BIM技術(shù)在公路路線設(shè)計中的應(yīng)用

農(nóng)維武

（廣西交科集團有限公司，廣西 南寧 530007）

0 引言

公路工程是地區(qū)間進行經(jīng)濟交流和文化溝通的重要紐帶，提升公路工程整體設(shè)計質(zhì)量是推動經(jīng)濟社會建設(shè)的必然選擇，因此公路路線設(shè)計至關(guān)重要，其需要考慮到路線沿線地形、地貌及地質(zhì)情況等一系列因素。將BIM技術(shù)（建筑信息模型）應(yīng)用到公路路線設(shè)計中，是提升我國公路路線設(shè)計水平的重要手段。

1 公路路線設(shè)計理念

公路路線設(shè)計工作具有復(fù)雜性、階段性和動態(tài)性特征，設(shè)計人員需要在設(shè)計工作的每個步驟分析實際設(shè)計需求，并給出多個設(shè)計思路，在反復(fù)比對多個設(shè)計方案的基礎(chǔ)上擇優(yōu)使用［1］。在這個過程中，設(shè)計人員應(yīng)始終秉持安全性的基本理念，并在此基礎(chǔ)上控制公路路線設(shè)計的造價成本等，在不降低質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上盡可能降低工程資金投入，從而提升公路路線設(shè)計方案的綜合效益。除此之外，需要合理控制公路的施工周期等，在充分考慮施工難度、施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，調(diào)整公路路線設(shè)計方案的具體內(nèi)容，確保公路工程順利完工。

2 BIM技術(shù)的概念及特點

2.1 BIM技術(shù)

BIM技術(shù)是一種脫胎于計算機技術(shù)和信息化技術(shù)的、現(xiàn)代化工程建設(shè)必需的先進技術(shù)，工作人員將數(shù)據(jù)輸入其中，系統(tǒng)將會自動構(gòu)建工程空間模型，為工作人員帶來更加直觀的設(shè)計體驗。在公路路線的三維立體模型與設(shè)計方案不符的情況下，工作人員可以對數(shù)據(jù)進行即時調(diào)整，保證公路路線設(shè)計的合理性。

2.2 BIM技術(shù)的特征

2.2.1 可視性

在過去的公路路線設(shè)計模式下，工作人員需要通過人工方式進行計算和繪圖設(shè)計等，工作量非常大，而且最終得到的圖紙是二維平面圖，無論是表現(xiàn)力還是細節(jié)處理效果都不盡如人意，而BIM技術(shù)在公路路線設(shè)計中的應(yīng)用，能夠在一定程度上提升設(shè)計質(zhì)量，解決傳統(tǒng)設(shè)計模式下存在的一系列問題。過去，二維平面的圖紙將會被轉(zhuǎn)化為三維立體的、可視化的模型，這樣一來，工作人員將能夠更加直觀地了解公路工程路線走向，及時發(fā)現(xiàn)其中存在的不足之處。

2.2.2 模擬性

將公路路線設(shè)計數(shù)據(jù)輸入到BIM系統(tǒng)中，可以直觀地了解公路工程的具體走向等，而BIM技術(shù)本身具有的模擬功能使其能夠在設(shè)計人員優(yōu)化參數(shù)以后，第一時間調(diào)整公路路線的模型，這有助于設(shè)計人員更快地校正設(shè)計方案中的一系列參數(shù)。從實際的應(yīng)用情況來看，BIM技術(shù)所具有的模擬性特征，確保了公路路線設(shè)計方案的合理性，對提升公路工程施工質(zhì)量等有一定的積極作用［2］。

2.2.3 準(zhǔn)確性

除具有模擬性和可視性外，BIM技術(shù)還具有準(zhǔn)確性高的優(yōu)勢，其能夠根據(jù)輸入或采集的數(shù)據(jù)進行三維立體模擬，工作人員可在數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，對工程已有土方量和設(shè)計曲面之間的土方量等進行計算，并最終確定準(zhǔn)確的公路路線設(shè)計數(shù)據(jù)，這有助于提升公路路線設(shè)計的精確度，避免不必要的施工誤差。

2.2.4 協(xié)同性

與過去的公路路線設(shè)計工作模式相比，將BIM技術(shù)應(yīng)用到公路路線設(shè)計中，能夠提升設(shè)計方案的一體化水平，其具有對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一處理的功能，在系統(tǒng)功能的協(xié)同運作下，設(shè)計人員能夠?qū)?shù)據(jù)共享給其他部門，這有助于提升公路路線設(shè)計的合理性。各個專業(yè)的工作人員也能更好地進行溝通，在充分討論的基礎(chǔ)上確定公路路線設(shè)計方案中存在的不足之處［3］。

