基于BIM技術的公路交通安全設施數據庫構建分析

彭欣 龐聰 龍波 侯澤群

摘要：文章從公路交安工程設計的實際需求出發，以面向分類組件的參數化構建為思路，結合BIM技術的優勢和特點，分析基于BIM技術建立公路交通安全設施數據庫的思路和建議，旨在為公路交通領域BIM技術的應用推廣及公路交安工程設計提供參考。

關鍵詞：BIM技術;公路交安工程;交通安全設施數據庫;構建

Starting from the actual needs of highway traffic safety engineering design，with the parametric construction of classification components as the idea，and combining the advantages and characteristics of BIM technology，this article analyzes the ideas and suggestions of establishing the road traffic safety facilities database based on BIM technology，hoping to provide the reference for the application and promotion of BIM technology in highway traffic fields and for the design of highway traffic safety engineering.

BIM technology;Highway traffic safety project;Traffic safety facility database;Construction

0 引言

BIM（Building Information Modelling）技術以三維數字化技術為基礎，集成工程項目規劃、設計、施工、運維各階段信息[1]。隨著BIM技術和軟件的不斷成熟，交通行業設計手段由二維向三維過渡是必然的趨勢。采用BIM技術，不僅意味著效率和質量的提升，更重要的是設計方掌握了工程項目最核心的信息模型資源[2]。BIM技術的本質是協同，其核心是信息傳遞，它以對象的各項信息數據作為模型的基礎，通過數字信息仿真模擬對象所具有的真實信息。BIM技術的應用將降低傳統信息傳遞間的斷層性和模糊性，減少各專業間、參與方之間的溝通屏障，打破“信息孤島”，解決信息丟失與信息誤解等問題。設計方將不再提供單一的工程設計服務，還可以在整個工程全壽命周期內向各參與方提供服務與咨詢，使工程項目的潛在價值向設計階段前移[3]。

1 構建基于BIM技術的交通安全設施數據庫的必要性分析

交通安全設施是保障公路交通安全、減少交通事故、引導駕駛特征的重要基礎設施，它是交通管理者與公路使用者交流介質的重要組成部分，它的最終目的是保障公路交通安全，及時并有效地對公路使用者進行引導[4]。

關于交安工程的設計，如EICAD、CARD/1、海地和路線大師等道路設計軟件都未考慮交通安全設施的系統開發，僅有緯地軟件開發有交通與安全工程設計系統（HintJT）。因此，緯地軟件全面的系統開發也使其成為國內公路與交通工程勘察設計領域市場占有率最大的國產專業設計軟件，但其主要應用于二維設計。目前大多數設計院關于交安工程的設計往往由專業設計人員利用CAD平臺依據路線資料進行配置，并利用Excel進行數量統計，單獨繪制設施大樣圖并逐步積累和更新，并沒有一個通用的系統數據庫來融合這些數量龐大的設施數據，從而造成對象信息難以實時共享和流暢傳遞，極易形成“信息孤島”，這也體現了傳統設計方法所存在的不足。

因此，可將BIM技術應用于交安工程設計中，利用一個通用數據庫來構建匯總交安設施以滿足設計人員的使用需求;同時只需對數據庫進行相應調整和更新便可保證設施的有效性，高效優化傳統設計模式;并利用BIM技術的可視性和模擬性優勢，對公路全線進行交安工程的三維可視化檢查，從駕駛員視角復核交通設施的引導效果和安全性能，加強各專業間的聯系和配合要求，對交安工程設計起到事半功倍的效果，而且可延伸至施工及運維的全生命周期。目前，BIM技術的道路三維設計主要應用平臺有Autodesk、Bentley、Dassault，但均未在交安工程方面進行系統開發。因此基于BIM技術，并針對公路交通安全設施類，能為項目全生命周期服務且應用參數化建立的交通安全設施BIM數據庫具有十分重大的意義（見圖1）。

