道路工程設(shè)計(jì)BIM技術(shù)實(shí)踐

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【摘要】新時(shí)期社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展背景下，公路作為基礎(chǔ)的交通運(yùn)輸通道，其對(duì)區(qū)域化經(jīng)濟(jì)發(fā)展有重要影響。而公路設(shè)計(jì)作為公路建設(shè)基本構(gòu)成，國(guó)家對(duì)公路設(shè)計(jì)信息化需求逐漸增加，僅采用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式不能滿足社會(huì)發(fā)展需求。BIM技術(shù)是數(shù)字信息化設(shè)計(jì)當(dāng)中的重要手段，將其應(yīng)用到道路工程設(shè)計(jì)中，可大大提高道路設(shè)計(jì)水平。論文以某市某段高速道路合樅段設(shè)計(jì)為例闡述bim技術(shù)的應(yīng)用，以期為該技術(shù)在道路工程設(shè)計(jì)中的推廣應(yīng)用提供一定參考。

【關(guān)鍵詞】BIM；道路工程；設(shè)計(jì)；社會(huì)經(jīng)濟(jì)

1引言

傳統(tǒng)道路工程設(shè)計(jì)依賴CAD、Card1等軟件的工程二維建模設(shè)計(jì)，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(shí)較差，二維圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的成果存在一定不足，可能影響項(xiàng)目成本及投資[1]。道路工程設(shè)計(jì)應(yīng)在滿足安全性的基礎(chǔ)上，將建設(shè)信息全面反饋給交通運(yùn)輸部門，將設(shè)計(jì)意圖傳遞給施工方。通過(guò)BIM技術(shù)進(jìn)行道路工程設(shè)計(jì)，可提高設(shè)計(jì)意圖表達(dá)的準(zhǔn)確性，彌補(bǔ)傳統(tǒng)二維圖紙的不便，為決策、設(shè)計(jì)人員提供更優(yōu)的設(shè)計(jì)手段，也為推動(dòng)道路信息化設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。

2BIM概述

BIM為建筑信息模型，是建筑數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)的一項(xiàng)重要應(yīng)用，其將建筑各個(gè)參與方集中起來(lái)，共享信息，更好地保障建筑質(zhì)量[2]。GB/T51235—2017《建筑信息模型施工應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》中，認(rèn)為建筑工程中，對(duì)工程物理、功能特性數(shù)字化表達(dá)，并依據(jù)此設(shè)計(jì)施工的，稱為BIM。BIM以數(shù)字化技術(shù)在計(jì)算機(jī)上構(gòu)建三維立體模型，為道路工程設(shè)計(jì)提供一個(gè)信息庫(kù)，為設(shè)計(jì)提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)[3]。

3BIM在道路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

3.1建模

建模是BIM應(yīng)用的前提，利用道路的幾何設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)及地形，構(gòu)建出信息化的標(biāo)準(zhǔn)地面、道路、道路橋梁隧道等構(gòu)件，之后以衛(wèi)星、航空影像（GPS、GIS）支持，對(duì)影響模型進(jìn)行貼圖處理，提高數(shù)字模型真實(shí)性，營(yíng)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(gòu)建更新的交互平面道路口，也可利用軟件的內(nèi)部操作部件，構(gòu)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(shè)計(jì)規(guī)范設(shè)計(jì)好道路的各項(xiàng)交通標(biāo)識(shí)、路面的標(biāo)線等[4]。也可以按照各個(gè)地區(qū)的交通規(guī)范，創(chuàng)建出獨(dú)特的部件。要確保施工圖及各項(xiàng)標(biāo)注都處于最新?tīng)顟B(tài)，與實(shí)際社會(huì)中的規(guī)范保持一致，以此便于道路工程設(shè)計(jì)人員進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3.2BIM+GIS

