基于BIM技術(shù)的公路交通安全設(shè)施數(shù)據(jù)庫構(gòu)建分析

彭欣 龐聰 龍波 侯澤群

摘要：文章從公路交安工程設(shè)計(jì)的實(shí)際需求出發(fā)，以面向分類組件的參數(shù)化構(gòu)建為思路，結(jié)合BIM技術(shù)的優(yōu)勢和特點(diǎn)，分析基于BIM技術(shù)建立公路交通安全設(shè)施數(shù)據(jù)庫的思路和建議，旨在為公路交通領(lǐng)域BIM技術(shù)的應(yīng)用推廣及公路交安工程設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);公路交安工程;交通安全設(shè)施數(shù)據(jù)庫;構(gòu)建

Starting from the actual needs of highway traffic safety engineering design，with the parametric construction of classification components as the idea，and combining the advantages and characteristics of BIM technology，this article analyzes the ideas and suggestions of establishing the road traffic safety facilities database based on BIM technology，hoping to provide the reference for the application and promotion of BIM technology in highway traffic fields and for the design of highway traffic safety engineering.

BIM technology;Highway traffic safety project;Traffic safety facility database;Construction

0 引言

BIM（Building Information Modelling）技術(shù)以三維數(shù)字化技術(shù)為基礎(chǔ)，集成工程項(xiàng)目規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維各階段信息[1]。隨著BIM技術(shù)和軟件的不斷成熟，交通行業(yè)設(shè)計(jì)手段由二維向三維過渡是必然的趨勢。采用BIM技術(shù)，不僅意味著效率和質(zhì)量的提升，更重要的是設(shè)計(jì)方掌握了工程項(xiàng)目最核心的信息模型資源[2]。BIM技術(shù)的本質(zhì)是協(xié)同，其核心是信息傳遞，它以對象的各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎(chǔ)，通過數(shù)字信息仿真模擬對象所具有的真實(shí)信息。BIM技術(shù)的應(yīng)用將降低傳統(tǒng)信息傳遞間的斷層性和模糊性，減少各專業(yè)間、參與方之間的溝通屏障，打破“信息孤島”，解決信息丟失與信息誤解等問題。設(shè)計(jì)方將不再提供單一的工程設(shè)計(jì)服務(wù)，還可以在整個(gè)工程全壽命周期內(nèi)向各參與方提供服務(wù)與咨詢，使工程項(xiàng)目的潛在價(jià)值向設(shè)計(jì)階段前移[3]。

1 構(gòu)建基于BIM技術(shù)的交通安全設(shè)施數(shù)據(jù)庫的必要性分析

交通安全設(shè)施是保障公路交通安全、減少交通事故、引導(dǎo)駕駛特征的重要基礎(chǔ)設(shè)施，它是交通管理者與公路使用者交流介質(zhì)的重要組成部分，它的最終目的是保障公路交通安全，及時(shí)并有效地對公路使用者進(jìn)行引導(dǎo)[4]。

關(guān)于交安工程的設(shè)計(jì)，如EICAD、CARD/1、海地和路線大師等道路設(shè)計(jì)軟件都未考慮交通安全設(shè)施的系統(tǒng)開發(fā)，僅有緯地軟件開發(fā)有交通與安全工程設(shè)計(jì)系統(tǒng)（HintJT）。因此，緯地軟件全面的系統(tǒng)開發(fā)也使其成為國內(nèi)公路與交通工程勘察設(shè)計(jì)領(lǐng)域市場占有率最大的國產(chǎn)專業(yè)設(shè)計(jì)軟件，但其主要應(yīng)用于二維設(shè)計(jì)。目前大多數(shù)設(shè)計(jì)院關(guān)于交安工程的設(shè)計(jì)往往由專業(yè)設(shè)計(jì)人員利用CAD平臺依據(jù)路線資料進(jìn)行配置，并利用Excel進(jìn)行數(shù)量統(tǒng)計(jì)，單獨(dú)繪制設(shè)施大樣圖并逐步積累和更新，并沒有一個(gè)通用的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫來融合這些數(shù)量龐大的設(shè)施數(shù)據(jù)，從而造成對象信息難以實(shí)時(shí)共享和流暢傳遞，極易形成“信息孤島”，這也體現(xiàn)了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法所存在的不足。

