陳善祥 楊宏順 劉吉標(biāo) 陳國春

摘要：BIM技術(shù)在建筑行業(yè)得到廣泛關(guān)注和應(yīng)用研究，隨著BIM技術(shù)日趨成熟，BIM技術(shù)也逐漸開始在道路工程得到了很好運(yùn)用。對(duì)此，本文首先對(duì)于BIM技術(shù)的概念及特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)，運(yùn)用Bentley軟件進(jìn)行低等級(jí)公路設(shè)計(jì)，應(yīng)用效果良好。

關(guān)鍵詞：道路工程;BIM技術(shù);低等級(jí)公路;設(shè)計(jì)應(yīng)用;Bentley

1前言

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)與科技的飛速發(fā)展，我國新農(nóng)村建設(shè)的步伐也在不斷加快，低等級(jí)公路的新建與改建項(xiàng)目也日益增加，開始進(jìn)入高速發(fā)展時(shí)期。同時(shí)隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，國家對(duì)低等級(jí)公路工程項(xiàng)目建設(shè)的科學(xué)性、合理性和生態(tài)環(huán)保性要求的不斷提高，傳統(tǒng)的二維平面設(shè)計(jì)模式和規(guī)劃理念已經(jīng)逐漸無法適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的步伐。

因此，在低等級(jí)公路工程中引進(jìn)BIM技術(shù)，根據(jù)其獨(dú)特的可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性等特點(diǎn)，不僅可以將低等級(jí)公路設(shè)計(jì)三維立體圖像直觀準(zhǔn)確的展示，還可以提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量，減少錯(cuò)漏，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和避免設(shè)計(jì)與實(shí)際不符的問題，同時(shí)對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)有著深遠(yuǎn)影響。同時(shí)，這也為BIM技術(shù)在低等級(jí)公路工程的設(shè)計(jì)研究提供科學(xué)的數(shù)據(jù)和準(zhǔn)確的參考模型，對(duì)于低等級(jí)公路工程的信息化發(fā)展有著重要的意義。

2 BIM技術(shù)概述

BIM技術(shù)也被稱為建筑信息模型技術(shù)，是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，集成了建筑工程項(xiàng)目各項(xiàng)相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)模型，是對(duì)工程項(xiàng)目設(shè)施實(shí)體與功能特性的數(shù)字化表達(dá)。

簡(jiǎn)單來說BIM技術(shù)并不等同于三維模型，是一種應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)、建造、管理的數(shù)據(jù)化工具，通過對(duì)建筑的數(shù)據(jù)化、信息化模型整合，在項(xiàng)目策劃、運(yùn)行和維護(hù)的全生命周期過程中進(jìn)行共享和傳遞，使工程技術(shù)人員對(duì)各種建筑信息作出正確理解和高效應(yīng)對(duì)，為設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)以及包括建筑、運(yùn)營(yíng)單位在內(nèi)的各方建設(shè)主體提供協(xié)同工作的基礎(chǔ)，在提高工作效率、減少設(shè)計(jì)變更、節(jié)約成本和縮短工期方面發(fā)揮重要作用。

3 BIM技術(shù)的特點(diǎn)

3.1可視化

可視化即“所見所得”的形式。在低等級(jí)公路工程中，傳統(tǒng)的二維施工圖紙中的各種構(gòu)造物都是以抽象的線條來表示的，其構(gòu)造物的真正的形式難以真實(shí)準(zhǔn)確的表達(dá)出來。BIM提供了可視化的思路，能夠使低等級(jí)公路工程設(shè)計(jì)將以往的線條式的二維圖紙轉(zhuǎn)化形成一種三維的立體實(shí)物圖形展示在人們的面前，視覺沖擊感較強(qiáng)，從而真實(shí)化、立體化、形象化的展示設(shè)計(jì)的畫面。并且以三維立體的圖形作為指導(dǎo)，我們能夠快速的發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中錯(cuò)誤或不合理的地方，減少出錯(cuò)，提高工作效率，從而使工程建設(shè)項(xiàng)目在設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維的全生命周期過程中的溝通、討論、變更等都可以在可視化的情況下更高效的完成各方面的工作。

3.2模擬性

BIM技術(shù)利用先進(jìn)的現(xiàn)代化數(shù)字仿真模擬分析系統(tǒng)，并不單單只能模擬現(xiàn)有的模型信息，還可以模擬假定條件下的工程情況。在道路設(shè)計(jì)中，BIM的模擬特性可以對(duì)項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)中適應(yīng)性、合理性等做出直觀準(zhǔn)確的分析，例如日照分析、交通流量分析、水膜分析、行車視距分析、照明方案分析、地質(zhì)災(zāi)害分析等，對(duì)于出現(xiàn)的問題及時(shí)處理并反饋意見。在三維信息模型的基礎(chǔ)上，加上時(shí)間的進(jìn)度信息資料，就可以在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行四維時(shí)間模擬，例如施工進(jìn)度模擬等。同時(shí)還可以在四維信息模型里面引入成本造價(jià)信息資料，進(jìn)行五維成本模擬，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)于工程項(xiàng)目成本的控制。

