S06 酒(泉)嘉(峪關(guān))繞城高速公路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及施工數(shù)字化應(yīng)用

韓博，石雪瞾，李揚(yáng)

（1.甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院股份有限公司，蘭州 730000；2.甘肅路橋公路投資有限公司，蘭州 730000）

1 項(xiàng)目概況

S06 酒泉至嘉峪關(guān)繞城高速公路起點(diǎn)位于下官地北，與在建S65 公路以樞紐互通立交互相連接，經(jīng)過(guò)泥溝、斷山口、黃草營(yíng)、終點(diǎn)連接G30 連霍高速，路線總長(zhǎng)約58 km。本項(xiàng)目的建設(shè)是落實(shí)國(guó)家“一帶一路”倡議以及省道網(wǎng)規(guī)劃，完善區(qū)域路網(wǎng)結(jié)構(gòu)的需要。同時(shí)，本項(xiàng)目的基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化作為國(guó)家智慧公路發(fā)展的先期基礎(chǔ)，也為公司未來(lái)工程的數(shù)字化轉(zhuǎn)型奠定了新的基礎(chǔ)。

2 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及施工數(shù)字化應(yīng)用

基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及施工數(shù)字化是應(yīng)用三維實(shí)景技術(shù)、BIM 技術(shù)、高精度地圖，實(shí)現(xiàn)公路設(shè)計(jì)施工數(shù)字化、信息采集數(shù)字化、信息管理數(shù)字化，構(gòu)建公路動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)；對(duì)特殊路基、邊坡、橋梁、涵洞、隧道建立實(shí)時(shí)攝像傳輸系統(tǒng)、建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施智能壓力及其他性能監(jiān)測(cè)傳感網(wǎng)，提高交通基礎(chǔ)設(shè)施的安全性、交通分析能力、綜合感知能力，并且增強(qiáng)提前預(yù)警能力。

3 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及施工數(shù)字化的具體應(yīng)用

3.1 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)深化

在項(xiàng)目航測(cè)過(guò)程中，采用睿影RS-100 四旋翼無(wú)人機(jī)搭載RTK 測(cè)量?jī)x進(jìn)行傾斜攝影測(cè)量，獲取優(yōu)于0.05 m 地面分辨率的影像數(shù)據(jù)，再利用航攝資料制作實(shí)景三維模型。同時(shí)，生成數(shù)字高程模型、精細(xì)三維模型數(shù)據(jù)、正射影像[1]。

項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)自然條件復(fù)雜，環(huán)境保護(hù)要求高，沿線地形狹小，村莊分布較密，立交、服務(wù)區(qū)場(chǎng)地布設(shè)困難，設(shè)計(jì)精度要求高。

通過(guò)無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)獲取項(xiàng)目地形原始影像及GIS 數(shù)據(jù)，可以快速建立1∶2 000 的高精度真實(shí)地形模型，準(zhǔn)確、直觀地反映現(xiàn)場(chǎng)情況，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的局限性，為開展可視化征拆管理、道路選線、橋梁設(shè)計(jì)與布置、排水綠化等設(shè)計(jì)提供了可靠依據(jù)。再將地形模型與BIM 模型相互結(jié)合，可以迅速反映出建設(shè)項(xiàng)目對(duì)周邊環(huán)境的影響，為方案比選與路線選取提供了便捷有效的設(shè)計(jì)手段，提高了方案的可行性與科學(xué)性。

3.2 BIM模型建立

BIM 模型制作過(guò)程中，采用BentLey ORD 軟件創(chuàng)建高精度三維地形模型，確保建立工程坐標(biāo)系下的精細(xì)三維地形模型；利用BentLey OpenRoads Designer 軟件對(duì)路線平縱面、路面結(jié)構(gòu)、路基邊坡、排水、防護(hù)等建立三維模型。模型能準(zhǔn)確表達(dá)道路平面線位、線型的布設(shè)，縱斷面的高程信息，立交形式及匝道布置的空間關(guān)系，路基邊坡坡率及平臺(tái)高度，邊溝、排水溝設(shè)施的位置和尺寸等。利用Bentley MS 與OBM 軟件建立全線橋梁模型，橋梁模型包括橋梁上、下部結(jié)構(gòu)以及附屬設(shè)施的各類構(gòu)件，使用OBM 的模板編輯功能，創(chuàng)建橋梁各個(gè)構(gòu)件模板族庫(kù)。在建模過(guò)程中，所有構(gòu)件的尺寸參數(shù)均來(lái)源于設(shè)計(jì)圖紙，最大限度地保證了模型的精確性，利用Bentley AECOsim Building Designer 及Autodesk Revit 軟件對(duì)沿線收費(fèi)站、隧道管理站及養(yǎng)護(hù)工區(qū)等房建部分創(chuàng)建模型，渲染展示采用BentLey 渲染軟件和LumenRt 軟件進(jìn)行渲染制作，交通安全設(shè)施工程與綠化工程模型采用BentLey MS 軟件制作。最終創(chuàng)建包括路基工程、橋梁工程等多專業(yè)工程模型、其他附屬設(shè)施（含橋面鋪裝、護(hù)欄、排水系統(tǒng)、伸縮裝置等）以及交安設(shè)施（標(biāo)識(shí)標(biāo)牌、路面標(biāo)線和預(yù)留預(yù)埋等）的綜合協(xié)調(diào)、可視化BIM 模型，如圖1、圖2 所示。