3 BIM技術(shù)在公路線路設(shè)計中的應(yīng)用優(yōu)勢

3.1 為公路線路設(shè)計提供技術(shù)與數(shù)據(jù)支撐

公路工程線路設(shè)計工作具有一定的復(fù)雜性，在線路設(shè)計的過程中，不可避免地會遇到各種各樣的問題給后續(xù)的施工帶來不利影響。BIM技術(shù)應(yīng)用于公路路線設(shè)計，工作人員可以借助BIM技術(shù)對公路工程線路設(shè)計方案進行可視化分析，提升設(shè)計效果。更重要的是，以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)對公路線路進行三維建模，并在此基礎(chǔ)上做好設(shè)計階段和施工階段的協(xié)同工作，能夠確保各個環(huán)節(jié)間的良好銜接。同時，BIM技術(shù)具有虛擬仿真功能，在有基本參數(shù)的情況下進行模型仿真，有助于設(shè)計人員更好地了解公路工程線路設(shè)計方案的執(zhí)行效果，對提升公路工程線路設(shè)計數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性等也有一定的幫助。

3.2 公路線路設(shè)計的集中和簡約化管理

合理地應(yīng)用BIM技術(shù)有助于提升公路路線設(shè)計的先進性，是保證公路路線設(shè)計質(zhì)量的必然選擇。從實際情況來看，借助BIM技術(shù)開展設(shè)計工作，能夠提升設(shè)計效果。設(shè)計人員可以結(jié)合施工路線的各項參數(shù)和地質(zhì)特征等，確定更加簡約的設(shè)計方案，解決傳統(tǒng)設(shè)計模式下設(shè)計方案過于冗余、繁雜的問題，也能避免設(shè)計過程過于煩瑣導(dǎo)致的一系列風(fēng)險［4］。

4 BIM技術(shù)在公路路線設(shè)計中的應(yīng)用實例分析

4.1 工程概況

某公路的主要功能是實現(xiàn)某地區(qū)的兩個城市的連接，設(shè)計為雙向兩車道，時速為80 km/h。為實現(xiàn)實時動態(tài)管理，決定在相關(guān)規(guī)范（見表1）的要求下，采用BIM技術(shù)對該公路進行設(shè)計，實現(xiàn)參數(shù)化管理。

表1 部分公路路線設(shè)計行業(yè)規(guī)范

4.2 創(chuàng)建數(shù)字地面模型

從實際情況來看，BIM技術(shù)在公路路線設(shè)計中的應(yīng)用能夠提升設(shè)計人員獲取信息的速度和便利性，現(xiàn)在也有一部分設(shè)計人員開始利用BIM技術(shù)構(gòu)建三維數(shù)字地面模型，以三維數(shù)字地面模型為基礎(chǔ)，建立以數(shù)字信息為依托的曲面模型，這樣一來，公路工程相關(guān)的地面數(shù)據(jù)都將會準(zhǔn)確地體現(xiàn)出來，設(shè)計人員可借此對各類設(shè)計思路進行綜合比對和分析，從而提升公路路線設(shè)計的精確度等。此外，數(shù)字地面模型的構(gòu)建效果取決于數(shù)據(jù)的采集和處理效果，目前常見的數(shù)據(jù)采集方法主要包括無人機傾斜攝影技術(shù)和通過原本的地形圖數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換兩種，其各有不同優(yōu)勢，工作人員可根據(jù)具體需求進行選擇，而三維數(shù)字地面模型的構(gòu)建方式較多，常見的方式主要是規(guī)則格網(wǎng)與不規(guī)則三角網(wǎng)2種。

4.3 平面線形設(shè)計

公路工程路線設(shè)計工作比較復(fù)雜，平面線形設(shè)計是其中重要的組成部分，為提升設(shè)計質(zhì)量，工作人員可從以下幾個方面入手：第一，要做好科學(xué)規(guī)劃。在進行平面設(shè)計的過程中，工作人員應(yīng)對公路工程路線規(guī)劃情況進行綜合研判并確定是否符合具體施工操作的要求，在此基礎(chǔ)上對各類施工標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)要求進行分析，結(jié)合公路工程項目的周邊經(jīng)濟發(fā)展情況等，判斷區(qū)域居民的出行需求和出行習(xí)慣，提升公路路線設(shè)計中平面線形設(shè)計的合理性。第二，要對基本要素進行理順。平面線形設(shè)計可以分成曲線、直線、緩和曲線等要素，能夠?qū)饭こ痰穆肪€變化情況進行準(zhǔn)確反映，工作人員還需要結(jié)合實際情況，充分考慮到該區(qū)域地形條件等，一般以曲線為主，結(jié)合不對稱形、“S”形等進行設(shè)計，同時也要兼顧卵形等特殊形狀，對公路路線的整體形狀進行分析，提升平面設(shè)計的合理性。第三，要對行車安全問題予以著重考量。對點位測量工作進行強化，對可能存在的干擾因素進行規(guī)避，避免其給公路工程的安全通行造成不利影響。除此之外，在涉及高填方路段的情況下，需要在綜合考慮直線設(shè)計的基礎(chǔ)上，對緩彎線性設(shè)計進行考慮，確保公路工程的安全性。特別需要注意的是，在平面線形設(shè)計的過程中應(yīng)盡可能避免復(fù)雜線形，否則可能會導(dǎo)致安全風(fēng)險上升。第四，要綜合考慮環(huán)境保護問題。公路路線設(shè)計工作屬于復(fù)合型工作，在保證路線合理、行車安全的同時，設(shè)計人員需要考慮環(huán)境保護方面的問題，對周邊生態(tài)環(huán)境進行綜合研判，避免公路工程施工給周圍環(huán)境造成不利影響［5］。

