基于BIM 技術(shù)的公路勘察設(shè)計品質(zhì)提升方法研究

龍小林

（貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院股份有限公司，貴州 貴陽 550000）

勘察設(shè)計工作是公路工程建設(shè)過程中非常重要的環(huán)節(jié)，準確直觀的勘察成果是保障工程建設(shè)質(zhì)量以及安全性的前提。目前公路勘察設(shè)計的結(jié)果往往是以二維圖紙的形式呈現(xiàn)，不夠直觀。為了使得公路勘察設(shè)計成果可讀性更強，采用現(xiàn)代化的建筑信息模型技術(shù)（BIM 技術(shù)）十分有必要的。BIM 技術(shù)是一種新的工程建設(shè)理念，在建筑工程方面應(yīng)用較多，但在公路勘察設(shè)計領(lǐng)域的應(yīng)用才逐漸起步，且在實際應(yīng)用中仍然存在很多的問題。比如缺乏公路勘察設(shè)計所需要的完整系統(tǒng)框架、缺乏適用于現(xiàn)場作業(yè)流程的落地解決方案等，這就使得BIM 技術(shù)的數(shù)字化協(xié)同管理思想并未能夠在公路勘察設(shè)計充分體現(xiàn)出來。近年來，國內(nèi)相關(guān)學(xué)者針對BIM 技術(shù)在公路勘察設(shè)計的應(yīng)用提出了部分解決方案，但是這些方案僅僅處于構(gòu)思階段，并未能產(chǎn)生實際的效益。因此，研究BIM 理念在提升公路勘察設(shè)計質(zhì)量方面的應(yīng)用具有十分重大的意義。

1 公路勘察設(shè)計方法及存在的問題

目前，國內(nèi)的公路勘察設(shè)計是分階段進行的。在項目的可行性研究的階段，需要盡可能地收集該區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造、水文、巖性、地震等資料，尤其應(yīng)當格外注意特殊地質(zhì)構(gòu)造相關(guān)資料的收集。對此可以利用GIS 的手段，采集該區(qū)域的整體地貌情況，對整體有一個直觀的了解。在勘察的過程中以測繪與地質(zhì)調(diào)查為主，查明對路線有較大影響的地質(zhì)問題，對這些地質(zhì)問題進行綜合的評估，對嚴重不良地段選擇繞道避讓，以此來減少不良地段對路線的影響，減少不必要的麻煩；在初步設(shè)計階段，路線的大致走向已經(jīng)基本確定，主要的工作就是路線的對比選擇，選擇最優(yōu)的路線方案，在此階段可以配合鉆探和物探手段，查明不同設(shè)計方案存在的不良地質(zhì)地段。對于已然形成的滑坡體，分析其穩(wěn)定性以及滑坡規(guī)模的大小，針對特別重大的地質(zhì)災(zāi)害體遵循盡量避讓的原則。對地質(zhì)災(zāi)害的處治原則就是以防為主，治理為輔；進入施工圖設(shè)計階段后，主要的手段就是鉆探及物探，同時還需要進行一系列的土工試驗和水文試驗，查明巖土體的厚度、物理力學(xué)參數(shù)、巖土體的分布狀況以及地下水的發(fā)育及流向。對邊坡的開挖進行一定的預(yù)估，進行穩(wěn)定性的分析，并提出合理的加固建議。

公路勘察設(shè)計存在的主要問題有以下幾個方面：（1）管理缺乏協(xié)同性。針對同一公路工程項目，如果在遇到某些突發(fā)性問題時，勘察單位與設(shè)計單位之間缺乏協(xié)同性會導(dǎo)致相關(guān)信息出現(xiàn)誤差，進而對問題的處理結(jié)果出現(xiàn)一定程度的干擾。（2）信息缺乏時效性。公路勘察設(shè)計階段涉及的鉆孔、材料等費用計算結(jié)果一般會受到等各種外界因素影響，這就使得材料指導(dǎo)價格和材料市場價格可能出現(xiàn)較大的偏差，使得我國傳統(tǒng)公路工程勘察設(shè)計過程中的造價信息與實際情況存在一定的差距。（3）勘察設(shè)計成果共享性差。公路勘察設(shè)計工作繁瑣，各參建單位之間往往可能出現(xiàn)建設(shè)信息混亂、信息傳遞不暢等問題，從而引起勘察設(shè)計成果不能得到及時溝通，影響了公路工程建設(shè)質(zhì)量。