因此，可將BIM技術(shù)應(yīng)用于交安工程設(shè)計(jì)中，利用一個(gè)通用數(shù)據(jù)庫來構(gòu)建匯總交安設(shè)施以滿足設(shè)計(jì)人員的使用需求;同時(shí)只需對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整和更新便可保證設(shè)施的有效性，高效優(yōu)化傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式;并利用BIM技術(shù)的可視性和模擬性優(yōu)勢，對公路全線進(jìn)行交安工程的三維可視化檢查，從駕駛員視角復(fù)核交通設(shè)施的引導(dǎo)效果和安全性能，加強(qiáng)各專業(yè)間的聯(lián)系和配合要求，對交安工程設(shè)計(jì)起到事半功倍的效果，而且可延伸至施工及運(yùn)維的全生命周期。目前，BIM技術(shù)的道路三維設(shè)計(jì)主要應(yīng)用平臺有Autodesk、Bentley、Dassault，但均未在交安工程方面進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)。因此基于BIM技術(shù)，并針對公路交通安全設(shè)施類，能為項(xiàng)目全生命周期服務(wù)且應(yīng)用參數(shù)化建立的交通安全設(shè)施BIM數(shù)據(jù)庫具有十分重大的意義（見圖1）。

2 基于BIM技術(shù)的公路交通安全設(shè)施信息模型數(shù)據(jù)庫的建立

為了給交安工程設(shè)計(jì)者打造一個(gè)良好的信息資源共享平臺，提高設(shè)計(jì)效能，筆者以交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)的實(shí)際需求為出發(fā)點(diǎn)，構(gòu)思和探討如何建立基于BIM技術(shù)的公路交通安全設(shè)施信息模型數(shù)據(jù)庫，滿足公路項(xiàng)目全生命周期中專業(yè)技術(shù)人員對于交通標(biāo)志、標(biāo)線、防撞設(shè)施、隔離柵等交安設(shè)施的需求;同時(shí)利用BIM技術(shù)的模型信息化、可視化、協(xié)同化及模擬性等優(yōu)勢，使得構(gòu)建設(shè)施具有可計(jì)量、仿真模擬、減少錯(cuò)漏等特點(diǎn)，滿足數(shù)量統(tǒng)計(jì)和模擬檢查等需求。因此，基于BIM技術(shù)的公路交通安全設(shè)施構(gòu)件數(shù)據(jù)庫是BIM技術(shù)在公路交安工程中成功應(yīng)用的關(guān)鍵。交通安全設(shè)施由多類對象組成，且對應(yīng)不同等級公路應(yīng)具有不同屬性的區(qū)別。各類設(shè)施模型的構(gòu)建以面向組件的方法，利用三維參數(shù)化思路進(jìn)行建模，構(gòu)件信息應(yīng)科學(xué)且具有規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化，同時(shí)滿足后期不斷完善的可拓展需求。平臺選擇可通過Bentley貫穿交通行業(yè)的OpenRoads技術(shù)進(jìn)行交通安全設(shè)施數(shù)據(jù)庫模塊開發(fā)，實(shí)現(xiàn)交通BIM技術(shù)的地形、道路、交通正向設(shè)計(jì)解決方案，并實(shí)現(xiàn)專業(yè)間數(shù)據(jù)共享。

2.1 交通安全設(shè)施數(shù)據(jù)庫的樹形分類

數(shù)據(jù)庫的成功構(gòu)建首要的即是面向?qū)ο蟮挠行Х诸悺＝煌ò踩O(shè)施數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建應(yīng)從公路等級、設(shè)施內(nèi)容、組件構(gòu)成等進(jìn)行樹形分類。公路分為高速、一級、二級、三級及四級公路;交通安全設(shè)施主要由交通標(biāo)志、交通標(biāo)線、護(hù)欄和欄桿、隔離柵、視線誘導(dǎo)設(shè)施、防眩設(shè)施、其他交通安全設(shè)施等部分構(gòu)成，其中以交通標(biāo)志為例又包含版面設(shè)計(jì)、支撐方式、桿件結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)分析及施工工藝等要求。從公路等級到對應(yīng)的設(shè)施構(gòu)件都需要進(jìn)行逐級細(xì)分，保證數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)性和條理性（見下頁圖2）。

