BIM技術(shù)在公路路線設(shè)計(jì)中的應(yīng)用與探討

李凱 邢昱

摘 要：結(jié)合321國(guó)道鎮(zhèn)江戴家門至高資段改擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)中BIM技術(shù)的應(yīng)用情況，展示了BIM技術(shù)在一級(jí)公路改擴(kuò)建項(xiàng)目路線設(shè)計(jì)中的作用，在設(shè)計(jì)中取得了良好的反饋，值得其他項(xiàng)目借鑒和推廣。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);公路設(shè)計(jì);路線設(shè)計(jì);正向設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U412.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術(shù)是在信息化發(fā)展中提出的一種創(chuàng)新工具與生產(chǎn)方式。我國(guó)目前在公路設(shè)計(jì)中仍以傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)為主，隨著時(shí)代的發(fā)展，工程規(guī)模日益擴(kuò)大，設(shè)計(jì)難度增加，專業(yè)配合要求提高，二維設(shè)計(jì)的局限性逐漸成為制約公路設(shè)計(jì)發(fā)展的重要因素。BIM技術(shù)在公路路線設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)的不足，使得路線設(shè)計(jì)更加快捷、精細(xì)、合理。

本文以321國(guó)道鎮(zhèn)江戴家門至高資段改擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)為例，以公路工程BIM系統(tǒng)軟件為基礎(chǔ)，詳細(xì)介紹了BIM技術(shù)在公路路線設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，為以后類似的一級(jí)公路改擴(kuò)建項(xiàng)目路線設(shè)計(jì)提供理論與實(shí)踐依據(jù)。

1 工程概況

321國(guó)道鎮(zhèn)江戴家門至高資段改擴(kuò)建工程位于江蘇省鎮(zhèn)江市境內(nèi)，是鎮(zhèn)江快速路核心干線“一橫”，是支撐城市發(fā)展的重要軸線。是寧鎮(zhèn)揚(yáng)一體發(fā)展的戰(zhàn)略通道，促進(jìn)南京都市圈融合發(fā)展的聯(lián)系通道。

本項(xiàng)目沿線交叉口和搭接道路眾多，機(jī)非混行和無(wú)信控橫穿現(xiàn)象嚴(yán)重，項(xiàng)目區(qū)內(nèi)環(huán)境復(fù)雜，設(shè)計(jì)難度大。項(xiàng)目全長(zhǎng)14.2 km，采用主線+輔道的斷面設(shè)置，設(shè)計(jì)速度100 km/h（輔道40 km/h），路基寬度52.5 m/48.5 m，主線橋3 005.86 m/5座，通道1座。

2 BIM應(yīng)用

2.1 建立地形及路線控制點(diǎn)模型

本次地形圖測(cè)量范圍為312國(guó)道主線兩側(cè)各100 m，測(cè)圖比例為1：2 000，同時(shí)完成區(qū)域內(nèi)舊路、建筑物、高壓線凈空等地物測(cè)量。采用BIM技術(shù)對(duì)測(cè)量成果進(jìn)行快速建模，利用模型復(fù)核并實(shí)地確認(rèn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，驗(yàn)收測(cè)量成果。利用公開高程數(shù)據(jù)與GIS技術(shù)補(bǔ)全項(xiàng)目影響范圍內(nèi)未測(cè)量區(qū)域地形，完成地形模型創(chuàng)建。

利用路網(wǎng)大數(shù)據(jù)，對(duì)項(xiàng)目區(qū)域原有交通網(wǎng)進(jìn)行快速建模。分析項(xiàng)目區(qū)域城鎮(zhèn)現(xiàn)狀布局、規(guī)劃與擬建項(xiàng)目的關(guān)系和項(xiàng)目區(qū)域路網(wǎng)現(xiàn)狀、規(guī)劃與擬建項(xiàng)目的關(guān)系，并在模型中對(duì)城市規(guī)劃內(nèi)容與規(guī)劃道路進(jìn)行簡(jiǎn)單建模。

擬建線路區(qū)屬為階地、坳溝，剝蝕殘丘交叉分布區(qū)，各地基土層的工程地質(zhì)性質(zhì)差異較大，工程地質(zhì)條件復(fù)雜。對(duì)不良地質(zhì)進(jìn)行分類，對(duì)其影響程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，利用不同顏色等級(jí)在模型中進(jìn)行標(biāo)識(shí)。

本項(xiàng)目經(jīng)過城鎮(zhèn)區(qū)，部分城區(qū)目前兩側(cè)廠房、村莊較密集，同時(shí)項(xiàng)目區(qū)域河塘較多，沿線的環(huán)境敏感區(qū)主要是聲環(huán)境敏感點(diǎn)、水環(huán)境點(diǎn)及大氣環(huán)境影響，在基礎(chǔ)模型中對(duì)環(huán)境敏感區(qū)進(jìn)行分類，并對(duì)其區(qū)域進(jìn)行標(biāo)識(shí)。

利用模型分析影響路線走向的平面及縱面控制點(diǎn)，實(shí)地踏勘復(fù)核并對(duì)其進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量，整理外業(yè)資料，創(chuàng)建控制點(diǎn)模型、在地形模型中整合，完成項(xiàng)目區(qū)域基礎(chǔ)模型創(chuàng)建。