4.4 縱斷面線形設(shè)計

公路路線設(shè)計包括縱斷面線形設(shè)計等內(nèi)容，在進行縱斷面線形設(shè)計的過程中，工作人員可綜合利用BIM技術(shù)，結(jié)合公路工程的設(shè)計要求確定縱斷面功能等。首先要結(jié)合原地面線進行繪圖，并對曲線參數(shù)進行適當(dāng)調(diào)整，經(jīng)確認無誤后進行保存，而后利用軟件處理原始路基線圖、豎曲線文件等，即可得到符合公路工程施工目標(biāo)的公路縱斷面設(shè)計圖。

4.5 橫斷面線形設(shè)計

公路工程的橫斷面設(shè)計比較復(fù)雜，工作人員需要充分考慮行車道、中央分隔帶、邊坡等結(jié)構(gòu)因素，充分利用BIM技術(shù)的有關(guān)功能，搭建公路工程路基路面模型，并對道路橫斷面模板進行細化處理，將橫斷面各元素以特征點和構(gòu)件等形式結(jié)合，從而確保公路工程橫斷面線形設(shè)計的合理性。一般來說，特征點主要在橫斷面特殊變化時使用，其能夠連接所有點并實現(xiàn)有效約束，比較常見的約束關(guān)系為水平距離、垂直距離、坡度等。設(shè)計人員可以結(jié)合具體情況對約束關(guān)系進行改動，比如可以在路線邊沿點和中心點水平約束中設(shè)計標(biāo)簽，在后續(xù)的設(shè)計工作中，就可以利用這一標(biāo)簽調(diào)整水平距離等，確保公路工程路面寬度數(shù)據(jù)的合理性。組件是多個點位構(gòu)成的封閉式圖形，其能夠表示各種路面結(jié)構(gòu)，無論是基層、擋土層還是路面層都可以通過組件的形式進行體現(xiàn)。公路路線設(shè)計涉及的組件非常多，工作人員可對不同組件乃至不同控制點進行命名，在此基礎(chǔ)上進行設(shè)計，往往能取得比較可觀的設(shè)計效果。當(dāng)然也有一些特殊情況，比如橫斷面邊坡通常不能用固定的約束關(guān)系進行設(shè)計，工作人員一般需要利用約束兩點斜率的方法調(diào)整邊坡坡度，并利用端點的延長來把握邊坡長度。根據(jù)實際工作情況，一個橫斷面模板能設(shè)計出多個端點條件并包括多個邊坡結(jié)構(gòu)，因此工作人員還需要對不同邊坡的優(yōu)先級進行調(diào)整，從而確保設(shè)計的合理性。

4.6 三維模型創(chuàng)建

公路工程線路設(shè)計具有復(fù)雜性的特點，為了保證設(shè)計的有效性，工作人員可通過BIM技術(shù)創(chuàng)建公路工程的三維立體模型，一般需要從同一條公路中心線的平面、縱斷面和裝配設(shè)計入手，避免公路工程模型無法生成的問題。具體操作流程如下：①借助BIM技術(shù)中的civil 3D道路特性功能，確定公路工程模型中線形位置的長度等，這有助于提升公路工程三維立體模型的可視化的效果。②對已經(jīng)成型的公路工程三維立體模型，工作人員可對其中的公路曲面進行單獨處理，這解決了過去曲面數(shù)據(jù)和公路工程整體設(shè)計方案相融合帶來的問題，確保了曲面編輯、曲面數(shù)據(jù)調(diào)整的效率和準(zhǔn)確度。比如，在剝離了公路工程三維曲面的情況下，工作人員就可以借助參數(shù)編輯器對某一樁號處的公路橫斷面樣式進行查看，并以此為基礎(chǔ)確定設(shè)計方案是否存在不合理之處［6］。

5 結(jié)論

公路工程是重要的社會基礎(chǔ)設(shè)施之一，其設(shè)計水平直接決定了公路工程的施工質(zhì)量，而公路路線設(shè)計工作比較復(fù)雜，工作人員除要明確設(shè)計目標(biāo)、確定設(shè)計理念外，還需要充分發(fā)揮BIM技術(shù)的優(yōu)勢，對其在公路路線設(shè)計中的應(yīng)用要點進行綜合分析。在今后的工作中，工作人員應(yīng)不斷總結(jié)BIM技術(shù)的應(yīng)用經(jīng)驗，從而達到公路路線設(shè)計合理性的目標(biāo)，并避免人工設(shè)計導(dǎo)致的質(zhì)量問題，不斷提高公路路線設(shè)計水平。