BIM技術(shù)在農(nóng)村路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

李會(huì)玲

建筑信息模型（Building Information Modeling，以下簡(jiǎn)稱BIM）技術(shù)是基于現(xiàn)代信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展融合而成的建筑信息應(yīng)用技術(shù)，利用數(shù)字技術(shù)存儲(chǔ)和傳遞建筑結(jié)構(gòu)和構(gòu)造特征，并以3D模式直觀表述，實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)、運(yùn)營(yíng)管理信息傳遞共享和工作協(xié)同，促進(jìn)工程建設(shè)項(xiàng)目全程信息化。2015年交通運(yùn)輸部制定了《關(guān)于推進(jìn)“四好農(nóng)村路”建設(shè)的意見(jiàn)》，在全國(guó)組織開(kāi)展以建好、管好、護(hù)好、運(yùn)營(yíng)好農(nóng)村公路為主要內(nèi)容的“四好農(nóng)村路”建設(shè)，對(duì)于農(nóng)村路的建、管、養(yǎng)、運(yùn)分別提出了較高的要求，其中最為基礎(chǔ)的是建設(shè)好，建設(shè)好的基礎(chǔ)是設(shè)計(jì)好。截止2020年，BIM技術(shù)已經(jīng)在多條高速公路的前期設(shè)計(jì)進(jìn)行了應(yīng)用，但是農(nóng)村路建設(shè)的前期設(shè)計(jì)工作，數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用程度相對(duì)較低，基礎(chǔ)工程數(shù)據(jù)建立的完整性和準(zhǔn)確性都較差，對(duì)于高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)四好農(nóng)村路的關(guān)鍵在于設(shè)計(jì)階段運(yùn)用BIM技術(shù)的應(yīng)用，建立相對(duì)完整的工程數(shù)據(jù)模型，同時(shí)也是整個(gè)四好農(nóng)村路建設(shè)項(xiàng)目全程信息化的基礎(chǔ)。

BIM技術(shù)在農(nóng)村路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用程度較低，主要是由于農(nóng)村路設(shè)計(jì)的特點(diǎn)決定，農(nóng)村路設(shè)計(jì)一般是按照行政區(qū)域，分年度分批次打包給中小設(shè)計(jì)院，每個(gè)項(xiàng)目包所包含的路線很多，一般一個(gè)批次會(huì)包含50條左右，牽涉的主管單位比較多，如縣交通局、地管所、鄉(xiāng)鎮(zhèn)主管領(lǐng)導(dǎo)甚至到村一級(jí)領(lǐng)導(dǎo)，項(xiàng)目起終點(diǎn)，途經(jīng)點(diǎn)的梳理相對(duì)重要，稍有不慎容易重復(fù)、缺漏等，工作量大。同時(shí)由于農(nóng)村路造價(jià)相對(duì)較低，所以設(shè)計(jì)取費(fèi)也就很低，整個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)成本預(yù)算有限，不利于BIM技術(shù)在農(nóng)村路設(shè)計(jì)中推廣應(yīng)用。本文通過(guò)江西一批農(nóng)村路設(shè)計(jì)中使用《公路工程BIM設(shè)計(jì)系統(tǒng)》進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，并且三維成果交付的應(yīng)用實(shí)例，為BIM技術(shù)在四好農(nóng)村路建設(shè)中的應(yīng)用，探索一條切實(shí)可行的道路。

一、軟件準(zhǔn)備

BIM技術(shù)的應(yīng)用，第一步是BIM軟件的選取，有了軟件的支持，才是BIM技術(shù)在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用的基礎(chǔ)。目前國(guó)內(nèi)公路行業(yè)BIM應(yīng)用類軟件不多，多數(shù)是以國(guó)外繪圖平臺(tái)為基礎(chǔ)進(jìn)行的二次開(kāi)發(fā)，通用性較好但專業(yè)性相對(duì)較差，上手操作難度較大，建模效率較低，實(shí)際應(yīng)用成本高、周期長(zhǎng)，不符合農(nóng)村路設(shè)計(jì)的需求。近期同豪土木推出的一款《公路工程BIM設(shè)計(jì)系統(tǒng)》是一款專門針對(duì)我國(guó)公路設(shè)計(jì)的BIM軟件，采用的是自主研發(fā)的平臺(tái)，目前在免費(fèi)試用階段。該軟件包含總體設(shè)計(jì)子系統(tǒng)、路基設(shè)計(jì)子系統(tǒng)、橋梁設(shè)計(jì)子系統(tǒng)、涵洞設(shè)計(jì)子系統(tǒng)、隧道設(shè)計(jì)子系統(tǒng)、交安設(shè)計(jì)子系統(tǒng)、電子沙盤子系統(tǒng)、資料管理子系統(tǒng)、工程造價(jià)子系統(tǒng)等九個(gè)子系統(tǒng)，涵蓋了公路設(shè)計(jì)的所有專業(yè)。