2.2 面向組件的參數(shù)化構(gòu)建

公路交通安全設(shè)施的分類多樣性意味著BIM數(shù)據(jù)信息量之大，應(yīng)通過科學(xué)高效的方式將設(shè)施信息進(jìn)行構(gòu)建編碼并滿足規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化的要求，便于交通設(shè)計(jì)者的使用。筆者認(rèn)為采用面向組件的構(gòu)建方法將具有靈活的可分解性和擴(kuò)充性，采用從總到分的順序?qū)⒃O(shè)施分解為若干個(gè)獨(dú)立模型，形成可組裝、拆卸的單元構(gòu)件，將構(gòu)件特性進(jìn)行數(shù)學(xué)描述，參數(shù)化構(gòu)建，從而獲得實(shí)體化模型。每一種設(shè)施可作為一個(gè)基本單元構(gòu)件，具有信息的獨(dú)立性和唯一性。每一種設(shè)施的標(biāo)準(zhǔn)化信息主要包含對象屬性、幾何尺寸、材料屬性等幾何特征參數(shù)和非幾何特征參數(shù)。交通安全設(shè)施構(gòu)件即為數(shù)據(jù)庫的基本單元（見圖3）。

2.3 基于Bentley平臺數(shù)據(jù)庫的信息標(biāo)準(zhǔn)化和可拓展性

根據(jù)交安設(shè)施的基礎(chǔ)信息進(jìn)行規(guī)范化整理是數(shù)據(jù)庫開發(fā)的基礎(chǔ)要求之一，而開放性和可拓展性是保證數(shù)據(jù)庫持續(xù)更新和改進(jìn)的基本要求，從而達(dá)到公路交通安全設(shè)施BIM數(shù)據(jù)庫不斷完善的目的。利用Bentley的MS平臺對數(shù)據(jù)庫分類，構(gòu)建大部分常用交通安全設(shè)施庫，讓設(shè)計(jì)者可直接進(jìn)行調(diào)用;同時(shí)基于OpenRoads技術(shù)開發(fā)數(shù)據(jù)庫模塊進(jìn)行設(shè)施參數(shù)化建模，實(shí)體化交安設(shè)施;利用OpenRoads Designer軟件進(jìn)行可視化核查，通過Navigator軟件對設(shè)施構(gòu)建的錯(cuò)、漏、碰、缺等進(jìn)行有效復(fù)核，規(guī)避各類潛在問題，確定設(shè)施各構(gòu)件尺寸是否存在矛盾、沖突的情況，從設(shè)計(jì)的源頭保證工程質(zhì)量，減少施工過程中的變更，確保施工順利進(jìn)行（見圖4）。

3 基于BIM數(shù)據(jù)庫的公路交通安全設(shè)施應(yīng)用分析

3.1 提高設(shè)計(jì)效率

交安工程作為公路設(shè)計(jì)中的重要部分，與其他專業(yè)間的配合與協(xié)調(diào)將直接影響總體設(shè)計(jì)質(zhì)量和進(jìn)度。BIM技術(shù)的本質(zhì)即是以三維環(huán)境為驅(qū)動(dòng)的模型信息化傳遞，在協(xié)同設(shè)計(jì)平臺上，基于道路、橋梁、隧道等三維模型進(jìn)行交安工程設(shè)計(jì)，直接利用公路交通安全設(shè)施數(shù)據(jù)庫進(jìn)行設(shè)施調(diào)用或參數(shù)化設(shè)計(jì)，實(shí)時(shí)增加、刪除、調(diào)整、構(gòu)建各類交安設(shè)施，并直接存儲于協(xié)同設(shè)計(jì)平臺。當(dāng)某個(gè)專業(yè)進(jìn)行設(shè)計(jì)修改，各專業(yè)間的設(shè)計(jì)過程和成果將直接在總體BIM模型上顯示，實(shí)現(xiàn)了信息交互，能及時(shí)地對交安工程進(jìn)行調(diào)整修改，無需對設(shè)施進(jìn)行單獨(dú)建模，提升了設(shè)計(jì)效能（見圖5）。

