基于BIM+GIS技術(shù)的道路選線系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用研究

張 翔

(山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院有限公司，山西 太原 030000)

早在2017年我國交通運輸部就確立了進一步提高公路工程設(shè)計水平的基本目標，基于這一目標，公路工程設(shè)計過程中鼓勵和督促相關(guān)設(shè)計人員借助BIM技術(shù)開展設(shè)計工作，尤其是在初步設(shè)計過程中應(yīng)對BIM與GIS技術(shù)予以統(tǒng)籌應(yīng)用，做好方案研究及論證，從而提高方案比選過程的針對性及全面性。為切實滿足以BIM為基礎(chǔ)的設(shè)計要求，需設(shè)計一套以BIM和GIS為基礎(chǔ)的綜合系統(tǒng)平臺。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 總體設(shè)計

該綜合系統(tǒng)的開發(fā)語言以C語言為主，現(xiàn)以DEM數(shù)據(jù)為依據(jù)，并結(jié)合高分辨率影像進行三維環(huán)境的創(chuàng)建，然后根據(jù)地理位置坐標進行BIM模型的建立，并通過對三角網(wǎng)的建立得到填縫模型，利用填縫模型使地形和BIM模型之間實現(xiàn)無縫疊加，最終得到一體化的模型，利用該模型能進行土方計算和數(shù)字化采集，并能實現(xiàn)數(shù)字化交付。

1.2 子系統(tǒng)設(shè)計

(1)快速建模。該子系統(tǒng)的作用在于提供三維定線模型，使各物體均實現(xiàn)構(gòu)件化，同時能對模型進行自動編碼。

(2)三維選線。通過人工交互，在三維場所當(dāng)中進行道路定線，并通過對路線橫縱斷面的適當(dāng)調(diào)整，得出選線方案，同時對工程量進行實時計算，并生成相應(yīng)的統(tǒng)計表。

(3)路線優(yōu)化。綜合系統(tǒng)通過對人工智能算法的應(yīng)用對路線進行優(yōu)化，在所選總體方案當(dāng)中根據(jù)約束條件優(yōu)化某些細部方案，在確定最優(yōu)方案后，將其提供給設(shè)計人員，采用這樣的方式，除了能提高方案精確性，還能起到減少成本與保證設(shè)計質(zhì)量的重要作用。

(4)綜合評價。綜合系統(tǒng)在GIS與實時模型等先進技術(shù)的支持下，能對地形數(shù)據(jù)與模型信息進行動態(tài)傳遞，由此建成一個包含經(jīng)濟、技術(shù)與社會環(huán)境三個重要指標的結(jié)構(gòu)層，然后借助AHP法進行結(jié)構(gòu)模型的建立，采用模糊一致性方法對不同方案對應(yīng)的優(yōu)屬度進行計算，以此形成評價系統(tǒng)，對各方案進行綜合評價，為最終方案的確定提供可靠參考依據(jù)。

2 系統(tǒng)應(yīng)用

2.1 在可研階段中的應(yīng)用

在可研階段通過對該綜合系統(tǒng)的應(yīng)用，確定各項約束條件，采用計算機進行最優(yōu)方案的比選，并將其提供給設(shè)計人員，確定經(jīng)濟合理且技術(shù)可行的路線走向。在確定了具體的走廊帶以后，需對鉆孔信息與地質(zhì)區(qū)域圖等實施矢量化，并剖析地質(zhì)三維模型，為下一步選線工作的進行提供可靠參考依據(jù)。通過對BIM與GIS兩項技術(shù)的應(yīng)用，可在完成路線定線的基礎(chǔ)上實現(xiàn)方案比選，找出最佳路線，此外還能進行BIM模型的創(chuàng)建，為后續(xù)設(shè)計階段的工作奠定良好基礎(chǔ)。

2.2 在初步設(shè)計階段中的應(yīng)用

對于初步設(shè)計，它是處在方案設(shè)計與施工圖設(shè)計兩個階段之間的設(shè)計工作，主要是對方案設(shè)計實施的細化處理。在該設(shè)計階段當(dāng)中，對BIM模型進行不斷推敲與完善，同時積極配合其它專業(yè)的模型實施核查設(shè)計，同時借助BIM軟件開展模型的一致性檢查。

