基于BI M技術(shù)的公路勘測設(shè)計研究

苗成濤

（山東智行咨詢勘察設(shè)計院，山東 德州 253078）

1 引言

新時期背景下，我國交通運輸行業(yè)得到了飛速發(fā)展，公路工程建設(shè)要求也隨之不斷提高，為人們的日常生活、工作、出行等都提供了極大的便利，也逐漸成為提升社會經(jīng)濟水平的重要因素。在現(xiàn)代信息技術(shù)的支持下，公路建設(shè)逐漸朝著科技化、信息化方向不斷發(fā)展，公路勘測設(shè)計作為其中的重要環(huán)節(jié)和步驟，得到了更多的重視，而BIM技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用有效解決了傳統(tǒng)公路勘測設(shè)計信息交流不暢、設(shè)計成本較高等弊端，在提升公路設(shè)計水平和建設(shè)質(zhì)量方面發(fā)揮了重要作用。

2 BI M技術(shù)在公路勘測設(shè)計中的應(yīng)用

2.1 勘測環(huán)節(jié)的應(yīng)用

在BIM技術(shù)和其他設(shè)計軟件的聯(lián)合運用以及支持下，能夠同時完成多個任務(wù)，同時也能協(xié)調(diào)完成同一個任務(wù)，極大地提升了公路勘測工作的便利性和效率。例如，在經(jīng)過外業(yè)勘測后，可對原始地形地貌的勘測數(shù)據(jù)信息進行匯總和編輯，實現(xiàn)勘測數(shù)據(jù)信息的科學(xué)管理，并構(gòu)建地面實景。

2.2 設(shè)計環(huán)節(jié)的應(yīng)用

2.2.1 平曲線設(shè)計

在平曲線設(shè)計的過程中，按照交點坐標(biāo)以及常規(guī)設(shè)計方式，進行線路圖的制作，著重強調(diào)對線路起點以及重點路段的設(shè)計，確保路線最優(yōu)，并在此基礎(chǔ)上對交點坐標(biāo)進行合理調(diào)整。為保障線路圖設(shè)計的合理性以及科學(xué)性，需要在Civil 3D軟件當(dāng)中對交點坐標(biāo)進行合理調(diào)整，包括半徑參數(shù)、線路直曲度等，并合理設(shè)置公路線路屬性、百米樁等，明確線路設(shè)計標(biāo)準。

2.2.2 縱斷面設(shè)計

在成型的公路線路基礎(chǔ)上，根據(jù)DEM定位信息生成縱斷面圖形，結(jié)合實際情況合理進行曲線樣式、半徑等設(shè)計，實際應(yīng)用BIM技術(shù)進行設(shè)計的過程中，應(yīng)采取人機交互模式，進一步確保設(shè)計的準確性與合理性。制作斷面圖時，需明確以下技術(shù)要求：

1）橫斷面測量應(yīng)逐樁展開，施測寬度單側(cè)應(yīng)在40 m以上，挖方路段施測到塹頂20 m外的位置，測量過程中，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行確定，同時高填方路段施測到塹坡腳20 m外的位置，沿河路段橫斷面施測寬度應(yīng)至少為50 m；

2）主要測設(shè)內(nèi)容包括百米樁、公里樁以及工點起終點等；

3）橫斷面測設(shè)間距應(yīng)控制在5~30 m，要求每100 m測點應(yīng)至少為3個；

4）工點范圍內(nèi)橫斷面測設(shè)間距應(yīng)控制在20 m。

縱斷面主要包括縱斷面設(shè)計和地面線繪制，后者為地面線，主要負責(zé)顯示指定線路的原始地形曲面高程情況，在BIM軟件中屬于只讀對象。設(shè)計縱斷面時，主要包括以下步驟：

1）訪問緯地縱斷面數(shù)據(jù)，調(diào)取縱斷面設(shè)計信息，并運行相關(guān)數(shù)據(jù)；

2）在Civil 3D中創(chuàng)建縱斷面對象，添加直坡段與豎曲線，然后繪制縱斷面圖。

2.2.3 橫斷面設(shè)計

高速公路橫斷面越復(fù)雜，利用Civil 3D軟件進行設(shè)計的優(yōu)勢越發(fā)明顯和突出，不僅可以隨時對橫斷面元部件進行搭配，而且能實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的及時匹配和同步，充分體現(xiàn)了BIM技術(shù)的優(yōu)勢。在實際進行公路橫斷面設(shè)計的過程中，需要使用代碼表示橫斷面中的點和線，將所有點連接起來形成的線，稱為要素線，沿道路將要素線連起來形成的面，稱為曲面。在Civil 3D軟件中，部分代碼及其實際意義見表1。

