的载体为二维图纸，因此多版本的图纸管理难度大，信息传递效率低，在设计频繁修改、多项目交叉设计等情况下易造成数据的无序或无效的流转。在三维设计之初，制造业基于产品生命周期管理（Product Lifecycle Management，PLM）系统进行数据协同。其中各种类型的BOM（原型BOM、EBOM、MBOM、SBOM）是PLM的灵魂，是驱动产品开发的结构化主线。BOM中的每一个项目（零件），是各种文档的容器；因而，在以零件为中心的PLM中，产品定义等信息具有高度的结构化。而MBD技术是一种新的产品数字化定义技术，是指用集成的三维实体模型来完整表达产品定义信息的方法。该技术是将原来定义在二维图纸上的几何结构设计信息、生产工艺制造信息和产品属性管理信息，共同集成定义在三维数字化模型中。基于BIM＋MBD技术的协同设计实现了并发式的同步分工协作，通过创建中心文件的形式关联专业间的设计工作，各专业设计工作基本平行展开，专业间设计意见可提前沟通反馈。其中数据载体通常为双向同步的唯一的三维模型，不仅能直观表达不同专业的设计意图，还能提高设计过程中文件的管理效率。

以3DE平台为例，该平台全面整合了CATIA、DELMIA、ENOVIA等软件产品，形成了统一的设计过程数据源、统一的设计视图、并行的基于BIM＋MBD的实时协同平台，从而使分散在不同地域的企业管理人员、设计人员、制造人员、服务人员、供应商等不同角色用户都能够共享单一数据源和并行的协同设计环境（图3-3）。

图3-3 3DE平台协同管理

3．2．3 方案展示与比选

随着现代城市的发展、路网的完善，以及空间、生态、环保要求的提高，城市交通规划者和设计者所面对的各类地理空间信息量与日俱增，所处理的空间关系也更加错综复杂，例如新建道路与现有道路的净距、隧道洞口的零开挖要求、山区城市道路的地形限制等，这就需要规划设计者和政府决策者对城市的地理空间及规划方案有充分的了解。

而传统的二维空间表达方式在空间认知模式方面，以二维电子地图将空间信息通过符号化进行表达，阅读者需要进行符号解译才能形成空间认知，因此，空间认知效率较低，阅读规划方案的门槛较高，不利于公众参与。相反，基于BIM技术的空间表达方式，以数模、动画、视频、模型、实景等方式直接呈现在观察者面前，无需符号解译过程，因此可以更加快捷、直接地获取所需的空间信息，认知代价更小、认知效率更高。同时，基于BIM技术，可从多角度、沉浸式地进行方案的观察、测量、比较，对方案的优劣比选更方便、准确。在工程规划、方案决策阶段，BIM技术能让业主和设计者身临其境地感受各方案，比传统的文本、图纸、效果图等方式更直观，决策更高效。在工程设计阶段，通过BIM技术建立虚拟环境，能方便设计人员直观地对工程设计成果进行设计优化和设计审核，提升设计质量。

在方案展示和比选方面，目前常用的做法有以下五种：①将BIM模型与正射或倾斜摄影获取的地模数据融合，利用VR进行展示和比选；②将BIM模型叠加到真实场景中，利用AR进行沉浸式的展示和比选；③利用AE视频处理技术，将BIM模型和实景场地视频融合后进行展示和比选；④利用3D打印技术，将BIM模型和地模打印成实体模型后进行展示和比选；⑤利用交通仿真技术，基于BIM模型的设计数据进行Vissim交通建模，并对设计方案进行交通流量模拟和方案比选（图3-4）。

图3-4 方案展示与比选

3．2．4 碰撞检查

市政交通工程专业繁杂，各专业设施、管线较多，要想在有限的空间内达到安装排列有序、清晰明朗，必须要进行碰撞检测，发现施工过程中可能出现的“碰、漏、错、缺”问题，做到消除隐患、予以整改、优化方案、减少返工、提高施工效率。因此，有必要进行各专业间及专业内部的碰撞检查，提前发现设计可能存在的碰撞问题，减少施工阶段因设计疏忽造成的损失和返工工作，提高施工效率和施工质量。

以往在二维图纸上很难表达设计结果的空间关系，造成碰撞检查工作很难开展。而BIM技术使各专业构件间的干涉检查成为可能。通常进行的碰撞检查包括：①硬碰撞，即当两个或以上的构件在空间位置上出现了相交、包含、重叠的情况；②软碰撞，即当两个及以上的构件在空间上未发生相交、包含、重叠，但是相互之间的间距小于最小设计预设值的情况，也称为间隙碰撞；③机构重复，即当构件在三维模型建立过程中发生多次绘制，导致构件在空间上完全重叠的情况。此外，还可以对安全距离、视线距离等内容进行检查。针对碰撞检查问题，很多BIM软件已提供了碰撞检查功能和检查结果输出功能。(www.daowen.com)

