基于BIM的公路勘察設計與實踐

摘 ?要：本文對基于BIM的公路勘察設計與實踐進行了系統的分析，結合實際案例，對其加強建模質量的管理與控制，收集許多完整的勘察數據，靈活運用GIS技術。BIM技術在公路勘察設計中有很大的應用價值，為了最大限度地發揮其作用，要加強對BIM技術的研究，提高BIM技術在公路勘察設計與實踐中的應用水平，使其能夠更好的的支持公路勘察設計與實際。

關鍵詞：BIM技術;公路勘察設計;應用實踐

1 BIM技術概要及應用現狀

BIM意味著建立信息模型，顧名思義，是通過信息化打造模型的方法，BIM技術在發達國家的幾個建設項目中廣泛使用，其生命周期在項目規劃、設計、采購、建設、施工等方面在整個項目中都貫穿了BIM技術。BIM系統在設計初期階段不僅構建了設計模式，還提供了與建設過程相關的技術支持，在構建過程中為所有的建設企業提供了有效的信息通信模式，實現信息共享。國家的項目管理被傳統思想所束縛，BIM技術的應用受到限制，原因是缺乏專業才能，缺乏某種創新能力，有著根深蒂固的傳統觀念，現在中國BIM系統的應用是工程設計的輔助作用高技術視覺標示、工程碰撞測試、項目進度檢測，也就是說，BIM系統的生命周期項目管理不適用于中國的項目，因此，今后在高速公路工程中擴大BIM系統的適用范圍，并在高速公路項目中有望利用。

2 公路勘察設計要求分析

在高速公路調研設計中，為了確保公路勘察設計，協調設計方案的合理性和科學性可以確保建設變更的減少。在這個階段，BIM技術的應用能夠促進路線專業、隧道專業以及橋梁專業的協調。將BIM技術應用到公路勘察設計，需要滿足以下要求：

2.1 統一模型空間坐標系統

使用空間坐標需要統一DEM和3D模型，平面坐標系和標高坐標系的設計不僅要適應高速公路設計習慣，還要包括在一級模型碰撞檢測對結構進行分析和對公路后期的運行管理。

2.2 保證建模精度

隨著我國對公路質量的要求不斷提高，BIM技術在設計階段的應用也展現出來，它在設計階段能夠進行精度的把控。

2.3 可視化管理

結合實際需求，利用BIM技術進行詳細開發，增強其可視化功能。

2.4 協同設計

完成初步設計后，可以利用BIM技術對其進行深度優化，通過深度優化來保證設計的效果。

3 BIM技術特點

3.1 可視性

隨著公路建設發展的加快，公路工程出現了多種形式，設計師在設計的過程中沒有實物作為參照物，只能用經驗和想象力來設計。隨著BIM技術的引進，三維視覺模式可以畫出公路工程的建設，這是一種新的設計方法，通過建立這三維立體模型，更能直觀地理解建設工程的思想。

3.2 協調性

在建設過程中發現項目存在問題，相關人員應及時召開會議進行討論，找出項目存在的根本原因并及時改進，利用BIM技術對高速公路工程項目進行管理后，及時發現現有問題，提出解決問題的對策，確保建設的進展和質量。

3.3 模擬性

BIM技術的模擬性能較強，在設計階段，可以模擬設計的各個方面，如在招標過程中，可以顯示出以招標為單位的招標相關數據和信息內容，因此對建設規劃方案的理解進行強化，提高招標率，同時進行成本管理的模擬。

3.4 優化性

BIM技術優化的內容是優化方案，優化項目規劃，可以對投資收益進行科學的分析和研究，也可以理解投資收益一系列影響的設計變化，因此通過對BIM技術進行一定程度的優化，進一步科學地管理高速公路工程項目，最終提高項目質量。

4公路工程勘察設計的目的和內容

進行公路工程勘察和設計的基本原因是綜合掌握項目大廈的周邊情況，找到科學合理的計算方法，將其運用到參考信息中，預測公路工程建設中的問題和會出現的誤差，制定出詳細的計劃，提出解決方法，并找到公路工程勘察和設計的最優方案，主要內容為工程地質勘探和映射、遠程感知圖像分析、地球物理勘探、地質土壤采樣、高速公路試驗。對上述工作內容的結果進行綜合分析，并完成最終調查和設計，最終制作出公路工程勘察的報告書。

5 BIM技術與公路工程勘察設計

BIM技術被稱為建筑信息模型技術，也被稱為大廈信息管理，所有建筑物的數據都可以用數字進行模擬。現階段，BIM技術一般用于工程建設模型設計的分析，方便于將設計師的意圖明顯的傳遞給施工人員，建筑信息建模技術基本上是由信息技術快速發展而形成的數字技術，雖然不能設計建筑的建設規劃，但是在項目的建設和管理起著不可替代的重要作用，綜合管理戰略推進了建設技術的改進，在建筑實際建設中可以避免不必要的風險，同時，BIM信息模型技術非常重要，能夠整理信息的完整性、相關性、一致性、視覺化等特性，提高數據的準確性。