圖1 可視化BIM模型1

圖2 可視化BIM模型2

3.3 可視化圖紙復(fù)核

傳統(tǒng)的二維圖紙一般不能完全詳細(xì)地反映公路設(shè)計(jì)的各個(gè)專業(yè)，不能檢測(cè)橋梁、隧道結(jié)構(gòu)中的鋼筋布置是否存在沖突，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上也難以避免存在一些問(wèn)題。

而公路工程施工流程復(fù)雜、數(shù)據(jù)信息量大、施工難度高、成本難以控制，在國(guó)家大力發(fā)展新基建的背景下，應(yīng)跟隨時(shí)代及產(chǎn)業(yè)變革的步伐，享受工程信息化所帶來(lái)的紅利[2]。

利用現(xiàn)有的BIM 技術(shù)，再根據(jù)公路施工圖設(shè)計(jì)文件，利用Bentley 軟件創(chuàng)建地形、路線、路面、路基、防護(hù)、排水、橋梁涵洞、隧道、交通工程、景觀綠化、房建等相關(guān)三維模型。在模型設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)根據(jù)圖紙上的尺寸、標(biāo)注、說(shuō)明等去建立模型，在建立過(guò)程中容易發(fā)現(xiàn)二維設(shè)計(jì)中一些空間沖突問(wèn)題，比如，鋼筋打架錯(cuò)位、標(biāo)注失誤等。因此，在建立模型的過(guò)程中相當(dāng)于對(duì)設(shè)計(jì)圖進(jìn)行了二次復(fù)核，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的差錯(cuò)、漏碰、橋梁凈空不足、橋墩布設(shè)位置不合理等問(wèn)題，同時(shí)，在建立模型時(shí)，可以及時(shí)與設(shè)計(jì)部門進(jìn)行溝通，從而減少設(shè)計(jì)變更，提高設(shè)計(jì)圖的交付效率，優(yōu)化設(shè)計(jì)質(zhì)量，從而減少由于施工協(xié)調(diào)及工藝方法造成的成本增加和工期延誤。

3.4 施工工藝模擬

通過(guò)BIM 模型能夠?qū)χ匾墓c(diǎn)、重難點(diǎn)施工工藝制作施工動(dòng)畫視頻，從而實(shí)現(xiàn)三維可視化的技術(shù)交底。在傳統(tǒng)的項(xiàng)目管理中，技術(shù)交底通常是以文字匯報(bào)的形式為主，施工管理人員以口頭形式向施工人員進(jìn)行講解。這樣的方法存在很大的弊端，因?yàn)椴煌墓芾砣藛T管理水平不盡相同，對(duì)同一道工序理解不同，口頭傳授會(huì)導(dǎo)致工人在理解時(shí)存在較大困難，從而導(dǎo)致施工安全和質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。另外，由于二維圖紙無(wú)法直接、生動(dòng)地向施工人員展示施工工藝與施工工序，會(huì)影響施工人員對(duì)施工要點(diǎn)和難點(diǎn)的掌握。而根據(jù)專項(xiàng)工程的特點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)安裝、加工制造等需求建立BIM 模型，結(jié)合施工工序與設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行重難點(diǎn)工程施工模擬，可實(shí)現(xiàn)可視化的施工技術(shù)方案交底，輔助構(gòu)件的生產(chǎn)和現(xiàn)場(chǎng)安裝，提高施工效率與施工質(zhì)量，避免窩工、返工，優(yōu)化施工方案。

基于超高精度三維模型，對(duì)重點(diǎn)工程的施工工序制作三維模擬動(dòng)畫指導(dǎo)施工，在三維可視化環(huán)境下將施工難點(diǎn)工序充分表達(dá)出來(lái)，有助于提高施工質(zhì)量。

3.5 建立項(xiàng)目GIS 數(shù)據(jù)云平臺(tái)