2 公路勘察設(shè)計領(lǐng)域的BIM 軟件系統(tǒng)

公路工程建設(shè)項目較為復(fù)雜，故在勘察設(shè)計階段采用BIM 技術(shù)不可能依靠一個軟件來實現(xiàn)，需要多種軟件和互相配合操作，形成以建模軟件為核心的BIM 軟件系統(tǒng)（見圖1）。BIM 建模軟件必須有開放性的數(shù)據(jù)接口，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入輸出，能確保其他軟件從三維模型中提取信息，從而保證模型信息的可重復(fù)使用性和一致性。

圖1 公路勘察設(shè)計BIM 建模系統(tǒng)

選擇BIM 軟件平臺，首先要選擇建模軟件，大部分BIM 建模軟件都有相配套的輔助軟件或插件。目前工程項目建設(shè)過程中使用的主流BIM 服務(wù)平臺主要有Autodesk、Graph soft 以及Bentley 等。經(jīng)過調(diào)研分析可知，Autodesk 平臺軟件的界面較為友好、開放程度大，且該平臺能很好地適應(yīng)國內(nèi)的設(shè)計環(huán)境。因此，在進行公路勘察設(shè)計時可以選擇Autodesk 平臺來開展三維地質(zhì)建模。與此同時，公路勘察設(shè)計是一項特殊的作業(yè)，它不僅屬于道路工程的范疇，還屬于建筑物范疇，需要從Autodesk 平臺眾多軟件挑選一種合適的軟件。Revit 軟件主要用于建筑項目的設(shè)計施工，Civil 3D 可用于交通項目、水利項目的建設(shè)，InfraWorks 用于真實自然環(huán)境背景下對基礎(chǔ)設(shè)施項目進行概念構(gòu)思、優(yōu)化和生成視覺效果。經(jīng)過一系列的評估，在公路勘察設(shè)計建模時可以選擇選擇忽略其結(jié)構(gòu)功能，采用Civil 3D 軟件建模，采用InfraWorks 軟件三維可視化展示設(shè)計方案。

3 BIM 技術(shù)在公路勘察設(shè)計中的應(yīng)用優(yōu)勢

BIM（Building Information Modeling）技術(shù)的核心是將建設(shè)工程項目信息化、模型化，公路勘察設(shè)計過程中使用BIM 技術(shù)能夠充分了解到該工程的詳細信息，進而全方位、多角度、立體化的展現(xiàn)公路勘察設(shè)計過程中的各個環(huán)節(jié)，并有效提高公路工程建設(shè)水平。

BIM 技術(shù)應(yīng)用在公路勘察設(shè)計過程中能明顯的提高勘察設(shè)計質(zhì)量，其優(yōu)勢主要有完備性、關(guān)聯(lián)性以及可視化等方面。

（1）完備性。公路勘察設(shè)計過程中在應(yīng)用BIM 技術(shù)時，為了使信息儲備更加全面，除了常規(guī)應(yīng)用的幾何信息之外，還可以增加地質(zhì)模型、鉆孔位置及水位線等工程信息。

（2）關(guān)聯(lián)性。BIM 技術(shù)能夠有效關(guān)聯(lián)公路勘察設(shè)計各個階段的相關(guān)信息，通過BIM 技術(shù)可以減少信息重復(fù)導(dǎo)入，從而降低了信息的重復(fù)率，也就可以避免信息的分歧。并且在該模型中，某一項信息數(shù)據(jù)出現(xiàn)問題或者被修改之后，在后臺與之相關(guān)聯(lián)的信息也會進行自動更新，進而形成新的關(guān)系網(wǎng)。

（3）可視化。可視化是BIM 技術(shù)最為重要的一個特點，與以往的平面圖紙設(shè)計方式不同，BIM 技術(shù)利用先進的計算機設(shè)備，在對線條整合之后，能夠形成直觀的三維模式圖。在進行公路勘察設(shè)計時，這一特點不僅能夠發(fā)揮可視化的便利條件，還可以在后續(xù)運營中便利工作人員互相溝通交流，提升其商業(yè)價值與應(yīng)用價值。