其中總體設(shè)計(jì)子系統(tǒng)可以完成總體路線專業(yè)從方案研究到施工圖設(shè)計(jì)的全部設(shè)計(jì)工作。在進(jìn)行平面設(shè)計(jì)、縱斷面設(shè)計(jì)及超高加寬設(shè)計(jì)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)結(jié)合最新規(guī)范并輔以智能的分析計(jì)算，實(shí)時(shí)對(duì)用戶進(jìn)行提醒。實(shí)現(xiàn)了橋梁、隧道、邊坡等構(gòu)造物的三維模型快速生成，工程數(shù)量實(shí)時(shí)提取，同時(shí)支持多路線間的方案比選。設(shè)計(jì)人員能輕松、快速擬定出合理的方案。方案確定后，一鍵輸出二維、三維成果，使設(shè)計(jì)人員從繁瑣的繪圖工作中解放出來(lái)，將更多精力投入到對(duì)方案的研究上，是提高設(shè)計(jì)效率的利器。由于該款軟件是針對(duì)公路工程設(shè)計(jì)的專業(yè)軟件，所以其設(shè)計(jì)效率和上手程度都要優(yōu)于目前其他幾個(gè)國(guó)外平臺(tái)的軟件。

本項(xiàng)目的實(shí)施應(yīng)用，還融合了無(wú)人機(jī)技術(shù)及傾斜攝影技術(shù)，隨著我國(guó)無(wú)人機(jī)領(lǐng)域的快速發(fā)展，無(wú)人機(jī)航飛成本大幅下降，目前基本達(dá)到了普及的水平，利用用無(wú)人機(jī)+傾斜攝影的方式，可以輕松的獲得路線走廊帶的高清影像，經(jīng)過(guò)實(shí)測(cè)，高清影像的平面和高程精度，基本滿足公路工程設(shè)計(jì)的要求，這為快速獲取高清影像，代替費(fèi)時(shí)費(fèi)力的傳統(tǒng)測(cè)量工作，成為可能。無(wú)人機(jī)航飛成果的處理，本次采用ContextCapturer軟件，這是一款實(shí)景建模軟件，是Bentley公司于2015年收購(gòu)的法國(guó)Acute3D公司的產(chǎn)品，在同等條件下，實(shí)景建模軟件ContextCapture提供的模型數(shù)據(jù)量只是同類系統(tǒng)系統(tǒng)的大概1/4的數(shù)據(jù)量。之所有能達(dá)到這樣的效果是因?yàn)?，在ContextCapture中對(duì)算法進(jìn)行了優(yōu)化，這樣的數(shù)據(jù)承載量，可以降低對(duì)硬件的要求，同時(shí)運(yùn)算的效率更高，同時(shí)，結(jié)合ContextCapture多任務(wù)并行處理的架構(gòu)，會(huì)大大提供應(yīng)用的效率，適合批量農(nóng)村路設(shè)計(jì)中大量航飛數(shù)據(jù)的處理，同時(shí)也支持導(dǎo)出《公路工程BIM設(shè)計(jì)系統(tǒng)》所支持的數(shù)據(jù)格式。

二、應(yīng)用BIM技術(shù)后，農(nóng)村公路設(shè)計(jì)的流程

流程：

1.用《公路工程BIM設(shè)計(jì)系統(tǒng)》資料子系統(tǒng)，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)跑點(diǎn)，確定路線起終點(diǎn)，使用GPS軌跡記錄路線走向，同時(shí)對(duì)于路線途徑的關(guān)鍵控制點(diǎn)進(jìn)行采集，采集方式使用照片、視頻、語(yǔ)音等多媒體手段，并自動(dòng)歸類整理;

2.用資料系統(tǒng)記錄的GPS軌跡，在衛(wèi)星圖片環(huán)境中找業(yè)主確定路線的起終點(diǎn)及路線走向，并展示對(duì)路線有影響的控制因素，大致確定路線方案;

3.根據(jù)確定的路線方案，利用無(wú)人機(jī)+傾斜攝影技術(shù)沿線進(jìn)行飛圖;