以项目为例，上海某项目对改建的立交匝道与现有周边环境之间（现状地铁、铁路）进行安全距离控制；嘉兴某项目对匝道净空进行了检查；宁波某项目对各管线专业间，管线与隧道、桥梁下部结构等地下结构之间的净距进行检查；嘉兴某项目对盖梁钢筋与钢束、盖梁钢筋笼预制吊装与立柱直筋及预制梁桥面连续端预埋钢筋进行了冲突检查（图3-5）。

图3-5 碰撞检查

3．2．5 性能分析

桥梁、挡土墙等结构的FEM有限元力学性能分析是BIM三维正向设计的关键环节（图3-6）。就目前而言，大部分BIM建模软件不具备有限元仿真分析的功能，而有限元仿真分析软件在模型可视化展现和信息管理方面又存在很多不足。同时，由于BIM建模软件和有限元仿真分析软件数据存储格式的不同，导致BIM模型建立和有限元模型建立需分开进行，造成时间浪费和查错困难。

目前常用的方法是：①人工从BIM模型中提取相应的有限元建模信息，再在有限元分析软件中利用传统建模方法进行力学模型建立和进行计算分析；②通过编程手段，提取BIM模型中的参数信息，并基于参数生成有限元分析所需的命令流或执行脚本，提交有限元进行计算分析；③将BIM模型直接导入有限元软件中，在有限元软件中通过预处理生成计算模型，并进行计算分析。

图3-6 性能分析

3．2．6 工程量核算

在建筑工程项目中，工程量造价是非常重要的，只有做好工程量造价管理工作，工程量的预算和结算工作才能够顺利进行，而最终工程量和造价的管理也会影响企业的经济效益。为了避免出现超额结算的情况，需要做好工程量的精细化工作，而做好精细化工作的意义也在于为现场施工提供明确的清单，便于编制施工方案，使得整个施工过程流畅、合规。

设计费率为总造价的3%左右，但是，设计图纸对项目的造价影响大约为总价的90%以上。因此，为了保证整个项目的工程造价，需要对设计阶段的造价工作进行科学管理，保证设计阶段的精细化。传统的造价模式占用了大量的人力资源去理解设计、读图识图和算量建模。得益于BIM在模型表达和数据管理方面的优势，采用基于BIM的造价模式能够提取工程项目的历史数据，对数据分类和筛选，还能够设计参数化模型，将工程量定额导入软件，实现工程项目的工程量和造价的计算与管理，从而掌握工程造价是否满足实际投资情况。最后，BIM技术还能够对工程施工的工期和施工条件进行模拟，为后期的施工工作开展提供依据，保证提高各部门的效率。

目前，常用BIM技术对土石方工程、基础、混凝土构件、钢筋等进行工程量核算。各主流BIM建模软件也都具有统计构件信息的功能。以3DE平台为例，工程量可以在设计建模过程中在结构树上的参数里新建几何关系，以测量数据为纽带，将模型的真实尺寸信息、对应的材料等需要统计的属性信息在结构树上体现出来。设计模型完成后，设计构件的几何和属性信息可以统计及导出相关的工程量信息，并可以通过定义的构件类型、材料种类、实施阶段等多种属性进行分类、筛选和统计。此外，还可以通过定义构件的自动命名模板，在各构件的名称中以特定字符串的形式记录构件的工程量信息，通过导出和抓取关键词，间接筛选和统计工程量（图3-7）。

图3-7 构件工程量信息输出

工程量统计的准确度与构件模型的几何精度和模型完整性直接相关。值得一提的是，通过模型手段得到的工程量通常为工程净量，因开槽、开孔等工艺造成的材料损失可以在构件模型中单独定义、提取和统计，而因在建造、运输等过程中的材料损失则需要通过对工程量统计数据进行分类，或根据经验值加权等手段进行工程量的估算。

3．2．7 设计交付

设计交付是设计阶段最后一个环节，也是最重要的环节。二维图纸是目前最为常见的交付方式，即便目前三维模型已经制作得很精细，但大多数项目仍要求提供二维图纸。

对BIM来说，最直观的出图方式之一就是对三维模型进行投影、剖切和标注，但由于各出图对象很难用一个统一的标准和方式进行出图，需要对投影、剖切面进行分别定义，对图面、标注内容和方式等出图模板进行大量的定制，影响了出图率和出图的效率。因此，部分设计单位通过定制开发的程序，基于设计数据进行二维出图，或者通过程序自动剖切、标注进行二维出图，解决了上述通过三维模型投影二维图纸带来的局限，可以有效地提高出图率和出图效率。

此外，对于空间关系较复杂的构件，二维图纸很难将其简便地表现出来，因此可采用构件三维模型（或三维截图）加配置技术要点说明的形式进行三维可视化交底，方便施工人员理解和作业，提高信息传达效率。

目前虽受限于上下游设计、施工各方技术水平的参差不齐，二维图纸仍是行业唯一认可的设计交付方式，但从长远看，三维信息模型交付是最理想的交付方式。施工方在接收了承载设计数据的三维信息模型后，可以在设计信息模型的基础上针对施工需求进行进一步的应用。且这种方式既能保证交付内容的准确性和唯一性，也能减少重复建模的问题。而针对跨平台交付过程存在的几何信息或属性信息丢失问题，随着相关交付标准（如IFC标准）的完善，必将得到有效解决。