表1 部分代碼及其實際意義

2.2.4 三維模型構(gòu)建

完成路基路面模型構(gòu)建后，需要在前期勘測相關(guān)工程設(shè)計信息，構(gòu)建3D可視化模型，主要包括以下幾個步驟：

1）參數(shù)提取：結(jié)合實際情況以及現(xiàn)有資料，對形成道路當(dāng)中的各類元件參數(shù)的有效提取，為后續(xù)模型構(gòu)建提供可靠支持；

2）參數(shù)化道路信息模型構(gòu)建：將基本道路單元數(shù)據(jù)模型與行為模型進行有機融合，以此保障在公路設(shè)計過程中，模型能夠根據(jù)設(shè)計與規(guī)劃方案的變化進行同步修改，提升公路設(shè)計的便捷化與自動化；

3）建立數(shù)據(jù)庫，開發(fā)JSJTY-EICAD軟件的模型數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能，并將其轉(zhuǎn)換到數(shù)據(jù)文件當(dāng)中，然后，將道路信息模型導(dǎo)入Revit軟件中，構(gòu)建完整的道路工程設(shè)計信息，以便后續(xù)設(shè)計過程中直接提取道路模型信息、工程屬性等，減少不必要的設(shè)計流程，提高設(shè)計質(zhì)量與效率。

2.2.5 技術(shù)應(yīng)用效果

以山東某新建高速公路工程為例，該項目施工段長度為8.7 km，設(shè)計時速為200 km/h，項目途徑城鎮(zhèn)、立交橋，涉及高架橋施工，考慮到后續(xù)城鎮(zhèn)發(fā)展建設(shè)，還需要在部分區(qū)段預(yù)留遠期綜合管廊空間。經(jīng)過對項目工程的實地考察和分析發(fā)現(xiàn)，項目實施過程中，拆遷難度相對較大，而且需要保存周圍部分景觀，整體復(fù)雜程度較高，為保障勘測設(shè)計效果，需采用BIM技術(shù)以及相關(guān)軟件搭建三維模型，展開全面協(xié)同管理。

在案例工程中，采用了Civil 3D軟件以及航空攝影測量技術(shù)，完成了公路全線的三維實景建模，地形圖比例尺確定為1∶2 000，基本等高距為2 m，然后進行三維激光掃描，將采集到的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)紹IM平臺，有效還原現(xiàn)場真實場景，然后通過疊加現(xiàn)場勘測數(shù)據(jù)構(gòu)建地層分布模型，將勘測結(jié)果真實、準確、全面地呈現(xiàn)出來[1]。實際勘測過程中，獲取數(shù)據(jù)的精度要求見表2。

表2 數(shù)據(jù)精度要求

在案例工程項目勘測設(shè)計中，基于公路本身特點，設(shè)計內(nèi)容相對更為復(fù)雜，應(yīng)用BIM技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對于地形、地貌實景圖的真實、全面呈現(xiàn)，為公路設(shè)計提供良好支持，并在優(yōu)化調(diào)整參數(shù)時，還能夠同步進行模型更新，同時還能夠有針對性地展開施工方法分析、深化設(shè)計，有助于提高設(shè)計過程的靈活度和便利性，保障工程設(shè)計方案的合理性。此外，BIM技術(shù)還能夠為工程建設(shè)各參與方提供協(xié)同交流平臺，實現(xiàn)多方主體共同參與，能夠有效提高設(shè)計方案的全面性，合理進行設(shè)計深化，極大地提升了公路勘測設(shè)計的質(zhì)量和效率[2]。