5.1 構架公路勘察設計模型的基本要求

在道路工程勘察和設計階段，BIM模型的應用能夠有效改善高速公路調研和設計質量以及高效的BIM模型建設，充分考慮工程調研、路線選擇、施工圖設計的實際需求，充分發揮BIM技術在建模中的作用，根據高速公路施工特性和其他任務的特定使用要求，可以選擇相應的建模方法，道路設計的大部分都需要采用帶狀的空間分布形態，因此路徑較長且存在很多點位，所以在構建BIM模型中可以采用多級建模方式。

在建模過程中，高速公路項目必須考慮特定地區的地形特點，將生態環境條件和經濟水平等因素都要在模型中展現出來，能夠為公路工程的設計規劃提供更可靠的參考數據。同時在進行模型設計也要及時更新數據，確認設計的模型與施工現場的實際情況是否一致，可以運用BIM技術根據設計模式自動建立詳細的模型，在詳細的模型中，可以通過道路設計相關的技術按照標準確定道路布置及相關配套設施的基本形態，保證設計規劃與現場調查數據一致，同時BIM模型可以為設計部門和所有者提供交流平臺。

5.2公路BIM三維模型建模分析

5.2.1 基于BIM技術的協同設計平臺搭建

作為BIM模型的基本數據，使用了尖端測量技術（空中遠程探測、uv傾斜照片、激光掃描等），以和諧的平臺為基礎構建了環境模型，高速公路專家根據數字調查和設計結果自行調查的BIM設計軟件設計、利用設計數據，同時生成高速系統的BIM模型，有專業信息和環境模式的BIM模型，為了在大的場所形成設計的BIM模型，聚集在共同的平臺上進行整合，根據所有學科的特性，專業設計師將所有模型結合起來，確定道路規劃的可行性和設計的合理性，同時實現各設計學科的信息推送和模型的協調處理，專業數據源的設計獨特，通過合作平臺避免因數據的誤差而造成設計錯誤，并且通過BIM共同平臺確認各專業設計師后，在下一階段提交的數字結果可以確保設計信息的準確傳達。

5.2.2公路三維模型的建模要求

在建筑、應用和維護管理階段，設計師要進行3D模型構建工程溝通，應用于理解和項目設計效果，BIM能夠滿足高速設計和設計初期階段的要求，減少問題發生的頻率，并能夠有效的提高工作效率。隨著BIM應用技術的逐漸成熟，在設計階段，線性分布和多高速公路設計項目可以根據多層模型的特性最大限度地滿足高速公路的需求，基于基本模型的覆蓋模式和BIM模型應用任務的幾何學特性來構建對建模條件的考察如下：

5.2.3滿足選線設計與宏觀管理需求

確立體現地形、地質、地形、生態、經濟等自然、社會環境的DEM/TiN模式，確立高速公路簡易三維模式，強調高速公路、橋梁、隧道、服務區的一般路線規劃和設計計劃，或者改變模式色彩或其他屬性，滿足建設計劃管理的需求

5.3 數據建模方法

在道路工程的調查和設計上，高速公路主要包括新高速公路和復興高速公路。調查信息是地形現有道路橋梁。包括隧道等主要路段結構，目前中國的高速公路調研設計后期很難滿足所有BIM技術應用的要求，但是根據LOD層次的建模要求，可以避免重復建模和模型信息競爭，在BIM初期階段，調查和設計后模型和詳細水平的強化是主要內容，目前基于路徑設計結果的3D模型的自動生成技術比較成熟，可以直接應用到BIM道路設計中，通過以下方法將地形和現有路徑模型的幾何學信息以及紋理屬性收集起來。

5.3.1高分辨率衛星測量

衛星地圖使用0.5米以上的地面分辨率和衛星圖像的立體映射可以確定圖像產生的表面紋路和三維地形模型，衛星圖像可以使用遠程感知地質學構建三維地質危險模型

5.3.2 航空攝影測量

航空攝影測量的地面采集寬度雖然比衛星圖像小，但是航空測量程度可以滿足高速公路勘察中的DEM建模要求，比例尺在1：2000以上，DIM建模才可以滿足道路準備設計的要求。

5.3.3 三維激光測量

3D激光測量技術提供了以激光點為基礎的3D坐標，此外3D激光測量還提供移動性、靈活性、具有短數據處理循環的優勢，收集適合高速三維模型建設的數據，飛機、車輛、地面測量平臺在獲取收集對象信息時具有自身優勢。

6公路勘察設計中BIM技術的具體應用實例分析

6.1 案例概述

在某項公路施工中，長4.12km，寬1.6km，通過建立高速公路模型，在以BIM技術3d平臺為基礎的高速公路勘察設計中，進行了橫斷道路設計和相關設計，取得了良好的結果，結合高速公路調研設計的實踐，整理了現代高速公路調查的實施經驗和基于BIM技術的設計。

6.2 數據來源

高速公路調研和設計中使用的具有5000m的地形圖，CASS 6.0處理適用的地形圖，提取地形圖的立面圖，獲得3D模型的原始數據。DEM信息也可以用Civil3D軟件顯示出來。

