談BIM技術(shù)在公路工程設(shè)計階段的應(yīng)用

郭 少 云

(晉城市群力公路勘察設(shè)計有限公司，山西 晉城 048026)

Building Information Modeling簡稱BIM，全稱建筑信息建模，是一種建模技術(shù)，以數(shù)據(jù)信息為基礎(chǔ)，將數(shù)據(jù)信息以模型模擬的方式呈現(xiàn)，這種技術(shù)以實際數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，但是展現(xiàn)又更為直觀，最早是應(yīng)用于建筑行業(yè)，隨著技術(shù)的發(fā)展，各個行業(yè)看到BIM技術(shù)的優(yōu)勢之后，先后將BIM技術(shù)應(yīng)用于本行業(yè)，尤其是公路工程，在設(shè)計之初往往都會利用BIM技術(shù)進行建模，方便設(shè)計出更加合理的公路路線方案。

1 BIM技術(shù)在我國公路工程設(shè)計中的應(yīng)用現(xiàn)狀

BIM技術(shù)1998年才引進我國，到2005年，經(jīng)過8年的理論和技術(shù)研究與本土化之后才逐漸在我國建筑工程行業(yè)得到應(yīng)用，又經(jīng)過將近5年的實踐與總結(jié)之后才開始逐漸應(yīng)用于各個行業(yè)，目前BIM技術(shù)已經(jīng)在我國開始進入快速發(fā)展和普及應(yīng)用的階段，尤其在公路工程領(lǐng)域，對BIM技術(shù)的應(yīng)用更是開始呈現(xiàn)剛需狀態(tài)。

現(xiàn)階段我國的公路工程修建受到地理環(huán)境的影響越發(fā)嚴重，尤其是在我國中西部山區(qū)，受交通影響，經(jīng)濟發(fā)展緩慢，不利于國家經(jīng)濟政策的落實，為了促進落后地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展，國家調(diào)撥了大量的人財物力投入到這些偏遠地區(qū)的公路修建上，受地形地勢以及氣候的影響，工程方案設(shè)計難度非常高，而BIM技術(shù)在公路工程領(lǐng)域的應(yīng)用，讓公路工程方案設(shè)計變得更加簡單明了。雖然目前我國公路工程設(shè)計領(lǐng)域?qū)IM技術(shù)的應(yīng)用仍然達不到建筑領(lǐng)域的BIM技術(shù)應(yīng)用水平，但是隨著時間的推移，BIM技術(shù)在公路工程設(shè)計方面進行突破性的技術(shù)創(chuàng)新是必然的。

2 公路工程BIM設(shè)計軟件介紹

由于各個領(lǐng)域?qū)IM技術(shù)的應(yīng)用方法和方式不同，所以衍生出各種BIM設(shè)計軟件，各種不同的設(shè)計軟件的側(cè)重點也有不同，在公路工程設(shè)計領(lǐng)域，由于受不同地形與環(huán)境的影響，對軟件的要求也就不同，甚至大多時候一個公路工程的設(shè)計在使用BIM進行建模是需要多個BIM軟件配合才可以實現(xiàn)，近年來，國際上實力強勁的軟件公司整合公路工程設(shè)計工作對BIM軟件的需求之后，推出了一系列的專業(yè)BIM建模軟件，見圖1。

3 公路工程的設(shè)計特點

公路工程作為線形工程，設(shè)計本身的體量是非常大的，按照地形劃分包含道路工程、隧道工程、橋梁工程等多方面，公路工程設(shè)計方案需要統(tǒng)籌不同地形地勢、環(huán)境、地址、水文等因素，最終形成一個復(fù)雜而有系統(tǒng)的三維設(shè)計，將大量信息經(jīng)過整合后進行模擬畫面呈現(xiàn)，這個過程中需要攻克大量信息收集整理和建模技術(shù)等多方面問題，詳細而言，公路工程所涉及到的構(gòu)造物見圖2。

這里需要特別強調(diào)的是，BIM技術(shù)的建模是由多個過程組成的，尤其是在建模成像的環(huán)節(jié)，需要消耗大量的時間，而且地形勘測大多是人工完成，初期勘探的數(shù)據(jù)如果有缺漏和不準確的問題，這就要求BIM需要根據(jù)每次勘測的實際結(jié)果進行調(diào)整，直至最終完成準確的設(shè)計方案。

另外，BIM在進行建模模擬的時候，除了要將工程主體以模型的形式呈現(xiàn)，還要對前期準備工作、施工方案、物料搭配等多方面進行整合。

4 BIM技術(shù)在公路工程設(shè)計階段的重要作用

在公路工程項目設(shè)計之初就全線采用BIM技術(shù)，完整的通過BIM技術(shù)將項目涉及的跨河橋、高邊坡、互通式立交通過建模進行呈現(xiàn)。通過運用BIM技術(shù)對全線路段工程進行模擬，項目在方案設(shè)計階段就躍然眼前，將項目的策劃、設(shè)計和施工等多個環(huán)節(jié)進行整合，清楚地表達出了建設(shè)方的修建意圖，在設(shè)計階段就為工程的順利、安全實施提供了技術(shù)保障，直接提高了公路設(shè)計水平與管理水平，更是將公路設(shè)計推進到信息化時代。

