BIM技術(shù)在道路工程設(shè)計的實踐

李婷婷

（中交公路規(guī)劃設(shè)計院有限公司,北京 100000）

1 引言

傳統(tǒng)道路工程設(shè)計依賴CAD、Card1等軟件的工程二維建模設(shè)計，但道路工程涉及路面、路基、橋梁、隧道、立交等工程，各專業(yè)知識較差，二維圖紙設(shè)計的成果存在一定不足，可能影響項目成本及投資[1]。道路工程設(shè)計應(yīng)在滿足安全性的基礎(chǔ)上，將建設(shè)信息全面反饋給交通運(yùn)輸部門，將設(shè)計意圖傳遞給施工方。通過BIM技術(shù)進(jìn)行道路工程設(shè)計，可提高設(shè)計意圖表達(dá)的準(zhǔn)確性，彌補(bǔ)傳統(tǒng)二維圖紙的不便，為決策、設(shè)計人員提供更優(yōu)的設(shè)計手段，也為推動道路信息化設(shè)計奠定基礎(chǔ)。

2 BIM概述

BIM為建筑信息模型，是建筑數(shù)據(jù)設(shè)計、建設(shè)、運(yùn)營的一項重要應(yīng)用，其將建筑各個參與方集中起來，共享信息，更好地保障建筑質(zhì)量[2]。GB/T 51235—2017《建筑信息模型施工應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》中，認(rèn)為建筑工程中，對工程物理、功能特性數(shù)字化表達(dá)，并依據(jù)此設(shè)計施工的，稱為BIM。BIM以數(shù)字化技術(shù)在計算機(jī)上構(gòu)建三維立體模型，為道路工程設(shè)計提供一個信息庫，為設(shè)計提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)[3]。

3 BIM在道路設(shè)計中的應(yīng)用

3.1 建模

建模是BIM應(yīng)用的前提，利用道路的幾何設(shè)計基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)及地形，構(gòu)建出信息化的標(biāo)準(zhǔn)地面、道路、道路橋梁隧道等構(gòu)件，之后以衛(wèi)星、航空影像（GPS、GIS）支持，對影響模型進(jìn)行貼圖處理，提高數(shù)字模型真實性，營造虛擬化空間。

采用BIM信息軟件，可高效制作出道路模型。例如，構(gòu)建更新的交互平面道路口，也可利用軟件的內(nèi)部操作部件，構(gòu)建虛擬的人行道、綠化帶、溝渠、車道組件、紅綠燈等。按照常用的設(shè)計規(guī)范設(shè)計好道路的各項交通標(biāo)識、路面的標(biāo)線等[4]。也可以按照各個地區(qū)的交通規(guī)范，創(chuàng)建出獨(dú)特的部件。要確保施工圖及各項標(biāo)注都處于最新狀態(tài)，與實際社會中的規(guī)范保持一致，以此便于道路工程設(shè)計人員進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計。

3.2 BIM+GIS

道路工程的設(shè)計主要依賴施工區(qū)域的原始地形、地貌數(shù)據(jù)，而傳統(tǒng)CAD二維圖紙設(shè)計中，針對部分長線條帶寬道路，往往需要測繪支持，開展實地測繪，費(fèi)時費(fèi)力，測試完成后還需要以大量測繪點(diǎn)支持，制作地形圖，設(shè)計完成需要對應(yīng)設(shè)計人員有較強(qiáng)的空間想象力和理解能力，稍有差池，設(shè)計效果就不理想。此外，道路工程設(shè)計若遭遇大規(guī)模拆遷征地，將會出現(xiàn)大量不可控因素。有時設(shè)計實地環(huán)境復(fù)雜，需設(shè)計人員長時間開展野外勘察，針對項目建設(shè)需求，需出勘多次，極大地限制了設(shè)計效率的提高。

a城市某段高速道路合樅段設(shè)計中，按照項目特性及建設(shè)要求，采取無人機(jī)傾斜攝影方式獲取實地數(shù)據(jù)，控制主線帶寬左右各300m幅度，局部的工點(diǎn)位置也保證500m的幅度。以五鏡頭傾斜相機(jī)，沿線路設(shè)置滿足1∶2 000的控制點(diǎn)位。

由于項目帶狀的特性影響，無人機(jī)采集到各項圖片數(shù)據(jù)后，若直接采取空三分析建模，成功率較大，故采取重建大師軟件計算數(shù)據(jù)，完成空三處理，構(gòu)建出多角度的三維真實虛擬模型。該案例項目的施工復(fù)雜區(qū)域位于某互通立交，該立交和附近一高速相交匯，在樞紐區(qū)域以無人機(jī)攝影測量技術(shù)獲取了高清的圖像數(shù)據(jù)，簡單處理后以GIS平臺對當(dāng)?shù)貭顩r以虛擬模型方式還原，再接國家84坐標(biāo)系進(jìn)一步控制模型誤差，將最終的高度誤差控制在“米”的級別，平面的誤差控制在分米級別以內(nèi)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的理想化精度處理，構(gòu)建了實景模型。