3.3協(xié)調(diào)性

在低等級(jí)公路工程項(xiàng)目建設(shè)中，因其建設(shè)規(guī)模大，建設(shè)周期長(zhǎng)、涉及專業(yè)廣泛，使其在漫長(zhǎng)的建設(shè)過程中，各工程建設(shè)部門的信息不互通、互不關(guān)聯(lián)。因此，多專業(yè)間的協(xié)調(diào)工作問題一直都是設(shè)計(jì)階段的重點(diǎn)和難點(diǎn)，然而BIM技術(shù)的三維立體化特性可以使不同專業(yè)三維空間模型進(jìn)行同一的立體組合，方便各不同專業(yè)部門隨時(shí)調(diào)取各專業(yè)的信息和參考上游設(shè)計(jì)成果，從而進(jìn)行碰撞檢查并可以自動(dòng)分析導(dǎo)出檢查數(shù)據(jù)。

3.4可出圖性

所謂可出圖性并非傳統(tǒng)意義上抽象線條般的二維設(shè)計(jì)圖紙，而是將三維信息模型作為主要的交付手段后，還需要補(bǔ)充相關(guān)數(shù)據(jù)報(bào)告，如結(jié)構(gòu)計(jì)算、數(shù)據(jù)分析等報(bào)告，并且可以自動(dòng)輔助生成二維設(shè)計(jì)圖紙，通過對(duì)模型進(jìn)行模擬、協(xié)調(diào)后檢查錯(cuò)誤，修正優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，提高設(shè)計(jì)人員的工作效率。

4 BIM技術(shù)在低等級(jí)公路的應(yīng)用

4.1低等級(jí)公路地形圖處理

低等級(jí)公路工程與單體建筑工程相比，它的區(qū)別在于低等級(jí)公路工程呈線條狀分布，與沿線地形、地質(zhì)、水文等地理信息緊密相關(guān)，任何一種地理信息因素的不同都可能引起設(shè)計(jì)方案的重大修改。一般來說，勘察單位一般在完成勘測(cè)任務(wù)之后會(huì)提供二維地形圖紙，但是傳統(tǒng)二維圖紙都是將地形、地貌特征的三維點(diǎn)轉(zhuǎn)化成為平面點(diǎn)、等高線等二維的點(diǎn)線圖形用DWG格式進(jìn)行儲(chǔ)存，一時(shí)間難以觀察出準(zhǔn)確的地形地貌，還會(huì)導(dǎo)致信息傳達(dá)的不準(zhǔn)確。

因此，我們應(yīng)用Bentley平臺(tái)的OpenRoads Designer軟件先創(chuàng)建一個(gè)新的三維DGN文件，將DWG二維地形圖參考進(jìn)入創(chuàng)建DGN文件中，在三維數(shù)字地面模型（也稱為DTM）基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì);利用DTM提取并處理相關(guān)地形地貌的高程數(shù)據(jù)資料，再根據(jù)相關(guān)的需求進(jìn)行合理的調(diào)整，最后創(chuàng)建清楚準(zhǔn)確的三維曲面模型，其中包含各類地理信息數(shù)據(jù)，使設(shè)計(jì)人員對(duì)工程項(xiàng)目實(shí)際地質(zhì)情況更加了解，可最大程度上避免工程潛在風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)能夠在低等級(jí)公路設(shè)計(jì)之前就對(duì)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)、難點(diǎn)等進(jìn)行系統(tǒng)的分析和討論，提高低等級(jí)公路設(shè)計(jì)的效率，具體情況如圖四所示。

4.2低等級(jí)公路平面線形設(shè)計(jì)

平面線形設(shè)計(jì)是低等級(jí)公路工程設(shè)計(jì)中最為重要的步驟。在低等級(jí)公路設(shè)計(jì)的過程中，需要綜合考慮多種因素，例如行車安全性與舒適性、環(huán)境保護(hù)、滿足視距要求等，從而使得道路平面線形設(shè)計(jì)更為精確且合理。

在具體的設(shè)計(jì)繪制時(shí)，可引進(jìn)BIM技術(shù)，通過先新建一個(gè)二維DGN格式文件，再導(dǎo)入建立好的三維地形模型的DTM文件，然后輸入線路的起終點(diǎn)坐標(biāo)參數(shù)，這時(shí)設(shè)計(jì)人員就可以開始選定公路中心線的特征定義，同時(shí)根據(jù)規(guī)范要求設(shè)計(jì)平面線形各個(gè)控制點(diǎn)的參數(shù)并且完成對(duì)公路中心線的繪制。最后設(shè)計(jì)完成后，也可借用BIM技術(shù)的實(shí)景模擬技術(shù)進(jìn)行行車實(shí)景模擬分析，一旦任何一個(gè)模擬環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)，分析并制定合理的解決方案等，進(jìn)而為確定合理的線路方案提供保障，具體情況如圖五所示。