3 BI M技術(shù)在公路勘測設(shè)計中的應(yīng)用要點

3.1 實現(xiàn)協(xié)同設(shè)計

在公路勘測設(shè)計中應(yīng)用BIM技術(shù)，能夠構(gòu)建虛擬環(huán)境，有助于專家團隊、建設(shè)單位以及其他參與方共同參與設(shè)計過程，在多方的協(xié)調(diào)配合下，能夠確保在較高的工作效率下實現(xiàn)設(shè)計目標(biāo)。同時，在現(xiàn)代激光掃描技術(shù)、測量攝影技術(shù)以及各類輔助性軟件的支持下，BIM技術(shù)中的三維交互應(yīng)用效果不斷提升，通過建立完善的數(shù)據(jù)庫，有效實現(xiàn)了對公路模型信息的管理和統(tǒng)計，項目各參與方能夠在數(shù)據(jù)庫中快速、便利地找到需要的數(shù)據(jù)信息，并結(jié)合公路模型對設(shè)計方案展開深入分析，提出合理的優(yōu)化建議。而且BIM系統(tǒng)平臺還能為協(xié)同設(shè)計提供查詢、檢查以及實時在線修改等功能，實現(xiàn)對于各方要求的合理疊加，并將設(shè)計內(nèi)容和相關(guān)要求實施結(jié)果直接呈現(xiàn)出來，有效提高了信息傳遞、共享，以及設(shè)計方案審核效率，促使協(xié)同設(shè)計更加高效、合理。

3.2 可視化模型

可視化模型展示是BIM技術(shù)在公路勘測設(shè)計中的主要優(yōu)勢之一，通過對可視化設(shè)計模型的展示，能夠使設(shè)計人員以及項目各參與方直觀地了解設(shè)計方案的整體效果，而且通過對模型進行參數(shù)化處理后，還能實現(xiàn)模型與設(shè)計參數(shù)的同步更新，提升了方案設(shè)計的便利性，有助于實現(xiàn)多方案的科學(xué)比選。以某公路隧道斷面方案比選為例，通過BIM技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對設(shè)計方案多方面數(shù)據(jù)信息的有效提取，包括工程量估算、空間關(guān)系體現(xiàn)等多方面，而且相應(yīng)設(shè)計方案的構(gòu)成以及對應(yīng)關(guān)系更加直接，工程量輸出更為便捷、快速、準確，能夠為設(shè)計人員提供準確可靠的設(shè)計優(yōu)化和改進參考，而且還能夠?qū)ψ罱K成果進行仿真展示，進而輔助進行方案決策。

3.3 碰撞檢查

碰撞檢查是BIM技術(shù)下，提高公路設(shè)計質(zhì)量的重要措施，是以數(shù)字三維模型為依托，根據(jù)設(shè)計方案相關(guān)參數(shù)設(shè)置對公路設(shè)計方案進行的碰撞檢測，能夠?qū)崿F(xiàn)在有限空間區(qū)域內(nèi)，對工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案存在的問題進行高效檢測，確定兩個或者多個物體間在指定范圍內(nèi)是否存在重合或者交叉的情況，以免在后續(xù)施工過程中出現(xiàn)碰撞情況，需要重新進行方案設(shè)計，對工程質(zhì)量、進度以及成本等造成不良影響。工程項目中的碰撞檢測主要包括以下3種類型：

1）硬碰撞，指工程實體間的直接接觸；

2）軟碰撞，指工程實體間雖然未出現(xiàn)接觸情況，但間距不滿足相關(guān)標(biāo)準要求；

3）重復(fù)項檢測，指專業(yè)圖元的重復(fù)檢測。

可借助Navisworks進行碰撞檢測，以此能夠有效避免出現(xiàn)重復(fù)計算、設(shè)計質(zhì)量低下等問題，對于保障工程質(zhì)量、效率，降低設(shè)計變更概率有著積極作用[3]。

4 結(jié)語

綜上所述，公路勘測設(shè)計本身復(fù)雜程度較高，為保障設(shè)計質(zhì)量和效率，需要借助BIM技術(shù)，通過構(gòu)建三維模型、實施碰撞檢測等方式提高設(shè)計質(zhì)量和水平，同時，還能實現(xiàn)對設(shè)計參數(shù)的實時變更和方案比選。在實際應(yīng)用BIM技術(shù)進行公路勘測設(shè)計的過程中，應(yīng)結(jié)合不同設(shè)計要求和系統(tǒng)性能，合理選擇相應(yīng)支持軟件，促使BIM技術(shù)的優(yōu)勢與作用得到充分發(fā)揮，降低公路勘測設(shè)計的復(fù)雜程度，進而達到提升公路勘測設(shè)計質(zhì)量與效率的目的，同時為公路建設(shè)貢獻力量。