數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用還可以將項(xiàng)目全線區(qū)域范圍內(nèi)的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、傾斜攝影模型數(shù)據(jù)、BIM 模型數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、存儲(chǔ)，以一定的數(shù)據(jù)集合形式表述項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)的地理要素及環(huán)境特征；整合、管理產(chǎn)生的大量空間數(shù)據(jù)，創(chuàng)建項(xiàng)目區(qū)域GIS 數(shù)據(jù)庫(kù)，支持云端讀取數(shù)據(jù)信息；根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況，通過(guò)坐標(biāo)擬合各類GIS 數(shù)據(jù)、BIM 模型和傾斜攝影模型，編輯三維虛擬仿真環(huán)境，形成項(xiàng)目區(qū)域現(xiàn)場(chǎng)的真實(shí)三維場(chǎng)景；通過(guò)二、三維一體化技術(shù)及多種GIS 數(shù)據(jù)處理方式，最終將三維虛擬場(chǎng)景及GIS 空間數(shù)據(jù)發(fā)布在GIS 云服務(wù)器上，并通過(guò)各類數(shù)據(jù)接口協(xié)議讓其他系統(tǒng)訪問(wèn)讀取，提供各種GIS 空間計(jì)算和分析功能。

3.6 建立項(xiàng)目“BIM+GIS”的綜合管理平臺(tái)

隨著近年來(lái)BIM 技術(shù)在工程建設(shè)領(lǐng)域中的快速發(fā)展，參考“互聯(lián)網(wǎng)+”的思維模式和發(fā)展背景，依托物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、分布式存儲(chǔ)方案及智能分析、GIS 等現(xiàn)代信息技術(shù)，可以將BIM技術(shù)與其他技術(shù)進(jìn)行跨界融合，應(yīng)用于工程項(xiàng)目的綜合管理，搭建BIM+GIS 三維可視化綜合管理平臺(tái)。以三維GIS 環(huán)境以及BIM 模型為數(shù)據(jù)載體，在三維可視化平臺(tái)上進(jìn)行項(xiàng)目綜合管理，實(shí)現(xiàn)建設(shè)管理過(guò)程中的全景可視化、全生命期項(xiàng)目應(yīng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)管控、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新等需求。

BIM+GIS 三維可視化綜合管理平臺(tái)是BIM 技術(shù)和GIS技術(shù)的融合性體現(xiàn)，可以為項(xiàng)目管理中的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)提供一種全新的可視化、數(shù)字化、智能化、三維化的展示方案，同時(shí)，推進(jìn)工程管理從傳統(tǒng)的管理模式向現(xiàn)代化、智能化的管理模式邁進(jìn)，從而大大提高管理者的管理效率及協(xié)同辦公的能力，還能提升項(xiàng)目工程管理的及時(shí)性和有效性。

基于項(xiàng)目區(qū)域GIS 云服務(wù)平臺(tái)和BIM+GIS 的融合技術(shù)，搭建B/S 架構(gòu)的三維可視化項(xiàng)目管理展示系統(tǒng)，可以使用戶在無(wú)須安裝其他軟件或插件的情況下即可通過(guò)瀏覽器實(shí)現(xiàn)三維GIS 環(huán)境的高性能加載及渲染效果，可將場(chǎng)景內(nèi)的高精度BIM 模型或GIS 數(shù)據(jù)作為可視化的數(shù)據(jù)載體，支持多種三維模型的輕量化展示及空間點(diǎn)選查詢，模型掛接對(duì)應(yīng)圖紙等設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)信息，通過(guò)大數(shù)據(jù)分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)與施工業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)掛接。開發(fā)空間量測(cè)、區(qū)域標(biāo)注、屬性添加、地點(diǎn)規(guī)劃、征拆信息管理等GIS 應(yīng)用（見(jiàn)圖3）。

圖3 BIM+GIS 綜合管理平臺(tái)

4 結(jié)語(yǔ)

公路項(xiàng)目是由多個(gè)專業(yè)、多個(gè)進(jìn)程節(jié)點(diǎn)組成的，所以，需要各專業(yè)之間的相互配合、密切協(xié)作、協(xié)同發(fā)展。利用BIM+GIS 技術(shù)可得到一個(gè)與實(shí)際一致的全景展示平臺(tái)，由虛擬感知過(guò)渡到可視化呈現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目全生命周期各參與方、多專業(yè)之間的信息共享、協(xié)同工作和精細(xì)化的管理。工程項(xiàng)目對(duì)于BIM 技術(shù)的深度應(yīng)用，能讓參與各方更好地理解設(shè)計(jì)概念，共同解決設(shè)計(jì)問(wèn)題，從而提高設(shè)計(jì)效率，減少差錯(cuò)漏碰，提升各專業(yè)的協(xié)作質(zhì)量和效率，降低項(xiàng)目建設(shè)成本。雖然本項(xiàng)目只是做了部分?jǐn)?shù)字化協(xié)同，但交通領(lǐng)域方面的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的歷史進(jìn)程不可阻擋。