基于BIM技術在低等級公路設計中的應用

陳善祥 楊宏順 劉吉標 陳國春

摘要：BIM技術在建筑行業(yè)得到廣泛關注和應用研究，隨著BIM技術日趨成熟，BIM技術也逐漸開始在道路工程得到了很好運用。對此，本文首先對于BIM技術的概念及特點優(yōu)勢，運用Bentley軟件進行低等級公路設計，應用效果良好。

關鍵詞：道路工程;BIM技術;低等級公路;設計應用;Bentley

1前言

近年來，隨著我國經(jīng)濟與科技的飛速發(fā)展，我國新農(nóng)村建設的步伐也在不斷加快，低等級公路的新建與改建項目也日益增加，開始進入高速發(fā)展時期。同時隨著信息技術的飛速發(fā)展，國家對低等級公路工程項目建設的科學性、合理性和生態(tài)環(huán)保性要求的不斷提高，傳統(tǒng)的二維平面設計模式和規(guī)劃理念已經(jīng)逐漸無法適應社會發(fā)展的步伐。

因此，在低等級公路工程中引進BIM技術，根據(jù)其獨特的可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性等特點，不僅可以將低等級公路設計三維立體圖像直觀準確的展示，還可以提高設計效率和質(zhì)量，減少錯漏，及時發(fā)現(xiàn)和避免設計與實際不符的問題，同時對生態(tài)環(huán)境保護有著深遠影響。同時，這也為BIM技術在低等級公路工程的設計研究提供科學的數(shù)據(jù)和準確的參考模型，對于低等級公路工程的信息化發(fā)展有著重要的意義。

2 BIM技術概述

BIM技術也被稱為建筑信息模型技術，是以三維數(shù)字技術為基礎，集成了建筑工程項目各項相關信息的工程數(shù)據(jù)模型，是對工程項目設施實體與功能特性的數(shù)字化表達。

簡單來說BIM技術并不等同于三維模型，是一種應用于工程設計、建造、管理的數(shù)據(jù)化工具，通過對建筑的數(shù)據(jù)化、信息化模型整合，在項目策劃、運行和維護的全生命周期過程中進行共享和傳遞，使工程技術人員對各種建筑信息作出正確理解和高效應對，為設計團隊以及包括建筑、運營單位在內(nèi)的各方建設主體提供協(xié)同工作的基礎，在提高工作效率、減少設計變更、節(jié)約成本和縮短工期方面發(fā)揮重要作用。

3 BIM技術的特點

3.1可視化

可視化即“所見所得”的形式。在低等級公路工程中，傳統(tǒng)的二維施工圖紙中的各種構造物都是以抽象的線條來表示的，其構造物的真正的形式難以真實準確的表達出來。BIM提供了可視化的思路，能夠使低等級公路工程設計將以往的線條式的二維圖紙轉化形成一種三維的立體實物圖形展示在人們的面前，視覺沖擊感較強，從而真實化、立體化、形象化的展示設計的畫面。并且以三維立體的圖形作為指導，我們能夠快速的發(fā)現(xiàn)設計中錯誤或不合理的地方，減少出錯，提高工作效率，從而使工程建設項目在設計、施工和運維的全生命周期過程中的溝通、討論、變更等都可以在可視化的情況下更高效的完成各方面的工作。

3.2模擬性

BIM技術利用先進的現(xiàn)代化數(shù)字仿真模擬分析系統(tǒng)，并不單單只能模擬現(xiàn)有的模型信息，還可以模擬假定條件下的工程情況。在道路設計中，BIM的模擬特性可以對項目工程設計中適應性、合理性等做出直觀準確的分析，例如日照分析、交通流量分析、水膜分析、行車視距分析、照明方案分析、地質(zhì)災害分析等，對于出現(xiàn)的問題及時處理并反饋意見。在三維信息模型的基礎上，加上時間的進度信息資料，就可以在計算機上進行四維時間模擬，例如施工進度模擬等。同時還可以在四維信息模型里面引入成本造價信息資料，進行五維成本模擬，最終實現(xiàn)對于工程項目成本的控制。

3.3協(xié)調(diào)性

在低等級公路工程項目建設中，因其建設規(guī)模大，建設周期長、涉及專業(yè)廣泛，使其在漫長的建設過程中，各工程建設部門的信息不互通、互不關聯(lián)。因此，多專業(yè)間的協(xié)調(diào)工作問題一直都是設計階段的重點和難點，然而BIM技術的三維立體化特性可以使不同專業(yè)三維空間模型進行同一的立體組合，方便各不同專業(yè)部門隨時調(diào)取各專業(yè)的信息和參考上游設計成果，從而進行碰撞檢查并可以自動分析導出檢查數(shù)據(jù)。

3.4可出圖性

所謂可出圖性并非傳統(tǒng)意義上抽象線條般的二維設計圖紙，而是將三維信息模型作為主要的交付手段后，還需要補充相關數(shù)據(jù)報告，如結構計算、數(shù)據(jù)分析等報告，并且可以自動輔助生成二維設計圖紙，通過對模型進行模擬、協(xié)調(diào)后檢查錯誤，修正優(yōu)化設計方案，提高設計人員的工作效率。