4 BIM 技術(shù)在公路勘察設(shè)計品質(zhì)提升中的應(yīng)用

4.1 三維地質(zhì)模型建立

公路工程項目一般呈帶狀分布，與沿線的地質(zhì)、水文、地形等空間地理信息密切相關(guān)，且地理信息的變化都會引起路線、橋位等設(shè)計方案的重大調(diào)整。因此，BIM 理念應(yīng)用在公路勘察設(shè)計中，建立三維地質(zhì)建模，各專業(yè)之間進行協(xié)同工作是十分重要的。三維地質(zhì)模型可以表現(xiàn)真實地質(zhì)環(huán)境，并將地質(zhì)分層級構(gòu)造，這樣有利于制定科學(xué)的施工方案，減少工程風(fēng)險。

本文對某公路工程的勘察成果可視化展開了探討，該工程共有198 個鉆孔，將鉆孔信息導(dǎo)入BIM 軟件，并利用每個鉆孔的坐標和高程信息繪制出其地質(zhì)輪廓（見圖2）。與傳統(tǒng)的二維地質(zhì)剖面圖和斷面圖相比，三維地質(zhì)圖更加形象，可以用不同的顏色表示不同的地層，可以從任意的角度來查看土質(zhì)、土層厚度和連續(xù)情況，從而實現(xiàn)了公路工程勘察地層信息的可視化。

4.2 地質(zhì)模型信息化

利用BIM 技術(shù)還可以將地層的參數(shù)信息儲存，并隨時讀取。BIM 模型是將各土層的所有參數(shù)融合在一個模型。設(shè)計人員沒有必要在地質(zhì)剖面圖、平面圖及表格之間循環(huán)切換來讀取參數(shù)，這在很大程度上提高了工作效率，減少了出錯的可能性，同時為減小工程建設(shè)風(fēng)險打下了堅實的基礎(chǔ)。

圖2 某公路工程數(shù)字化三維地質(zhì)模型

4.3 設(shè)計方案快速比選

公路勘察設(shè)計階段往往要涉及到不同專業(yè)和部門，各部門關(guān)注點不同，溝通難度大。BIM 技術(shù)具有三維可視化的特征，能與信息數(shù)據(jù)庫高度集成。在公路工程的勘察設(shè)計階段，能夠利用BIM 技術(shù)構(gòu)件區(qū)域路網(wǎng)、社會經(jīng)濟、地理環(huán)境等信息構(gòu)成的虛擬社會，并調(diào)整其發(fā)展因子，進行可視化的虛擬仿真模擬來確定具體的公路的勘察設(shè)計方案。與此同時，通過公路工程的三維信息模型（見圖3），項目各參建方和相關(guān)專家能夠更直觀看到沿線各種建設(shè)條件、建設(shè)方案及建成后的效果，提高設(shè)計方案比選論證效率。

圖3 公路設(shè)計方案快速比選

5 結(jié)束語

本文深入探討了基于BIM 技術(shù)的公路勘察設(shè)計品質(zhì)提升應(yīng)用方法，主要得到以下幾個方面的結(jié)論：（1）公路勘察設(shè)計存在的主要問題有管理缺乏協(xié)同性、信息缺乏時效性、勘察設(shè)計成果共享性差等方面；（2）BIM 技術(shù)在公路勘察設(shè)計過程中能明顯提高勘察設(shè)計表達效果與品質(zhì)，其優(yōu)勢主要有完備性、關(guān)聯(lián)性、可視化等方面；（3）BIM 技術(shù)還可以將地層的參數(shù)信息儲存，并隨時讀取，同時項目各參建方能夠更直觀地看到沿線各種建設(shè)條件，高效的開展設(shè)計方案比選。此外，由于受到研發(fā)水平的限制，目前將BIM 技術(shù)廣泛用于公路勘察設(shè)計過程中仍有一定的困難，但是將BIM 理念應(yīng)用于公路工程勘察設(shè)計中必將成為一種趨勢。