3.2 設(shè)計(jì)可視化出圖

傳統(tǒng)的二維圖紙因其局限性和片面性特點(diǎn)無法直觀、準(zhǔn)確地反映設(shè)計(jì)者的所有意圖。一個(gè)標(biāo)志牌通常都需要從標(biāo)牌到桿件繪制多張不同的構(gòu)造圖，且容易造成尺寸信息的錯(cuò)誤，這種錯(cuò)誤往往難以被檢查發(fā)現(xiàn)，造成施工階段的材料浪費(fèi)。

以建立精細(xì)化的龍門架標(biāo)志BIM模型為例，基于BIM的可視化和碰撞檢查技術(shù)，以任意面剖切投影為基礎(chǔ)，補(bǔ)充標(biāo)注和相關(guān)細(xì)節(jié)信息即得到詳細(xì)設(shè)計(jì)圖，生成圖紙比人工根據(jù)平面投影關(guān)系手繪的更加準(zhǔn)確便利[3]（見圖6）。

3.3 三維可視化及施工仿真模擬設(shè)計(jì)交底

BIM技術(shù)作為一種可視化程度很高的工具，包含了對象的幾何、物理、功能等信息，加上集成各類模擬分析軟件，將極大擴(kuò)展可視化模擬表現(xiàn)力[5]。通過交安設(shè)施BIM數(shù)據(jù)庫在協(xié)同平臺的總體模型上進(jìn)行交安工程設(shè)計(jì)，完成后可采用BIM可視化模擬系統(tǒng)以使用者角度直觀地進(jìn)行檢查，這樣可使交安工程設(shè)計(jì)從傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)槿S模擬設(shè)計(jì)，從枯燥單調(diào)的檢查方式轉(zhuǎn)變?yōu)樯鷦?dòng)活潑的實(shí)景模擬檢查方式（見圖7）。

為避免在傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)交底過程中信息丟失及因不同專業(yè)知識背景而造成的信息失誤，交安設(shè)施BIM數(shù)據(jù)庫通過建立數(shù)字化的參數(shù)模型，將項(xiàng)目相關(guān)信息服務(wù)于項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營全階段?；诰哂型陚錁?gòu)造信息的BIM模型，設(shè)計(jì)方可利用BIM技術(shù)的可視化優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行三維設(shè)計(jì)交底，不僅在設(shè)計(jì)過程中可以避免信息的丟失，而且在向施工人員進(jìn)行交底的時(shí)候可以保證信息的完整性和準(zhǔn)確性，從而確保工程的質(zhì)量。

在三維模型的基礎(chǔ)上若加入時(shí)間因子，則可拓展為4D模型，從而進(jìn)行施工工序仿真模擬。在可視化設(shè)計(jì)交底的基礎(chǔ)上增加施工工序模擬，能更為直觀、生動(dòng)地傳遞設(shè)計(jì)思路，加強(qiáng)各參建方的溝通協(xié)調(diào)，對保證項(xiàng)目的品質(zhì)具有十分重大的意義。

4 結(jié)語

本文基于BIM技術(shù)，思考傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)中關(guān)于交安工程部分設(shè)計(jì)的不足與缺陷，提出建立公路交通安全設(shè)施BIM數(shù)據(jù)庫的構(gòu)想，將BIM技術(shù)的優(yōu)勢和特點(diǎn)應(yīng)用于交安工程，以期為交安工程設(shè)計(jì)者們提供更為專業(yè)的全過程信息技術(shù)服務(wù)。

通過對公路交通安全設(shè)施BIM數(shù)據(jù)庫的思路構(gòu)架及應(yīng)用進(jìn)行分析，突出了BIM技術(shù)的參數(shù)化、可視化、協(xié)同性、仿真性、模擬性等優(yōu)勢?；贐IM技術(shù)的公路交通安全設(shè)施數(shù)據(jù)庫資源的合理管理和利用將大幅提高設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量。雖然數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建將是一項(xiàng)巨大、復(fù)雜、持續(xù)的工程，但對于交安工程設(shè)計(jì)而言具有十分重要的實(shí)用意義。

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