2.2 創(chuàng)建橫斷面土木規(guī)則

本項(xiàng)目采用主線+輔道的斷面設(shè)置，與路基路面、防護(hù)、交安等相關(guān)專業(yè)設(shè)計(jì)人員深入交流，傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)主要存在的問題有：①項(xiàng)目周邊環(huán)境復(fù)雜，路線平、縱面控制因素較多，需分別對(duì)主、輔道進(jìn)行路線設(shè)計(jì)，路線設(shè)計(jì)時(shí)無(wú)法直觀觀察主輔道間和項(xiàng)目與周邊環(huán)境間的關(guān)系，出錯(cuò)率較高;②受用地限制，主、輔道間存在較多防護(hù)工程，路線設(shè)計(jì)時(shí)無(wú)法確認(rèn)防護(hù)規(guī)模，需經(jīng)計(jì)算確認(rèn)，效率較低;③輔道主要承擔(dān)主線沿線城市內(nèi)部短距離交通出行，出入口較多，且需設(shè)置公交車站，輔道寬度變化較為復(fù)雜，無(wú)法準(zhǔn)確確認(rèn)放坡位置，設(shè)計(jì)精度較低。

針對(duì)傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)存在的問題，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況創(chuàng)建橫斷面土木規(guī)則。利用創(chuàng)建的三幅路橫斷面模板，進(jìn)行主、輔路路線設(shè)計(jì)時(shí)：①可同步生成三維模型，且自動(dòng)完成主輔路間邊坡及防護(hù)設(shè)計(jì);②設(shè)置輔道變寬段后，三維模型可自動(dòng)刷新放坡位置;③完成主線路線設(shè)計(jì)后自動(dòng)生成輔道平、縱面控制線，指導(dǎo)輔道路線設(shè)計(jì)。

2.3 路線設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目路線設(shè)計(jì)全線采用BIM技術(shù)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)的不足，充分將路線設(shè)計(jì)意圖表達(dá)，路線方案與周邊環(huán)境更協(xié)調(diào)，與道路其余專業(yè)配合更合理，BIM技術(shù)在路線設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，不僅提升了設(shè)計(jì)效率，也保證了設(shè)計(jì)準(zhǔn)確性，減少設(shè)計(jì)變更，避免資源浪費(fèi)。

利用BIM技術(shù)，結(jié)合路線設(shè)計(jì)過程，在項(xiàng)目中的應(yīng)用如下：

（1）利用BIM+GIS技術(shù)，運(yùn)用建立的地形模型，進(jìn)行地形、排水分析與光照模擬，確定路線的總體指標(biāo)、排水方向和不同季節(jié)的光照情況。

（2）利用建立的基礎(chǔ)模型與創(chuàng)建的三幅路橫斷面模板進(jìn)行主線平、縱面設(shè)計(jì)。在平面設(shè)計(jì)過程中，控制點(diǎn)模型可映射到平面設(shè)計(jì)視口中，同時(shí)在縱斷面視口，可實(shí)時(shí)觀察平面線對(duì)應(yīng)的地面起伏;在縱斷面設(shè)計(jì)過程中，控制點(diǎn)模型可根據(jù)平面線垂直切面，在縱斷面設(shè)計(jì)視口顯示控制點(diǎn)模型剖面，在拉坡過程中，可實(shí)時(shí)在橫斷面視口觀察道路的放坡;在調(diào)整線位時(shí)，平面視口、縱斷面視口、橫斷面視口、三維模型視口都會(huì)根據(jù)調(diào)整同步更新，真正實(shí)現(xiàn)了平縱橫總體設(shè)計(jì)，并可在四個(gè)視口中實(shí)時(shí)觀察道路與控制點(diǎn)的關(guān)系，做出合理的路線設(shè)計(jì)方案。

（3）在主線設(shè)計(jì)完成后，進(jìn)行輔道設(shè)計(jì)，主線為滿足既有與規(guī)劃道路凈空要求，設(shè)計(jì)標(biāo)高較高，輔道則需與地方道路平交，滿足當(dāng)?shù)鼐用袢粘３鲂行枨?，設(shè)計(jì)標(biāo)高較低，同時(shí)為了節(jié)約土地資源，減少拆遷，輔道平面需盡量接近主線道路，必要時(shí)利用擋土墻、路肩墻對(duì)主輔路間路基邊坡進(jìn)行收坡。利用三幅路橫斷面模板，在輔道平、縱面設(shè)計(jì)時(shí)，軟件可自動(dòng)根據(jù)主、輔路間的位置關(guān)系，判斷并生成正常放坡、擋土墻邊坡或路肩墻，并對(duì)結(jié)構(gòu)尺寸較大的擋土墻和路肩墻進(jìn)行標(biāo)識(shí)，指導(dǎo)設(shè)計(jì)。

（4）根據(jù)實(shí)際情況，創(chuàng)建輔道加寬段與公交車站，軟件自動(dòng)更新放坡，檢查道路模型與周邊環(huán)境和控制點(diǎn)的關(guān)系，調(diào)整后完成路線設(shè)計(jì)。

3 總結(jié)與展望

BIM技術(shù)的發(fā)展，為公路路線設(shè)計(jì)提供了新方法與新思路，通過在實(shí)際項(xiàng)目中的應(yīng)用，顯著提高了公路路線設(shè)計(jì)效率與質(zhì)量。隨著BIM技術(shù)在公路領(lǐng)域逐漸走向成熟，設(shè)計(jì)也逐步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，相信在不久的將來，公路路線平縱橫設(shè)計(jì)將不再是困擾公路設(shè)計(jì)人員的主要問題，任何設(shè)計(jì)意圖在三維設(shè)計(jì)中都能得到充分的表達(dá)，轉(zhuǎn)而基礎(chǔ)設(shè)計(jì)資料的準(zhǔn)確性和完整性將會(huì)是制約路線設(shè)計(jì)的主要問題。

參考文獻(xiàn)：

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