5 BIM在公路工程設(shè)計中的應(yīng)用分析

5.1 案例介紹

陽城縣陽禮互通立交工程位于陽城縣城西北部，屬于大縣城規(guī)劃范圍，是陽城縣“十三五”期間重點的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項目之一，本項目為雙苜蓿葉全互通式立體交叉，含新(改)建路線全長8.059 km。其中：新建主線(YL主線)長1.353 km，改建被交路陵沁線(LQ線)長1.462 km，新建匝道6條(C,D,E,F,G,H)長5.244 km。主線和被交路設(shè)計速度60 km/h，路基寬度21 m，雙向四車道；匝道設(shè)計速度40 km/h，路基寬度10.5 m，單向雙車道；橋涵荷載等級為公路—Ⅰ級。

5.2 技術(shù)標準

通過對項目沿線進行實地調(diào)查、資料收集，并充分咨詢了沿線地方政府的意見，在此基礎(chǔ)上結(jié)合地形地勢提出最終的施工設(shè)計方案主線，設(shè)計為雙向四車道、主線二級公路技術(shù)標準。工程設(shè)計的核心難點在于迎賓大道西南方向的復(fù)式立交橋設(shè)計，結(jié)合當?shù)厮?、地勢等自然因素綜合考慮之后定出最終設(shè)計方案，如圖3所示。

被交路LQ線為第一層，起點位于陵沁線中李丘村附近，起點樁號為LQK0+000,對應(yīng)陵沁線樁號為K121+040(坐標為X-3 931 620.148,Y-626 184.091)，終點位于陵沁線王曲村附近，終點樁號為LQK1+462.122, 對應(yīng)陵沁線樁號為K122+500(坐標為X-3 932 468.055,Y-626 050.812)，被交線(LQ線)全長1.462 km。

該路段設(shè)計為60 km/h，路基寬度16.5 m。具體斷面見圖4。

兩條左轉(zhuǎn)定向迂回匝道，位于第二層。其中：C匝道長1 360 m，連接沁水(西河)方向和迎賓大道，設(shè)西小河順河橋、C匝道1號橋、C匝道2號橋(其中：西小河順河橋和C匝道1號橋主要是為避免侵占河道影響河道行洪而設(shè)置；C匝道2號橋為跨線橋，第二跨上跨西小河、第三跨上跨H匝道和LQ線、第四跨上跨D匝道)；D匝道長711.007 m，連接陽城縣城和演禮方向，設(shè)D匝道橋一座，為跨線橋，第七跨上跨LQ線，第八跨上跨C匝道和西小河。

該路段設(shè)計為40 km/h。具體斷面見圖5。

本項目YL主線為第三層，起點位于迎賓大道K1+230處，起點樁號為YLK0+000(坐標為X-3 932 999.835,Y-626 162.699)，終點接演禮快速通道主線起點，終點樁號為YLK1+352.558(坐標為X-3 931 879.867,Y-625 405.951)，YL主線全長1.353 km。設(shè)YL主線1號橋和2號橋(其中1號橋為跨線橋，第11跨上跨F匝道，第12跨上跨D匝道，第13跨上跨LQ線和H匝道，第14跨上跨西小河，第15跨上跨C匝道)。

該路段設(shè)計為90 km/h，路基寬度16.5 m。具體斷面如圖6所示。

5.3 項目建模

1)創(chuàng)建道路中心線。

利用Civil3D 軟件路線創(chuàng)建工具創(chuàng)建路線，見圖7。

2)創(chuàng)建設(shè)計縱斷面。

路線創(chuàng)建完畢后要進行縱斷面設(shè)計，利用 Civil3D創(chuàng)建的縱斷面更容易解決復(fù)雜項目設(shè)計，如圖8所示。

3)創(chuàng)建裝配。

通過IF語句對不同填挖情況設(shè)計不同裝配，之后將創(chuàng)建好的裝配導(dǎo)入Civil3D中，作為需要使用的裝配，見圖9。

4)可視化道路展示。

根據(jù)創(chuàng)建好的道路平、縱、橫數(shù)據(jù)，創(chuàng)建道路模型曲面，將道路路線模型導(dǎo)入 Infraworks 軟件中，展示更真實的樣式，見圖10。

6 結(jié)語

公路工程的修建是直接關(guān)系國計民生的重要工程，BIM技術(shù)的引進，讓公路工程設(shè)計更直觀，縮短了公路工程項目的設(shè)計周期。是走在時代前沿的高水平技術(shù)，BIM技術(shù)在公路工程設(shè)計階段的應(yīng)用直接簡化方案設(shè)計流程，縮短了方案設(shè)計時間，為促進我國公路網(wǎng)建設(shè)起到了巨大的積極作用。本文重點分析了BIM技術(shù)在公路工程設(shè)計階段的應(yīng)用，促進BIM技術(shù)在公路工程領(lǐng)域的更深層次的應(yīng)用。