4.航飛成果導(dǎo)出后采用ContextCapture Center Master軟件（簡(jiǎn)稱CC），處理成osgb格式的三維成果;

5.將osgb格式的三維成果導(dǎo)入《公路工程BIM設(shè)計(jì)系統(tǒng)》總體子系統(tǒng)，構(gòu)建三維實(shí)景環(huán)境，在三維環(huán)境中直接提取坐標(biāo)、高程等設(shè)計(jì)基礎(chǔ)資料，進(jìn)行路線方案詳細(xì)設(shè)計(jì);

6.路線方案設(shè)計(jì)完成后，可在總體系統(tǒng)中以三維實(shí)景的方式進(jìn)行匯報(bào)，匯報(bào)過(guò)程中可以自動(dòng)生成三維漫游影像，已實(shí)景漫游的形式，確定路線方案;

7.方案確定后，路基、橋涵所需高程信息直接在數(shù)模上獲取，進(jìn)行專業(yè)設(shè)計(jì);

8.設(shè)計(jì)完成后，航飛成果轉(zhuǎn)為正射影像作為底圖導(dǎo)出，所有專業(yè)支持自動(dòng)出圖，并整理成冊(cè)，模型數(shù)據(jù)可多種格式導(dǎo)出，為下游環(huán)節(jié)傳遞和共享BIM數(shù)據(jù)。

優(yōu)點(diǎn)：

1.用資料系統(tǒng)調(diào)查完，所有路線的起終點(diǎn)，途經(jīng)點(diǎn)等特征點(diǎn)包括現(xiàn)場(chǎng)照片都自動(dòng)整理，直接導(dǎo)出表格，拿去找業(yè)主簽字，那就可以大幅提高效率，而且也能避免重復(fù)、遺漏、起終點(diǎn)理解不準(zhǔn)確、資料傳遞出現(xiàn)錯(cuò)誤等;尤其適合于路線較多且短的農(nóng)村路項(xiàng)目;

2.提高地形測(cè)量效率，節(jié)省傳統(tǒng)地形圖測(cè)量的時(shí)間與成本;

3.降低成本。將傳統(tǒng)的實(shí)地測(cè)量橫地面線，改為三維數(shù)模上由程序自動(dòng)剖切橫地面線，三維地模導(dǎo)入公路BIM系統(tǒng)，直接設(shè)計(jì)，不用生成地形圖。

4.提高質(zhì)量。在實(shí)景數(shù)模環(huán)境下，控制因素直觀、豐富，確定路線方案更加合理，借助于BIM設(shè)計(jì)軟件，實(shí)時(shí)生成設(shè)計(jì)模型，整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程就是虛擬建造的過(guò)程，項(xiàng)目建成后對(duì)環(huán)境的影響，一目了然，大大提高了設(shè)計(jì)成果的質(zhì)量。

5.設(shè)計(jì)成果以三維的形式展示，配合高清正射圖，使方案匯報(bào)以一種全新的方式，輕松完成。

6.出圖圖面整潔統(tǒng)一，自動(dòng)成冊(cè)效率高。

本項(xiàng)目共涉及5個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，28條道路，共計(jì)里程68.004km。整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程用了50天完成，由于BIM技術(shù)的應(yīng)用，設(shè)計(jì)流程大大簡(jiǎn)化，設(shè)計(jì)成本和周期略有降低，但是設(shè)計(jì)質(zhì)量和效果有了較大的提升，整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程可隨時(shí)將設(shè)計(jì)方案以三維表達(dá)的形式展現(xiàn)給業(yè)主，使設(shè)計(jì)方案確認(rèn)環(huán)節(jié)的溝通效率大大提升，還同時(shí)降低了業(yè)主決策的難度，使整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程更加順暢。隨平面圖紙一同提交的三維模型數(shù)據(jù)，為BIM技術(shù)在農(nóng)村路的施工、管養(yǎng)和運(yùn)營(yíng)階段的應(yīng)用，提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

三、目前還存在的一些問(wèn)題：

1.三維地模構(gòu)建的數(shù)據(jù)量太大，6公里農(nóng)村路，數(shù)據(jù)量達(dá)到20G，這個(gè)級(jí)別的數(shù)據(jù)處理量，對(duì)于計(jì)算機(jī)硬件的要求比較高;

2.《公路工程BIM設(shè)計(jì)系統(tǒng)》剛剛推出了V1.0版本，個(gè)別功能還有待完善，本文所用為試用版，后期收費(fèi)會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)成本有所增加。

（作者單位：河南牧業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)院 信息工程學(xué)院（軟件學(xué)院））