4 BIM技術在低等級公路的應用

4.1低等級公路地形圖處理

低等級公路工程與單體建筑工程相比，它的區(qū)別在于低等級公路工程呈線條狀分布，與沿線地形、地質(zhì)、水文等地理信息緊密相關，任何一種地理信息因素的不同都可能引起設計方案的重大修改。一般來說，勘察單位一般在完成勘測任務之后會提供二維地形圖紙，但是傳統(tǒng)二維圖紙都是將地形、地貌特征的三維點轉化成為平面點、等高線等二維的點線圖形用DWG格式進行儲存，一時間難以觀察出準確的地形地貌，還會導致信息傳達的不準確。

因此，我們應用Bentley平臺的OpenRoads Designer軟件先創(chuàng)建一個新的三維DGN文件，將DWG二維地形圖參考進入創(chuàng)建DGN文件中，在三維數(shù)字地面模型（也稱為DTM）基礎上進行設計;利用DTM提取并處理相關地形地貌的高程數(shù)據(jù)資料，再根據(jù)相關的需求進行合理的調(diào)整，最后創(chuàng)建清楚準確的三維曲面模型，其中包含各類地理信息數(shù)據(jù)，使設計人員對工程項目實際地質(zhì)情況更加了解，可最大程度上避免工程潛在風險。同時能夠在低等級公路設計之前就對設計的重點、難點等進行系統(tǒng)的分析和討論，提高低等級公路設計的效率，具體情況如圖四所示。

4.2低等級公路平面線形設計

平面線形設計是低等級公路工程設計中最為重要的步驟。在低等級公路設計的過程中，需要綜合考慮多種因素，例如行車安全性與舒適性、環(huán)境保護、滿足視距要求等，從而使得道路平面線形設計更為精確且合理。

在具體的設計繪制時，可引進BIM技術，通過先新建一個二維DGN格式文件，再導入建立好的三維地形模型的DTM文件，然后輸入線路的起終點坐標參數(shù)，這時設計人員就可以開始選定公路中心線的特征定義，同時根據(jù)規(guī)范要求設計平面線形各個控制點的參數(shù)并且完成對公路中心線的繪制。最后設計完成后，也可借用BIM技術的實景模擬技術進行行車實景模擬分析，一旦任何一個模擬環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都可以及時發(fā)現(xiàn)，分析并制定合理的解決方案等，進而為確定合理的線路方案提供保障，具體情況如圖五所示。

4.3低等級公路縱斷面設計

傳統(tǒng)的縱斷面設計都是在二維平面上進行的，平面和縱面是性對獨立的，并沒有相互聯(lián)系和依賴關系，對于平面線形和縱斷線形的協(xié)調(diào)性和整體性只能依靠設計人員的空間想象能力和設計經(jīng)驗，不能直觀清楚地看到設計效果，使得經(jīng)常出現(xiàn)平面設計和縱斷面設計都滿足規(guī)范要求，但是相互組合中心線在視覺上缺乏合理性和平順性，導致行車安全性降低，并且有些標段會有挖填不平衡的問題，導致施工難度和成本的增加等。

故在低等級公路工程縱斷面的設計，應用BIM技術，通過打開之前設計好的平面線形文件，激活地形曲面后，即可生成道路的地面線，這條地面線具有自動更新功能，路面平面線形一旦改變，地面線也隨之改變;在此基礎之上，設計人員可以根據(jù)道路等級，并結合地形地貌的情況，考慮挖填平衡、排水等要求完成對豎曲線形的設計。同時設計可以設計多條豎曲線型進行多方案對比，激活其任意一條線形，程序?qū)⒆詣釉谌S模型中生成三維空間曲線，使得設計人員更為直觀便捷了解設計的效果，并保障了設計工作的質(zhì)量和效率，具體情況如圖六所示。

4.4低等級公路橫斷面設計

低等級公路橫斷面主要由行車道、硬路肩、土路肩、排水溝等構造物組成，是低等級公路設計中較為重要的一項工作，在此環(huán)節(jié)應用BIM技術更能體現(xiàn)其優(yōu)勢。設計人員可以在OpenRoads Designer軟件中分別單獨新建路面、放坡線、擋土墻等組件，然后進行靈活組裝應用，可使不同的項目組裝相應的道路橫斷面方案，最大程度保證模板的重復利用;而且每個橫斷面和公路模型參數(shù)是相互關聯(lián)的，實時保持動態(tài)更新，一旦橫斷面參數(shù)被修改，公路模型參數(shù)也隨之更新，而不會像傳統(tǒng)的二維設計因為橫斷面的變動導致需要對整個已完成的設計成果進行更改，節(jié)省設計人員大量時間和精力;同時可以導入公路設計標準規(guī)范，在設計的過程自動分析設計是否符合規(guī)范，還可以基于規(guī)則自動進行加寬、超高處理，自動生成動態(tài)橫斷面以供設計人員查看，從而確保公路橫斷面設計的準確性和合理性，具體情況如圖七所示。

5 結語

未來我國低等級公路設計領域大規(guī)模的信息化建設是必然趨勢，在公路路網(wǎng)不斷規(guī)劃建設的時代，以BIM為核心理念的三維數(shù)字化設計技術的出現(xiàn)，極大提高了設計效率、優(yōu)化設計質(zhì)量，使得低等級公路設計的合理性和科學性更高。運用Bentley軟件結合BIM 技術的特點優(yōu)勢應用到低等級公路的設計中，實用性強，設計效率高，設計效果良好。BIM技術在低等級公路設計中的應用中有著良好的運用價值和長遠的發(fā)展前景，具有明顯的經(jīng)濟價值和社會效益。

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