□ 何永志

21世紀以來，我國公路建設發(fā)展迅猛，城鎮(zhèn)公路勘察設計三維模型的標準化是把BIM技術(shù)和城市道路征集設計結(jié)合起來，以達到共同發(fā)展的目的。

工程信息模型（BIM）在國內(nèi)外建筑業(yè)中有著廣泛的應用，具體表現(xiàn)在工程規(guī)劃、測量和施工、施工和監(jiān)測、運行和維護等工程全過程的運用，大大提升了整個工程行業(yè)的工作效率和質(zhì)量。

在我國公路勘察設計行業(yè)中，對BIM的研究與應用尚處于起步階段。BIM是基于數(shù)據(jù)互操作的，在不同的技術(shù)任務下，如何實現(xiàn)公路三維模型的標準化和信息交換，并最終實現(xiàn)BIM技術(shù)與城市公路勘察設計的協(xié)同配合，是公路勘察設計領域的核心技術(shù)問題。

1 概念淺析

1.1 BIM技術(shù)與公路工程勘察設計

BIM技術(shù)經(jīng)常被用于分析、操作和提供設計和建造資源，同樣可以應用到公路工程勘察設計中，可提高設計和施工效率，避免實際施工中不必要的安全隱患和風險。BIM建筑信息模型技術(shù)的特點十分突出，可概括為整體性、相關(guān)性、一致性、可視化、設置性、模擬性、優(yōu)化性、致盲性。

1.2 公路勘測施工

公路運輸技術(shù)領域的主要工作是地質(zhì)勘探和制圖、遙感圖像分析、物探、地質(zhì)土質(zhì)提取和城鎮(zhèn)公路試驗。根據(jù)一系列的前期研究工作進行分析、總結(jié)，并完成最后的研究和計劃，獲得道路交通技術(shù)研究報告。

2 城鎮(zhèn)公路BIM三維模型建模分析

2.1 城鎮(zhèn)公路三維模型的建模

城鎮(zhèn)公路目前在設計階段很難建立一個三維的模型來完成其整個生命周期的各種任務，但是，層次建模方法如LOD（詳細層次）可被用來完成盡可能多的任務。按照BIM模型的應用任務，可利用模型的幾何信息和屬性信息，建立相應的城鎮(zhèn)公路設計空間分布圖。

DEM-TIN模型主要關(guān)注自然條件，例如地形、地質(zhì)、地貌、生態(tài)；生成三維城市道路模型，強調(diào)對設計路徑的概念和管理，例如道路、橋梁、隧道、服務設施等；用四維（時間維）表示建筑水平管理，改變模型顏色或其他功能。路線規(guī)劃完成后，各個部件的三維模型可以根據(jù)設計方案快速重構(gòu)[1]。

2.2 數(shù)據(jù)建模方法

城鎮(zhèn)公路技術(shù)勘察設計項目主要分為新建、改建兩類?？睖y范圍通常包括改擴建工程現(xiàn)場和現(xiàn)有的主要建筑物，如道路、橋梁、隧道等。當前我國公路勘察設計階段雖然可以建立三維模型，但后期對層次LOD建模要求很高。在BIM咨詢的整個生命周期中，模型的豐富性和細節(jié)性是其設計的主旋律，所以要盡量避免重復建模和模型信息沖突。

結(jié)合現(xiàn)有的道路測量技術(shù)和CAD技術(shù)，通常從道路現(xiàn)場測量和三維模型庫中提取道路BIM模型，構(gòu)建現(xiàn)有道路和道路走廊的三維模型。建設信息模型幾何信息和紋理特征可用于現(xiàn)有地形和道路模型。

（1）衛(wèi)星測量系統(tǒng)。在立體測繪中，采用0.5m以上分辨率的衛(wèi)星圖對其進行加工，然后在此基礎上利用衛(wèi)星影像生成地表構(gòu)造，建立3D模型，進行地質(zhì)災害遙感解析，該方法在初步設計或者方案比選中應用性較強[2]。

（2）航空攝影測量。采用超過1∶2000比例尺的數(shù)字地形圖，以滿足公路建設需要。

（3）三維激光測量。三維激光技術(shù)有如下特點，有較強的植物穿透能力、有采集點三維坐標的能力、速度快、精度高。該方法運用靈活，數(shù)據(jù)處理周期短，非常適合城市道路的三維建模。

以城鎮(zhèn)道路為對象的三維建模中，地面測量和無人機測量優(yōu)勢各異。在地形、互通立交、路基、路面、橋梁等環(huán)節(jié)的測量中，可以采用直升機、無人機以及小型運輸機的測量方法。其采集結(jié)果用DOM或三維激光點云呈現(xiàn)，能夠滿足公路設計和現(xiàn)有路面的探測要求。機載激光測量技術(shù)為1772cm能夠符合城鎮(zhèn)公路改建要求。在無遮擋的道路基礎設施如護欄、路面、標線和隧道內(nèi)部橫斷面的測量上，可以以汽車為載體進行測量，數(shù)據(jù)成果以全景彩色數(shù)字鏡像和三維激光點云進行展示。然后，利用地勘鉆孔數(shù)據(jù)，運用 AutoCAD技術(shù)、自動三維建模技術(shù)，對線路廊道隧道周圍的巖體進行三維建模[3]。利用激光測量、高分辨率衛(wèi)星測量和航空攝影測量等方法，獲得地表特征的三維信息。