道路工程的設(shè)計(jì)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?jiān)O(shè)計(jì)中，針對(duì)部分長(zhǎng)線條帶寬道路，往往需要測(cè)繪支持，開(kāi)展實(shí)地測(cè)繪，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，測(cè)試完成后還需要以大量測(cè)繪點(diǎn)支持，制作地形圖，設(shè)計(jì)完成需要對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)人員有較強(qiáng)的空間想象力和理解能力，稍有差池，設(shè)計(jì)效果就不理想。此外，道路工程設(shè)計(jì)若遭遇大規(guī)模拆遷征地，將會(huì)出現(xiàn)大量不可控因素。有時(shí)設(shè)計(jì)實(shí)地環(huán)境復(fù)雜，需設(shè)計(jì)人員長(zhǎng)時(shí)間開(kāi)展野外勘察，針對(duì)項(xiàng)目建設(shè)需求，需出勘多次，極大地限制了設(shè)計(jì)效率的提高。a城市某段高速道路合樅段設(shè)計(jì)中，按照項(xiàng)目特性及建設(shè)要求，采取無(wú)人機(jī)傾斜攝影方式獲取實(shí)地?cái)?shù)據(jù)，控制主線帶寬左右各300m幅度，局部的工點(diǎn)位置也保證500m的幅度。以五鏡頭傾斜相機(jī)，沿線路設(shè)置滿足1∶2000的控制點(diǎn)位。由于項(xiàng)目帶狀的特性影響，無(wú)人機(jī)采集到各項(xiàng)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(jì)算數(shù)據(jù)，完成空三處理，構(gòu)建出多角度的三維真實(shí)虛擬模型。該案例項(xiàng)目的施工復(fù)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(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)獲取了高清的圖像數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)單處理后以GIS平臺(tái)對(duì)當(dāng)?shù)貭顩r以虛擬模型方式還原，再接國(guó)家84坐標(biāo)系進(jìn)一步控制模型誤差，將最終的高度誤差控制在“米”的級(jí)別，平面的誤差控制在分米級(jí)別以內(nèi)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的理想化精度處理，構(gòu)建了實(shí)景模型。以無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量可及時(shí)勘查現(xiàn)場(chǎng)地貌，為后續(xù)拆遷征地提供數(shù)據(jù)佐證，也可及時(shí)生成高清地貌數(shù)據(jù)，為其他設(shè)計(jì)工作提供有力依據(jù)。之后采用Infaworks的GIS平臺(tái)，將模型和一些三維設(shè)計(jì)模型綜合集成起來(lái)，展開(kāi)模型校核查驗(yàn)，并對(duì)道路工程中的環(huán)境設(shè)計(jì)開(kāi)展可視化方案比對(duì)篩選。以BIM+GIS的技術(shù)應(yīng)用，達(dá)到減少設(shè)計(jì)階段的人工成本，也為后續(xù)的數(shù)字設(shè)計(jì)交付數(shù)據(jù)奠定基礎(chǔ)。

