公路工程BIM正向設計探討與實踐

何其檜

摘要：BIM技術發展日新月異，建筑行業BIM正向設計正快速普及，起步較晚的公路工程BIM正向設計正在努力探索階段，現階段公路工程BIM工作大多是將圖紙翻模，普及率并不高，一線設計人員使用意愿不高，所以需要不斷探索與實踐公路工程BIM正向設計并推廣到公路工程中切實應用。

Abstract： The development of BIM technology is changing with each passing day. The BIM forward design in the construction industry is rapidly becoming popular. The BIM forward design of the road engineering is in exploring stage. At present， the BIM work of the highway engineering is mostly to overturn the drawings， and the penetration rate is not high. The first-line designers are not willing to use it. Therefore， it is necessary to continuously explore and practice the BIM forward design of highway engineering and promote it to practical application in highway engineering.

關鍵詞：BIM;公路工程;正向設計;實踐

Key words： BIM;highway engineering;forward design;practice

中圖分類號：TU17? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）26-0231-02

1? BIM技術優勢

當前，以信息技術為代表的新一輪科技革命持續推進，BIM（建筑信息模型）技術作為實現建設項目全生命期信息化、協同化、智能化的重要手段，已成為工程建設管理行業創新發展的強大動力。BIM技術在我國交通運輸行業的研發應用尚處起步階段，不能適應綜合交通運輸體系提質增效和轉型發展的迫切要求。加快推進BIM技術研發和轉化應用，對于交通運輸行業深入貫徹落實“五大發展理念”，以創新驅動行業進一步解放和發展生產力，轉變發展方式，推動供給側結構性改革具有重大意義。

BIM技術與人工智能技術的融合成為新興的熱門研究領域。人工智能技術在交通運輸行業的輔助道路規劃、擁堵城市治理、車流分析和預測等方面開展應用，取得了初步的成果。采用深度學習算法，讓機器擁有初級智能，提升決策效率，提高設計質量，將設計人員從繁重的繪圖、改圖中解放出來不再是遙不可及的夢想，而是可見的未來。

傳統設計使用二維圖紙去描述三維實體工程，其局限性很明顯，需要空間想象力，抽象不直觀，描述復雜的空間三維實體困難。

利用BIM技術將設計產品以虛擬的三維模型呈現，能夠直觀、高效地對設計方案作出決策和變更，檢查、更正設計中的紕漏、錯誤，通過模型與周圍環境的模擬分析，可以進一步優化設計。能夠快速統計工程量，縮短設計周期，提高效益。模型向下游傳遞，施工方可以進行施工模擬、進度管理、模板加工等，業主方可以進行歸檔、運營維護、養護管理等，從而增加了設計的附加效益。

2? 公路工程BIM正向設計探索

BIM技術應用研究在眾多科研機構中展開，有的機構主要從事國外BIM解決方案的本地化，但軟件缺乏對我國交通運輸行業規范、標準的參照，導致研發成果只能用于零星點綴式的示范性工程，難以大范圍推廣;有的機構集中力量將建筑領域的BIM成果轉化到交通運輸行業，但缺乏自主創新，解決方案易用性差;有的機構對設計階段的BIM技術大力開發，但缺乏對運營、維護階段的支持。研發方向不明，資源分散、共享意愿不高、交流渠道不暢，最終導致各自為陣。

當前BIM軟件平臺間的信息數據交互性較差，導致項目規劃、設計、施工、運營、維護階段各自處于“孤立”狀態，無法形成全生命期的聯動，使得BIM本身具備的集成化、協同化特點無法體現。未來BIM工作模式必將整合所有工程階段，實現項目建設管理價值的最大化。因此一個具有統一標準能夠連接建設工程全生命期不同階段的數據、過程和資源，為建設項目參與方提供一個集成管理、協同工作、科學決策環境的BIM系統平臺，是當前BIM技術急需填補的空白。

工作中公路工程設計BIM應用主要在于三維建模，與傳統的設計方式相比，僅豐富了對設計成果的展示，建筑信息模型（Building Information Modeling）是建筑學、工程學及土木工程的新工具，BIM在公路工程中的應用目前更多的是圍繞著“M”進行的，在三維翻模的過程中，不僅沒有做到縮短設計周期，反而增加了人力物力成本投入，主要原因在于BIM在公路工程還處于探索階段，BIM中“I”所指的信息的應用還未跟上。

如今，公路工程BIM正向設計是行業迫切需要的，是推動公路工程正式進入BIM時代的必備條件。

公路工程BIM正向設計應該是整合高精度的數字高程模型、數字正射影像、點云、傾斜攝影等數據在一個三維集成環境中，從三維選線，到道路、橋涵、隧道等結構物劃分，至工程數量、工程造價的自動生成，直至設計成果交付施工的過程，交付成果應是帶有工程信息的三維模型。

傳統的二維設計文本資料繁雜，施工方理解真實設計意圖較困難，成果交付之后，設計企業需要花費大量的時間與施工方溝通解釋。BIM技術的誕生，將促使二維施工圖紙逐漸退出歷史舞臺，BIM模型數據庫將作為設計成果向業主交付，施工方可憑借BIM模型數據庫全方位多角度了解項目設計意圖，實現交通運輸行業建設模式的革新。