2 基于BIM技術的公路交通安全設施信息模型數據庫的建立

為了給交安工程設計者打造一個良好的信息資源共享平臺，提高設計效能，筆者以交通安全設施設計的實際需求為出發點，構思和探討如何建立基于BIM技術的公路交通安全設施信息模型數據庫，滿足公路項目全生命周期中專業技術人員對于交通標志、標線、防撞設施、隔離柵等交安設施的需求;同時利用BIM技術的模型信息化、可視化、協同化及模擬性等優勢，使得構建設施具有可計量、仿真模擬、減少錯漏等特點，滿足數量統計和模擬檢查等需求。因此，基于BIM技術的公路交通安全設施構件數據庫是BIM技術在公路交安工程中成功應用的關鍵。交通安全設施由多類對象組成，且對應不同等級公路應具有不同屬性的區別。各類設施模型的構建以面向組件的方法，利用三維參數化思路進行建模，構件信息應科學且具有規范化和標準化，同時滿足后期不斷完善的可拓展需求。平臺選擇可通過Bentley貫穿交通行業的OpenRoads技術進行交通安全設施數據庫模塊開發，實現交通BIM技術的地形、道路、交通正向設計解決方案，并實現專業間數據共享。

2.1 交通安全設施數據庫的樹形分類

數據庫的成功構建首要的即是面向對象的有效分類。交通安全設施數據庫的構建應從公路等級、設施內容、組件構成等進行樹形分類。公路分為高速、一級、二級、三級及四級公路;交通安全設施主要由交通標志、交通標線、護欄和欄桿、隔離柵、視線誘導設施、防眩設施、其他交通安全設施等部分構成，其中以交通標志為例又包含版面設計、支撐方式、桿件結構、結構分析及施工工藝等要求。從公路等級到對應的設施構件都需要進行逐級細分，保證數據庫的結構性和條理性（見下頁圖2）。

2.2 面向組件的參數化構建

公路交通安全設施的分類多樣性意味著BIM數據信息量之大，應通過科學高效的方式將設施信息進行構建編碼并滿足規范化和標準化的要求，便于交通設計者的使用。筆者認為采用面向組件的構建方法將具有靈活的可分解性和擴充性，采用從總到分的順序將設施分解為若干個獨立模型，形成可組裝、拆卸的單元構件，將構件特性進行數學描述，參數化構建，從而獲得實體化模型。每一種設施可作為一個基本單元構件，具有信息的獨立性和唯一性。每一種設施的標準化信息主要包含對象屬性、幾何尺寸、材料屬性等幾何特征參數和非幾何特征參數。交通安全設施構件即為數據庫的基本單元（見圖3）。

2.3 基于Bentley平臺數據庫的信息標準化和可拓展性

根據交安設施的基礎信息進行規范化整理是數據庫開發的基礎要求之一，而開放性和可拓展性是保證數據庫持續更新和改進的基本要求，從而達到公路交通安全設施BIM數據庫不斷完善的目的。利用Bentley的MS平臺對數據庫分類，構建大部分常用交通安全設施庫，讓設計者可直接進行調用;同時基于OpenRoads技術開發數據庫模塊進行設施參數化建模，實體化交安設施;利用OpenRoads Designer軟件進行可視化核查，通過Navigator軟件對設施構建的錯、漏、碰、缺等進行有效復核，規避各類潛在問題，確定設施各構件尺寸是否存在矛盾、沖突的情況，從設計的源頭保證工程質量，減少施工過程中的變更，確保施工順利進行（見圖4）。

3 基于BIM數據庫的公路交通安全設施應用分析

3.1 提高設計效率

交安工程作為公路設計中的重要部分，與其他專業間的配合與協調將直接影響總體設計質量和進度。BIM技術的本質即是以三維環境為驅動的模型信息化傳遞，在協同設計平臺上，基于道路、橋梁、隧道等三維模型進行交安工程設計，直接利用公路交通安全設施數據庫進行設施調用或參數化設計，實時增加、刪除、調整、構建各類交安設施，并直接存儲于協同設計平臺。當某個專業進行設計修改，各專業間的設計過程和成果將直接在總體BIM模型上顯示，實現了信息交互，能及時地對交安工程進行調整修改，無需對設施進行單獨建模，提升了設計效能（見圖5）。