以無人機(jī)傾斜攝影測量可及時勘查現(xiàn)場地貌，為后續(xù)拆遷征地提供數(shù)據(jù)佐證，也可及時生成高清地貌數(shù)據(jù)，為其他設(shè)計工作提供有力依據(jù)。之后采用Infaworks的GIS平臺，將模型和一些三維設(shè)計模型綜合集成起來，展開模型校核查驗，并對道路工程中的環(huán)境設(shè)計開展可視化方案比對篩選。以BIM+GIS的技術(shù)應(yīng)用，達(dá)到減少設(shè)計階段的人工成本，也為后續(xù)的數(shù)字設(shè)計交付數(shù)據(jù)奠定基礎(chǔ)。

3.3 道路工程的多專業(yè)設(shè)計校核

道路工程設(shè)計包含橋梁、涵洞、隧道等多方面設(shè)計，一些特殊的道路工程其涵蓋設(shè)計專業(yè)也并不相同。傳統(tǒng)設(shè)計工作在設(shè)計階段結(jié)束后，仍然存在大量的設(shè)計改動及變更，流程較為復(fù)雜，影響最終設(shè)計對施工的指導(dǎo)效果。一些設(shè)計中的專業(yè)內(nèi)容，如橋梁構(gòu)件埋深、涵洞標(biāo)高、道路高程等，無法精確定位，現(xiàn)場施工中還存在諸多不確定因素。故在設(shè)計當(dāng)中應(yīng)落實可靠的設(shè)計校核，提前發(fā)現(xiàn)潛在問題，規(guī)避設(shè)計失誤，確保設(shè)計為施工提供的全方面指導(dǎo)。以a城市某段高速道路合縱段設(shè)計為例，其全線三維設(shè)計按照標(biāo)段劃分，選擇Bentley平臺結(jié)合2007版CAD三維平臺建模，為簡化建模過程，基于Revit平臺工具再次開發(fā)，最后以項目集成平臺，對各項BIM數(shù)據(jù)融合，提高模型功能性。

設(shè)計階段利用實地地形及無人機(jī)攝影技術(shù)得到初步的BIM模型，設(shè)計人員考慮現(xiàn)場情況及道路建設(shè)要求，綜合設(shè)計模型，以綜合對比分析、路線限界校核、碰撞檢測等方式提高設(shè)計校核質(zhì)量。多階段的設(shè)計同步開展專業(yè)的設(shè)計校核，有效規(guī)避設(shè)計失誤、凈空不足等。優(yōu)化后的模型可為后續(xù)工程施工提供全面、準(zhǔn)確的參數(shù)支持，避免施工中出現(xiàn)諸多設(shè)計變更。

3.4 構(gòu)件編碼的應(yīng)用及拓展

BIM技術(shù)貫穿在道路工程設(shè)計、施工全過程中，BIM模型在設(shè)計施工再到道路運(yùn)維，其模型數(shù)據(jù)參數(shù)傳遞、構(gòu)建信息使用都是銜接各個時期BIM技術(shù)有效應(yīng)用的方式，故設(shè)計階段需做全面構(gòu)件信息的編碼。通過應(yīng)用構(gòu)件編碼，可確保道路工程的不同階段都可以獲取統(tǒng)一化的模型參數(shù)，其功能要求、性能等都保持一致，構(gòu)建一個高度集中的管理、應(yīng)用數(shù)據(jù)過程。

BIM模型由諸多構(gòu)件構(gòu)成，儲存及調(diào)用模型信息，需索引并區(qū)別構(gòu)件編碼。通過對三維模型中各個構(gòu)件賦予構(gòu)件編碼，相關(guān)設(shè)計人員搜索編碼，獲取構(gòu)件信息，道路工程量估計階段，可針對不同構(gòu)件對模型功能凈量自動比對，提高估算結(jié)果的準(zhǔn)確性，便于后期迅速了解需修改的構(gòu)件。

4 結(jié)語

綜上所述，在道路工程設(shè)計中應(yīng)用BIM技術(shù)，可以看出工程設(shè)計的可靠性、安全性、時效性大大提高。目前，BIM技術(shù)在我國道路交通設(shè)計中應(yīng)用越來越廣泛，配套技術(shù)逐漸成熟，其推廣應(yīng)用是一項長期發(fā)展的過程。文章通過分析BIM技術(shù)在道路工程設(shè)計各個方面的應(yīng)用，為更好地開展道路工程設(shè)計提供借鑒，也促進(jìn)了新一代的數(shù)字化三維技術(shù)，為國家建設(shè)發(fā)展提供更好的應(yīng)用。