3? 公路工程BIM正向設計實現

實現公路工程BIM正向設計，首先要解決建模效率問題，不能讓建模效率低下占用設計時間。BIM的理念就是解放生產力，將工程師們從二維設計的重復繁瑣的畫圖工作中解放出來，將大部分精力投入到方案可行性、方案優劣比選中來，提高設計質量及設計效率。

公路工程快速建模相對房建建模難實現的主要原因是公路工程是一個帶狀構造物，比房建工程的工點構造物復雜一些，公路工程設計的其他構造物都是受這條道路中線控制的。還有一些結構等受地形控制，如道路邊坡、橋臺錐坡等，都需與地形地面交互。地形的復雜也使得公路建模的復雜程度增加。

公路工程BIM正向設計要具有易學易用、快捷高效、引擎強大等特點。易學易用才能讓工程師們快速轉變思維，推動BIM正向設計發展;快捷高效是是打敗傳統設計模式重復繁瑣的畫圖工作必要條件。引擎強大是BIM正向設計整合的是極高精度的數字高程模型、數字正射影像、點云、傾斜攝影等數據等數據，需要一個強大的大體量承載能力的引擎驅動，才能將BIM正向設計向三維選線推廣。

隨著工程項目信息化發展，經過長時間的探索，將BIM技術應用在交通領域設計階段已成為發展趨勢。在設計階段的工程信息存在數據量大、關聯性強、技術面廣等特點，需要由一個功能完善、加載效率高效的GIS平臺作為支撐，推動公路工程輔助設計、正向設計、數據信息化交互等多方面發展。根據公路工程建模體量巨大，涉及面廣等特點進行了多平臺、多軟件測試，最終選定了圖新三維數字地球、Autodesk InfraWorks 2020兩款軟件來實現公路工程BIM正向設計。

公路工程設計階段運用BIM技術，有效整合不同來源的測繪基礎數據，保證模型的最高精度，對重要工點建立三維地質模型，為設計提供強有力的基礎技術支撐;快速精確建立三維模型，通過BIM可視化技術輔助選線，優化路線平縱，利用虛擬建造技術，構建空間視距測算模型，實現道路視距指標的檢驗與校核，智能設計出圖、大幅提高了設計效率和設計質量。

4? 公路工程BIM正向設計實踐

經過公路工程BIM正向設計的探索及實現方法理論研究，將正向設計運用于實際項目中是急需解決的問題。

四川省甘洛縣受持續強降雨影響，S217線波波奎村段出現路基垮塌，道路上方土體出現不同程度開裂。經過多次回填，原路基本保通。2019年8月6日清晨，該路段再次垮塌，所在坡體出現滑坡征兆，既有道路多次嘗試原路保通均失敗。

由于甘洛縣遭受特大暴雨災害，全縣正處于全域搶險救災的緊張工作局面，各種物資和車輛正源源不斷進入甘洛。甘洛縣境內無高速公路，國省干道僅G245、S217兩條，在成昆線、G245交通要道斷道情況下，S217是連接高速公路的重要通道，S217的極端重要性不言而喻。

通過實地勘察、駐點摸排，現場初步確定經房群背后改線，再接入原路的保通便道方案。該方案時間緊迫，工程難度低，現場初步確定方案后需要進行具體的工作，當即決定使用快速高效的BIM正向設計軟件Autodesk InfraWorks 2020與Autodesk Civil 3D配合進行方案選取，快速制定改線路線方案，計算土石方量，測算臨時征地紅線圖，保證合理可實施。

搶險救災最注重的就是時間，此時按照傳統的公路工程設計，可能會錯過寶貴的搶險救災時間，采用Autodesk InfraWorks 2020快速搭建集成三維模型，直接進行三維化設計。地理信息三維化完成后，也就意味著真實的三維環境展現在設計師面前，結合數字高程模型、數字正射影像，能給設計師帶來一個直觀的方案選取環境，方案如何符合規范，如何避讓房屋等，一目了然，避免了二維平面過程中出錯的風險，提高設計效率。

如圖1所示，進行三維路線設計，對平面線型、縱斷面線型進行調整，同時可以邊坡放坡規則定制，快速實現保通便道橫斷面設計，可實時查看用地紅線，土石方數量，提高方案決策效率，路線方案選定之后，將該路線方案導出至Autodesk Civil 3D中，利用Autodesk Civil 3D生成路線中樁逐樁坐標表、用地紅線坐標表，土石方數量表，直曲線表、豎曲線表等用于應急搶險先期臨時征地，放線施工，臨時計量，設計驗證等工作，為搶險救災爭取寶貴的時間，也是一次公路工程BIM正向設計實踐。

公路工程BIM正向設計的發展，從實現三維路線方案選擇入手，具有簡單易用的三維路線方案選擇系統之后，進入下一階段道路曲面生成，隨即輻射至道路、橋梁、隧道等不同結構的實時聯動，打通完整的BIM正向設計“生態鏈”，將BIM融入到公路工程設計工作中來。

5? 結束語

隨著技術工程師們在公路工程BIM設計領域不斷的探索、實踐，公路工程BIM正向設計理念將會被更多一線設計人員所認可，并應用于更多的項目，在公路工程設計行業發揮更大的作用，將解放設計人員生產力，大大減少設計人員花在二維圖紙繪圖的大量重復繁瑣的精力，真正回歸于設計本身，將智慧注入方案比選、設計優化中，做出更好的設計成果，提高設計效率，提升設計品質，展現BIM設計價值。

參考文獻：

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