3.2 設計可視化出圖

傳統的二維圖紙因其局限性和片面性特點無法直觀、準確地反映設計者的所有意圖。一個標志牌通常都需要從標牌到桿件繪制多張不同的構造圖，且容易造成尺寸信息的錯誤，這種錯誤往往難以被檢查發現，造成施工階段的材料浪費。

以建立精細化的龍門架標志BIM模型為例，基于BIM的可視化和碰撞檢查技術，以任意面剖切投影為基礎，補充標注和相關細節信息即得到詳細設計圖，生成圖紙比人工根據平面投影關系手繪的更加準確便利[3]（見圖6）。

3.3 三維可視化及施工仿真模擬設計交底

BIM技術作為一種可視化程度很高的工具，包含了對象的幾何、物理、功能等信息，加上集成各類模擬分析軟件，將極大擴展可視化模擬表現力[5]。通過交安設施BIM數據庫在協同平臺的總體模型上進行交安工程設計，完成后可采用BIM可視化模擬系統以使用者角度直觀地進行檢查，這樣可使交安工程設計從傳統的二維設計轉變為三維模擬設計，從枯燥單調的檢查方式轉變為生動活潑的實景模擬檢查方式（見圖7）。

為避免在傳統二維設計交底過程中信息丟失及因不同專業知識背景而造成的信息失誤，交安設施BIM數據庫通過建立數字化的參數模型，將項目相關信息服務于項目的設計、施工、運營全階段?；诰哂型陚錁嬙煨畔⒌腂IM模型，設計方可利用BIM技術的可視化優點進行三維設計交底，不僅在設計過程中可以避免信息的丟失，而且在向施工人員進行交底的時候可以保證信息的完整性和準確性，從而確保工程的質量。

在三維模型的基礎上若加入時間因子，則可拓展為4D模型，從而進行施工工序仿真模擬。在可視化設計交底的基礎上增加施工工序模擬，能更為直觀、生動地傳遞設計思路，加強各參建方的溝通協調，對保證項目的品質具有十分重大的意義。

4 結語

本文基于BIM技術，思考傳統二維設計中關于交安工程部分設計的不足與缺陷，提出建立公路交通安全設施BIM數據庫的構想，將BIM技術的優勢和特點應用于交安工程，以期為交安工程設計者們提供更為專業的全過程信息技術服務。

通過對公路交通安全設施BIM數據庫的思路構架及應用進行分析，突出了BIM技術的參數化、可視化、協同性、仿真性、模擬性等優勢?；贐IM技術的公路交通安全設施數據庫資源的合理管理和利用將大幅提高設計效率和設計質量。雖然數據庫的構建將是一項巨大、復雜、持續的工程，但對于交安工程設計而言具有十分重要的實用意義。

參考文獻：

[1]National Institute of Building Science.National BIM Standard-United StatesVersion3[EB/OL].https：//www.nationalbimstandard.org/buildingSMART-alliance-Releases-NBIMS-US-Version-3.2015-07-22/2016-06-14.

[2]戴 瑋，鄭 崗.基于BIM技術的三維數字化橋梁設計與管理[J].工程與建設，2014，28（6）：724-726.

[3]彭棟宇，陳建國，楊丹珩.建筑業信息共享技術研究現狀與應用分析[J].建筑經濟，2010（10）：18-22.

[4]交通部公路科學研究院，等.公路交通標志和標線設置手冊[M].北京：人民交通出版社，2009.

[5]殷愛國，劉明輝.BIM技術在交通領域應用分析[J]，土木建筑工程信息技術，2015，7（6）：113-116.