4.3低等級(jí)公路縱斷面設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的縱斷面設(shè)計(jì)都是在二維平面上進(jìn)行的，平面和縱面是性對(duì)獨(dú)立的，并沒有相互聯(lián)系和依賴關(guān)系，對(duì)于平面線形和縱斷線形的協(xié)調(diào)性和整體性只能依靠設(shè)計(jì)人員的空間想象能力和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，不能直觀清楚地看到設(shè)計(jì)效果，使得經(jīng)常出現(xiàn)平面設(shè)計(jì)和縱斷面設(shè)計(jì)都滿足規(guī)范要求，但是相互組合中心線在視覺上缺乏合理性和平順性，導(dǎo)致行車安全性降低，并且有些標(biāo)段會(huì)有挖填不平衡的問題，導(dǎo)致施工難度和成本的增加等。

故在低等級(jí)公路工程縱斷面的設(shè)計(jì)，應(yīng)用BIM技術(shù)，通過打開之前設(shè)計(jì)好的平面線形文件，激活地形曲面后，即可生成道路的地面線，這條地面線具有自動(dòng)更新功能，路面平面線形一旦改變，地面線也隨之改變;在此基礎(chǔ)之上，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)道路等級(jí)，并結(jié)合地形地貌的情況，考慮挖填平衡、排水等要求完成對(duì)豎曲線形的設(shè)計(jì)。同時(shí)設(shè)計(jì)可以設(shè)計(jì)多條豎曲線型進(jìn)行多方案對(duì)比，激活其任意一條線形，程序?qū)⒆詣?dòng)在三維模型中生成三維空間曲線，使得設(shè)計(jì)人員更為直觀便捷了解設(shè)計(jì)的效果，并保障了設(shè)計(jì)工作的質(zhì)量和效率，具體情況如圖六所示。

4.4低等級(jí)公路橫斷面設(shè)計(jì)

低等級(jí)公路橫斷面主要由行車道、硬路肩、土路肩、排水溝等構(gòu)造物組成，是低等級(jí)公路設(shè)計(jì)中較為重要的一項(xiàng)工作，在此環(huán)節(jié)應(yīng)用BIM技術(shù)更能體現(xiàn)其優(yōu)勢(shì)。設(shè)計(jì)人員可以在OpenRoads Designer軟件中分別單獨(dú)新建路面、放坡線、擋土墻等組件，然后進(jìn)行靈活組裝應(yīng)用，可使不同的項(xiàng)目組裝相應(yīng)的道路橫斷面方案，最大程度保證模板的重復(fù)利用;而且每個(gè)橫斷面和公路模型參數(shù)是相互關(guān)聯(lián)的，實(shí)時(shí)保持動(dòng)態(tài)更新，一旦橫斷面參數(shù)被修改，公路模型參數(shù)也隨之更新，而不會(huì)像傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)因?yàn)闄M斷面的變動(dòng)導(dǎo)致需要對(duì)整個(gè)已完成的設(shè)計(jì)成果進(jìn)行更改，節(jié)省設(shè)計(jì)人員大量時(shí)間和精力;同時(shí)可以導(dǎo)入公路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，在設(shè)計(jì)的過程自動(dòng)分析設(shè)計(jì)是否符合規(guī)范，還可以基于規(guī)則自動(dòng)進(jìn)行加寬、超高處理，自動(dòng)生成動(dòng)態(tài)橫斷面以供設(shè)計(jì)人員查看，從而確保公路橫斷面設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和合理性，具體情況如圖七所示。

5 結(jié)語

未來我國低等級(jí)公路設(shè)計(jì)領(lǐng)域大規(guī)模的信息化建設(shè)是必然趨勢(shì)，在公路路網(wǎng)不斷規(guī)劃建設(shè)的時(shí)代，以BIM為核心理念的三維數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)的出現(xiàn)，極大提高了設(shè)計(jì)效率、優(yōu)化設(shè)計(jì)質(zhì)量，使得低等級(jí)公路設(shè)計(jì)的合理性和科學(xué)性更高。運(yùn)用Bentley軟件結(jié)合BIM 技術(shù)的特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)應(yīng)用到低等級(jí)公路的設(shè)計(jì)中，實(shí)用性強(qiáng)，設(shè)計(jì)效率高，設(shè)計(jì)效果良好。BIM技術(shù)在低等級(jí)公路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用中有著良好的運(yùn)用價(jià)值和長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展前景，具有明顯的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益。

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