2.3 在施工圖設(shè)計階段中的應(yīng)用

施工圖設(shè)計是整個設(shè)計工作的重要環(huán)節(jié)，也是綜合系統(tǒng)應(yīng)用的主要環(huán)節(jié)，在這一階段中對該系統(tǒng)的應(yīng)用包含以下內(nèi)容。

(1)對路線進行優(yōu)化設(shè)計，即在BIM與GIS兩項技術(shù)的支持下，對路線方案實施優(yōu)化。借助人工智能在綜合系統(tǒng)中開展縱斷面的優(yōu)化，同時生成相應(yīng)的三維模型及設(shè)計成果。在以BIM與GIS為基礎(chǔ)的系統(tǒng)支撐下，能獲得路線對應(yīng)的平縱圖。

(2)對橋梁進行優(yōu)化設(shè)計，即在BIM與GIS兩項技術(shù)的支持下，對橋梁方案實施優(yōu)化，完成優(yōu)化后可得到橋梁中復(fù)雜程度較高部位的剖面圖，能為后續(xù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計工作提供可靠參考指導(dǎo)，保證設(shè)計成果質(zhì)量。

(3)建立地質(zhì)模型。借助自主研發(fā)而成的算法，如IMSL等，對區(qū)域范圍內(nèi)的地形地質(zhì)進行實時剖切，進而生成該設(shè)計階段需要參考和使用的地質(zhì)模型。

(4)對互通式立交的匝道進行深化設(shè)計。通過對基于BIM的正向設(shè)計方法的應(yīng)用，對匝道平縱斷面進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，基于三維層面使立交布線達到準確性要求，同時實時觀察匝道的實際銜接情況與和地形之間的相交情況。

(5)建立路橋和橋梁對應(yīng)的BIM模型。借助三維選線技術(shù)能建立以GIS為核心的選線模型，此時自主開發(fā)插件可以和REVIT等軟件實現(xiàn)無縫對接，此時采用軟件方可自動生成模型，在插件的支持下，能使采用軟件得出的模型和GIS模型保持一致，并能對模型包含的各類物體進行構(gòu)件化處理，最后完成自動編碼。

(6)圖紙生成。通過對該綜合系統(tǒng)的應(yīng)用，能生成十分精確且可行的圖紙，如橫斷面圖和分析表等，其中，橫斷面分析表如表1所示。

(7)碰撞檢查。在項目設(shè)計過程中，施工圖設(shè)計為重要工作階段，是銜接設(shè)計與施工的重要橋梁，該階段根據(jù)施工圖，正確表達項目基本設(shè)計意圖，得出相應(yīng)的設(shè)計成果，為之后的現(xiàn)場施工作業(yè)提供可靠參考依據(jù)。

(8)工程量的計算與復(fù)核。首先進行數(shù)據(jù)信息采集，并對工程信息模型包含的幾何與非幾何數(shù)據(jù)進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整；然后對模型進行校驗，確定其準確性與完整性能否達到要求；最后即可自動生成工程量統(tǒng)計清單。

(9)結(jié)構(gòu)分析。這項工作需要借助BIM技術(shù)來完成，首先，將BIM模型轉(zhuǎn)換成結(jié)構(gòu)分析模型；然后在結(jié)構(gòu)分析模型的支持下進行結(jié)構(gòu)性能分析，并根據(jù)分析結(jié)果開展相應(yīng)的設(shè)計，如抗震性能分析與設(shè)計、抗風(fēng)性能分析與設(shè)計和抗火性能分析與設(shè)計；完成結(jié)構(gòu)分析與計算后，將結(jié)果存儲在模型或以BIM為基礎(chǔ)的系統(tǒng)平臺當(dāng)中，以供后續(xù)工作隨時取用。

表1 橫斷面分析表

3 結(jié) 語

綜上所述，作為全新的設(shè)計理念與方法，BIM對交通行業(yè)而言是一次重大變革，它的應(yīng)用改變了從以往的生產(chǎn)及管理方式。在公路三維選線工作中通過對BIM與GIS技術(shù)的應(yīng)用，能實現(xiàn)對公路的整體優(yōu)化設(shè)計，在保證設(shè)計質(zhì)量的基礎(chǔ)上，節(jié)省工程造價。