3.3道路工程的多專業(yè)設(shè)計(jì)校核

道路工程設(shè)計(jì)包含橋梁、涵洞、隧道等多方面設(shè)計(jì)，一些特殊的道路工程其涵蓋設(shè)計(jì)專業(yè)也并不相同。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)工作在設(shè)計(jì)階段結(jié)束后，仍然存在大量的設(shè)計(jì)改動(dòng)及變更，流程較為復(fù)雜，影響最終設(shè)計(jì)對(duì)施工的指導(dǎo)效果。一些設(shè)計(jì)中的專業(yè)內(nèi)容，如橋梁構(gòu)件埋深、涵洞標(biāo)高、道路高程等，無(wú)法精確定位，現(xiàn)場(chǎng)施工中還存在諸多不確定因素。故在設(shè)計(jì)當(dāng)中應(yīng)落實(shí)可靠的設(shè)計(jì)校核，提前發(fā)現(xiàn)潛在問(wèn)題，規(guī)避設(shè)計(jì)失誤，確保設(shè)計(jì)為施工提供的全方面指導(dǎo)。以a城市某段高速道路合縱段設(shè)計(jì)為例，其全線三維設(shè)計(jì)按照標(biāo)段劃分，選擇Bentley平臺(tái)結(jié)合2007版CAD三維平臺(tái)建模，為簡(jiǎn)化建模過(guò)程，基于Revit平臺(tái)工具再次開(kāi)發(fā)，最后以項(xiàng)目集成平臺(tái)，對(duì)各項(xiàng)BIM數(shù)據(jù)融合，提高模型功能性。設(shè)計(jì)階段利用實(shí)地地形及無(wú)人機(jī)攝影技術(shù)得到初步的BIM模型，設(shè)計(jì)人員考慮現(xiàn)場(chǎng)情況及道路建設(shè)要求，綜合設(shè)計(jì)模型，以綜合對(duì)比分析、路線限界校核、碰撞檢測(cè)等方式提高設(shè)計(jì)校核質(zhì)量。多階段的設(shè)計(jì)同步開(kāi)展專業(yè)的設(shè)計(jì)校核，有效規(guī)避設(shè)計(jì)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(zhǔn)確的參數(shù)支持，避免施工中出現(xiàn)諸多設(shè)計(jì)變更。

3.4構(gòu)件編碼的應(yīng)用及拓展

BIM技術(shù)貫穿在道路工程設(shè)計(jì)、施工全過(guò)程中，BIM模型在設(shè)計(jì)施工再到道路運(yùn)維，其模型數(shù)據(jù)參數(shù)傳遞、構(gòu)建信息使用都是銜接各個(gè)時(shí)期BIM技術(shù)有效應(yīng)用的方式，故設(shè)計(jì)階段需做全面構(gòu)件信息的編碼。通過(guò)應(yīng)用構(gòu)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(gòu)建一個(gè)高度集中的管理、應(yīng)用數(shù)據(jù)過(guò)程。BIM模型由諸多構(gòu)件構(gòu)成，儲(chǔ)存及調(diào)用模型信息，需索引并區(qū)別構(gòu)件編碼。通過(guò)對(duì)三維模型中各個(gè)構(gòu)件賦予構(gòu)件編碼，相關(guān)設(shè)計(jì)人員搜索編碼，獲取構(gòu)件信息，道路工程量估計(jì)階段，可針對(duì)不同構(gòu)件對(duì)模型功能凈量自動(dòng)比對(duì)，提高估算結(jié)果的準(zhǔn)確性，便于后期迅速了解需修改的構(gòu)件。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在道路工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用BIM技術(shù)，可以看出工程設(shè)計(jì)的可靠性、安全性、時(shí)效性大大提高。目前，BIM技術(shù)在我國(guó)道路交通設(shè)計(jì)中應(yīng)用越來(lái)越廣泛，配套技術(shù)逐漸成熟，其推廣應(yīng)用是一項(xiàng)長(zhǎng)期發(fā)展的過(guò)程。文章通過(guò)分析BIM技術(shù)在道路工程設(shè)計(jì)各個(gè)方面的應(yīng)用，為更好地開(kāi)展道路工程設(shè)計(jì)提供借鑒，也促進(jìn)了新一代的數(shù)字化三維技術(shù)，為國(guó)家建設(shè)發(fā)展提供更好的應(yīng)用。

【參考文獻(xiàn)】

【1】李丙申,馬阿瑾,尹豪企.BIM技術(shù)在市政道路工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用的創(chuàng)新探索[J].華東科技(綜合),2019(4):169-170.

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【3】劉熠彪.BIM技術(shù)在市政路橋設(shè)計(jì)的應(yīng)用與啟發(fā)——以南臺(tái)大道南段道路工程設(shè)計(jì)為例[J].福建建筑,2020(2):104-109.

【4】徐蕾蕾.BIM技術(shù)在現(xiàn)階段市政道路設(shè)計(jì)中的有效應(yīng)用[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì),2020(8):283-284.

作者：李婷婷 單位：中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司