李婷婷

（中交公路規(guī)劃設計院有限公司,北京 100000）

1 引言

傳統(tǒng)道路工程設計依賴CAD、Card1等軟件的工程二維建模設計，但道路工程涉及路面、路基、橋梁、隧道、立交等工程，各專業(yè)知識較差，二維圖紙設計的成果存在一定不足，可能影響項目成本及投資[1]。道路工程設計應在滿足安全性的基礎上，將建設信息全面反饋給交通運輸部門，將設計意圖傳遞給施工方。通過BIM技術進行道路工程設計，可提高設計意圖表達的準確性，彌補傳統(tǒng)二維圖紙的不便，為決策、設計人員提供更優(yōu)的設計手段，也為推動道路信息化設計奠定基礎。

2 BIM概述

BIM為建筑信息模型，是建筑數(shù)據(jù)設計、建設、運營的一項重要應用，其將建筑各個參與方集中起來，共享信息，更好地保障建筑質量[2]。GB/T 51235—2017《建筑信息模型施工應用標準》中，認為建筑工程中，對工程物理、功能特性數(shù)字化表達，并依據(jù)此設計施工的，稱為BIM。BIM以數(shù)字化技術在計算機上構建三維立體模型，為道路工程設計提供一個信息庫，為設計提供優(yōu)質服務[3]。

3 BIM在道路設計中的應用

3.1 建模

建模是BIM應用的前提，利用道路的幾何設計基礎的數(shù)據(jù)及地形，構建出信息化的標準地面、道路、道路橋梁隧道等構件，之后以衛(wèi)星、航空影像（GPS、GIS）支持，對影響模型進行貼圖處理，提高數(shù)字模型真實性，營造虛擬化空間。

采用BIM信息軟件，可高效制作出道路模型。例如，構建更新的交互平面道路口，也可利用軟件的內部操作部件，構建虛擬的人行道、綠化帶、溝渠、車道組件、紅綠燈等。按照常用的設計規(guī)范設計好道路的各項交通標識、路面的標線等[4]。也可以按照各個地區(qū)的交通規(guī)范，創(chuàng)建出獨特的部件。要確保施工圖及各項標注都處于最新狀態(tài)，與實際社會中的規(guī)范保持一致，以此便于道路工程設計人員進一步優(yōu)化設計。

3.2 BIM+GIS

道路工程的設計主要依賴施工區(qū)域的原始地形、地貌數(shù)據(jù)，而傳統(tǒng)CAD二維圖紙設計中，針對部分長線條帶寬道路，往往需要測繪支持，開展實地測繪，費時費力，測試完成后還需要以大量測繪點支持，制作地形圖，設計完成需要對應設計人員有較強的空間想象力和理解能力，稍有差池，設計效果就不理想。此外，道路工程設計若遭遇大規(guī)模拆遷征地，將會出現(xiàn)大量不可控因素。有時設計實地環(huán)境復雜，需設計人員長時間開展野外勘察，針對項目建設需求，需出勘多次，極大地限制了設計效率的提高。

a城市某段高速道路合樅段設計中，按照項目特性及建設要求，采取無人機傾斜攝影方式獲取實地數(shù)據(jù)，控制主線帶寬左右各300m幅度，局部的工點位置也保證500m的幅度。以五鏡頭傾斜相機，沿線路設置滿足1∶2 000的控制點位。

由于項目帶狀的特性影響，無人機采集到各項圖片數(shù)據(jù)后，若直接采取空三分析建模，成功率較大，故采取重建大師軟件計算數(shù)據(jù)，完成空三處理，構建出多角度的三維真實虛擬模型。該案例項目的施工復雜區(qū)域位于某互通立交，該立交和附近一高速相交匯，在樞紐區(qū)域以無人機攝影測量技術獲取了高清的圖像數(shù)據(jù)，簡單處理后以GIS平臺對當?shù)貭顩r以虛擬模型方式還原，再接國家84坐標系進一步控制模型誤差，將最終的高度誤差控制在“米”的級別，平面的誤差控制在分米級別以內，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的理想化精度處理，構建了實景模型。

以無人機傾斜攝影測量可及時勘查現(xiàn)場地貌，為后續(xù)拆遷征地提供數(shù)據(jù)佐證，也可及時生成高清地貌數(shù)據(jù)，為其他設計工作提供有力依據(jù)。之后采用Infaworks的GIS平臺，將模型和一些三維設計模型綜合集成起來，展開模型校核查驗，并對道路工程中的環(huán)境設計開展可視化方案比對篩選。以BIM+GIS的技術應用，達到減少設計階段的人工成本，也為后續(xù)的數(shù)字設計交付數(shù)據(jù)奠定基礎。

3.3 道路工程的多專業(yè)設計校核

道路工程設計包含橋梁、涵洞、隧道等多方面設計，一些特殊的道路工程其涵蓋設計專業(yè)也并不相同。傳統(tǒng)設計工作在設計階段結束后，仍然存在大量的設計改動及變更，流程較為復雜，影響最終設計對施工的指導效果。一些設計中的專業(yè)內容，如橋梁構件埋深、涵洞標高、道路高程等，無法精確定位，現(xiàn)場施工中還存在諸多不確定因素。故在設計當中應落實可靠的設計校核，提前發(fā)現(xiàn)潛在問題，規(guī)避設計失誤，確保設計為施工提供的全方面指導。以a城市某段高速道路合縱段設計為例，其全線三維設計按照標段劃分，選擇Bentley平臺結合2007版CAD三維平臺建模，為簡化建模過程，基于Revit平臺工具再次開發(fā)，最后以項目集成平臺，對各項BIM數(shù)據(jù)融合，提高模型功能性。

設計階段利用實地地形及無人機攝影技術得到初步的BIM模型，設計人員考慮現(xiàn)場情況及道路建設要求，綜合設計模型，以綜合對比分析、路線限界校核、碰撞檢測等方式提高設計校核質量。多階段的設計同步開展專業(yè)的設計校核，有效規(guī)避設計失誤、凈空不足等。優(yōu)化后的模型可為后續(xù)工程施工提供全面、準確的參數(shù)支持，避免施工中出現(xiàn)諸多設計變更。

3.4 構件編碼的應用及拓展

BIM技術貫穿在道路工程設計、施工全過程中，BIM模型在設計施工再到道路運維，其模型數(shù)據(jù)參數(shù)傳遞、構建信息使用都是銜接各個時期BIM技術有效應用的方式，故設計階段需做全面構件信息的編碼。通過應用構件編碼，可確保道路工程的不同階段都可以獲取統(tǒng)一化的模型參數(shù)，其功能要求、性能等都保持一致，構建一個高度集中的管理、應用數(shù)據(jù)過程。

BIM模型由諸多構件構成，儲存及調用模型信息，需索引并區(qū)別構件編碼。通過對三維模型中各個構件賦予構件編碼，相關設計人員搜索編碼，獲取構件信息，道路工程量估計階段，可針對不同構件對模型功能凈量自動比對，提高估算結果的準確性，便于后期迅速了解需修改的構件。

4 結語

綜上所述，在道路工程設計中應用BIM技術，可以看出工程設計的可靠性、安全性、時效性大大提高。目前，BIM技術在我國道路交通設計中應用越來越廣泛，配套技術逐漸成熟，其推廣應用是一項長期發(fā)展的過程。文章通過分析BIM技術在道路工程設計各個方面的應用，為更好地開展道路工程設計提供借鑒，也促進了新一代的數(shù)字化三維技術，為國家建設發(fā)展提供更好的應用。