3 勘察設計階段BIM協(xié)同設計

（1）模型坐標單位。DEM提出了道路設計的三維模型和交通輔助設備的三維模型，用于現(xiàn)場測量的飛機坐標系和高度坐標系，既符合我國公路現(xiàn)有的設計習慣，又能滿足我國道路發(fā)展的需要，便于模型的碰撞檢測與分析和后續(xù)工程的設計與運行[4]。

（2）現(xiàn)有公路一級模型的精確度。針對城鎮(zhèn)公路改擴建工程計量要求的精確度和我國公路工程建設與養(yǎng)護管理的要求，提出了符合設計圖紙的精度要求，即高精度。就現(xiàn)階段來說，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度公路測量施工的只有三維激光技術(shù)，其在我國城鎮(zhèn)公路改建中有著重要作用。

（3）直觀管理模型。相較于CAD圖形，BIM模型的屬性信息和幾何信息更加豐富，如果使用Bentley和Revit軟件對BIM應用進行開發(fā)，應該將包含屬性和幾何信息的對象信息打包成相應的文件。BIM基于層次結(jié)構(gòu)LOD模型，針對工程信息不同任務的需求，提出了一種方便、高效、豐富的三維工程信息可視化方法。

（4）專業(yè)BIM協(xié)同設計。當軟硬件水平相同時，BIM的應用效果受到用戶使用BIM技術(shù)的能力限制。

4 勘察設計階段BIM應用實踐

某城市公路改擴建工程路線里程約191km，具有縱向分段、橫向分段的特點，施工形式多種多樣，路況復雜，運輸量大，施工和技術(shù)難度較大，并且對于工期有著嚴苛的要求。在該項目中，為了獲取既有路面的地面信息，相關(guān)工作人員使用機載激光三維測量技術(shù)對其進行測量，并實現(xiàn)了公路 BIM可視化。

機載3D激光測量技術(shù)能夠?qū)返乇淼娜S數(shù)據(jù)進行精準獲取，同時還能嚴格控制數(shù)據(jù)測量精度，使其符合相關(guān)設計標準。另外，由于不同路段的實際情況不同，也采用了車載設備進行測量，由此獲得的相關(guān)數(shù)據(jù)為構(gòu)件BIM模型提供了有效依據(jù)[5]。

在該公路的勘察設計中，對點云數(shù)據(jù)的處理以及對所有DOM的處理均采用統(tǒng)一的平面坐標系。在處理地面表密度點云數(shù)據(jù)和正射影響之后，按照不同比例尺要求，根據(jù)所采集的點云數(shù)據(jù)和DOM數(shù)據(jù)，構(gòu)件DEM多級分辨率模型，以此為不同設計方案的選擇和公路工程路線的選擇提供基礎數(shù)據(jù)。另外，公路工程的路面以及相關(guān)橋梁的點云模型在BIM模型中也得以應用。在Auto CAD條件下，設計人員可以將BIM模型和彩色分辨率為0.2m的DOM模型進行共享，以實現(xiàn)其在模型中的有效集成。

此外，所有比例尺條件下的DEN模型也可以利用Bentley平臺進行導入。使相關(guān)數(shù)據(jù)都能呈立體化展現(xiàn)狀態(tài)。在此背景下，設計人員就可以根據(jù)不同的路線樁號展開詳細設計，便捷地獲取原路面數(shù)據(jù)和相關(guān)地形，并自動實現(xiàn)提取既有車道標線。結(jié)合Bentley平臺和Highway、Las等設計軟件，以BIM精細模型為基礎，方便快捷地完成公路改建設計。BIM模型還可以成為基礎設計成果展示平臺和共享平臺，通過與CAD軟件的聯(lián)合，將設計方案直接導入CAD中[6]。

5 結(jié)語

針對BIM三維建模圖像設計的核心特點及數(shù)據(jù)交互，對城鎮(zhèn)公路工程BIM設計進行了初步的探索和應用。今后我國對公路信息商務軟件的整合、設計與施工管理、標準體系的建立、BIM設計的效率與質(zhì)量等方面的研究和發(fā)展還有待業(yè)界的共同推動。

目前，BIM技術(shù)在城鎮(zhèn)道路工程中的應用還處于起步階段。實現(xiàn)公路勘察設計信息流在公路生命周期BIM中的應用，將成為現(xiàn)代公路建設的迫切需要，為公路基礎設施建設創(chuàng)造更多的技術(shù)價值和經(jīng)濟效益。