6.3 設計方案

6.3.1 平面線路的設計

平面設計線交叉點坐標采用傳統的設計方法制作了電路圖，根據生產線的出發點和關鍵設計了最佳解決方案，調整射程，在線路的生成上，半徑參數和直線曲線表等與相關的參數使用3D模型設定高速公路屬性，定義100米木樁和元素山，制定好標準，設置完線路后，使用水晶工具播放電路屬性表。

6.4 縱斷面設計

根據DEM的位置信息，接地配置也采用了包括曲線式和曲率半徑的電路圖來設計布局圖，加快進行高速公路的設計。

6.5 設置幾何參數

利用高速公路設計數據和垂直單面數據構建單面立體形狀的模型。路段0+860和0+870，1+100和1+110模型是基本的過渡步驟，在三維模型中，基于BIM的高速公路調研和道路設計人員隨時都可以變更，十字路口交叉，軟件用于改變斜面的切片比例，道路形成為了方便道路橫斷面后使用，要建立相應的道路界限。

6.5.1 橫斷面設計

使用單面模型設計了單面，對于單面精度，考慮到對施工工作量產生直接影響的計算，需要嚴格管理，在這種設計中，橫斷面的抽樣距離根據30m進行控制，主要控制因子100米木樁的橫斷面，具體運算處理繪制單面采樣線。選擇線的中心線為中心線，根據高速公路的邊界條件，尋找橫斷面左右的距離，制作樣品線后，可以自動生成橫穿高速公路的層，根據單面土壤層計算砂土量，在該設計中使用DEM技術，并計算挖掘總量。

6.5.2 插值分析

DEM的精密度直接影響了包括垂直單面和單面設計在內的高速公路設計，影響DEM的主要原因包括地形條件和數據點，在設計上我們分析了數字化標高模型的精密度的影響，以工程量為準在本項目設計中，我們建立了數字標高模型，進行了設計和測量，為了獲得計算結果，采用傳統的測量方法和克里金插值法等去構建了數字高程模型，進行設計以及計量。

6.6應用效果分析

通過BIM應用、信息系統和軟件進行計算，構建模型結構，可以實現項目的視覺化，提高高速公路的調研和設計效率，在上述技術案例中，我們改善了傳統模式中的設計缺陷，取得了良好的結果是利用BIM技術的Civil3D軟件平臺，數字模型和各種高速公路區間的數據表被保存為道路調查和設計項目的DWG檔，可通過網絡變更數據信息。

7 基于BIM的公路勘察設計要點

7.1 做好建模的把控

需要基于BIM道路調查和設計構建3D模型的DEM數字標高模型等，為了確保設計結果的質量，進行良好的建模和控制，具體如下：高速路線選擇滿足宏觀管理需求的DEM模型或注釋模式去主要構成其自然環境，包括地形和地質學，高速公路三維模型主要是為了強調包括道路和橋梁在內的高速公路路線規劃和設計計劃，采用變形模式的顏色和不同屬性，建設高速公路4D或者滿足5D的標示要求。

7.2 保證勘察數據的真實性

基于BIM道路調查和設計，數據調查需要多使用原始的調查數據，該數據信息是通過測量公共照片等野外調查獲得的，為了確保道路調查、設計結果的科學性和合理性。為了增強數據信息的可靠性，需要采取以下對策：充分發揮當地調查業務管理機制建設系統的規范作用，控制數據采集質量;明確道路調查、設計業務的實際需求整理相關人才，根據調查業務規范和流程收集相應的數據信息，對于收集到的數據信息，必須保證可靠性和一致性。

7.3 結合應用GIS技術

道路工程建設受到地理環境因素和地質條件的巨大影響，目前BIM模型設計軟件現狀有幾個缺點，如小空間范圍等大量數據信息無法裝入，在這種情況下，GIS技術和BIM技術結合數據處理和分析支持，運用GIS技術對項目的地理環境的了解可以達到最大化，其研究的空間范圍非常廣，因此為了提供對道路調查和設計工作的大力支持，基于BIM的道路調查和結合設計利用GIS技術進行空間分析，優化道路選擇線的設計，獲得更好的結果，運用GIS技術可以獲得更全面的地理信息，它可以提供設計的基本信息。

8結束語

目前，BIM模型廣泛應用于中國的高速調研和設計，高速調研和設計部門加強對BIM技術的研究，總結實際應用經驗，改善BIM技術應用程序的相關標準，為改善高速公路整體改進，BIM技術必須推進應用程序，促進我國公路勘察和設計技術水平更加標準化，為我國的高速公路產業現代化提供了重要的技術支持。

參考文獻

[1] ?張軍.基于BIM的公路勘察設計與實踐探討[J].建材與裝飾，2019（02）：270-271.

[2] ?張小龍.基于BIM的公路勘察設計與實踐研究[J].交通世界，2018（24）：18-19.

作者簡介：張瑞（1983-），女，漢族，河南南陽，工程師，碩士，巖土工程。