基于BIM 技術的公路勘察設計品質提升方法研究

龍小林

（貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司，貴州 貴陽 550000）

勘察設計工作是公路工程建設過程中非常重要的環節，準確直觀的勘察成果是保障工程建設質量以及安全性的前提。目前公路勘察設計的結果往往是以二維圖紙的形式呈現，不夠直觀。為了使得公路勘察設計成果可讀性更強，采用現代化的建筑信息模型技術（BIM 技術）十分有必要的。BIM 技術是一種新的工程建設理念，在建筑工程方面應用較多，但在公路勘察設計領域的應用才逐漸起步，且在實際應用中仍然存在很多的問題。比如缺乏公路勘察設計所需要的完整系統框架、缺乏適用于現場作業流程的落地解決方案等，這就使得BIM 技術的數字化協同管理思想并未能夠在公路勘察設計充分體現出來。近年來，國內相關學者針對BIM 技術在公路勘察設計的應用提出了部分解決方案，但是這些方案僅僅處于構思階段，并未能產生實際的效益。因此，研究BIM 理念在提升公路勘察設計質量方面的應用具有十分重大的意義。

1 公路勘察設計方法及存在的問題

目前，國內的公路勘察設計是分階段進行的。在項目的可行性研究的階段，需要盡可能地收集該區域的地質構造、水文、巖性、地震等資料，尤其應當格外注意特殊地質構造相關資料的收集。對此可以利用GIS 的手段，采集該區域的整體地貌情況，對整體有一個直觀的了解。在勘察的過程中以測繪與地質調查為主，查明對路線有較大影響的地質問題，對這些地質問題進行綜合的評估，對嚴重不良地段選擇繞道避讓，以此來減少不良地段對路線的影響，減少不必要的麻煩；在初步設計階段，路線的大致走向已經基本確定，主要的工作就是路線的對比選擇，選擇最優的路線方案，在此階段可以配合鉆探和物探手段，查明不同設計方案存在的不良地質地段。對于已然形成的滑坡體，分析其穩定性以及滑坡規模的大小，針對特別重大的地質災害體遵循盡量避讓的原則。對地質災害的處治原則就是以防為主，治理為輔；進入施工圖設計階段后，主要的手段就是鉆探及物探，同時還需要進行一系列的土工試驗和水文試驗，查明巖土體的厚度、物理力學參數、巖土體的分布狀況以及地下水的發育及流向。對邊坡的開挖進行一定的預估，進行穩定性的分析，并提出合理的加固建議。

公路勘察設計存在的主要問題有以下幾個方面：（1）管理缺乏協同性。針對同一公路工程項目，如果在遇到某些突發性問題時，勘察單位與設計單位之間缺乏協同性會導致相關信息出現誤差，進而對問題的處理結果出現一定程度的干擾。（2）信息缺乏時效性。公路勘察設計階段涉及的鉆孔、材料等費用計算結果一般會受到等各種外界因素影響，這就使得材料指導價格和材料市場價格可能出現較大的偏差，使得我國傳統公路工程勘察設計過程中的造價信息與實際情況存在一定的差距。（3）勘察設計成果共享性差。公路勘察設計工作繁瑣，各參建單位之間往往可能出現建設信息混亂、信息傳遞不暢等問題，從而引起勘察設計成果不能得到及時溝通，影響了公路工程建設質量。

2 公路勘察設計領域的BIM 軟件系統

公路工程建設項目較為復雜，故在勘察設計階段采用BIM 技術不可能依靠一個軟件來實現，需要多種軟件和互相配合操作，形成以建模軟件為核心的BIM 軟件系統（見圖1）。BIM 建模軟件必須有開放性的數據接口，能夠實現數據的輸入輸出，能確保其他軟件從三維模型中提取信息，從而保證模型信息的可重復使用性和一致性。

圖1 公路勘察設計BIM 建模系統

選擇BIM 軟件平臺，首先要選擇建模軟件，大部分BIM 建模軟件都有相配套的輔助軟件或插件。目前工程項目建設過程中使用的主流BIM 服務平臺主要有Autodesk、Graph soft 以及Bentley 等。經過調研分析可知，Autodesk 平臺軟件的界面較為友好、開放程度大，且該平臺能很好地適應國內的設計環境。因此，在進行公路勘察設計時可以選擇Autodesk 平臺來開展三維地質建模。與此同時，公路勘察設計是一項特殊的作業，它不僅屬于道路工程的范疇，還屬于建筑物范疇，需要從Autodesk 平臺眾多軟件挑選一種合適的軟件。Revit 軟件主要用于建筑項目的設計施工，Civil 3D 可用于交通項目、水利項目的建設，InfraWorks 用于真實自然環境背景下對基礎設施項目進行概念構思、優化和生成視覺效果。經過一系列的評估，在公路勘察設計建模時可以選擇選擇忽略其結構功能，采用Civil 3D 軟件建模，采用InfraWorks 軟件三維可視化展示設計方案。

3 BIM 技術在公路勘察設計中的應用優勢

BIM（Building Information Modeling）技術的核心是將建設工程項目信息化、模型化，公路勘察設計過程中使用BIM 技術能夠充分了解到該工程的詳細信息，進而全方位、多角度、立體化的展現公路勘察設計過程中的各個環節，并有效提高公路工程建設水平。

BIM 技術應用在公路勘察設計過程中能明顯的提高勘察設計質量，其優勢主要有完備性、關聯性以及可視化等方面。

（1）完備性。公路勘察設計過程中在應用BIM 技術時，為了使信息儲備更加全面，除了常規應用的幾何信息之外，還可以增加地質模型、鉆孔位置及水位線等工程信息。

（2）關聯性。BIM 技術能夠有效關聯公路勘察設計各個階段的相關信息，通過BIM 技術可以減少信息重復導入，從而降低了信息的重復率，也就可以避免信息的分歧。并且在該模型中，某一項信息數據出現問題或者被修改之后，在后臺與之相關聯的信息也會進行自動更新，進而形成新的關系網。

（3）可視化。可視化是BIM 技術最為重要的一個特點，與以往的平面圖紙設計方式不同，BIM 技術利用先進的計算機設備，在對線條整合之后，能夠形成直觀的三維模式圖。在進行公路勘察設計時，這一特點不僅能夠發揮可視化的便利條件，還可以在后續運營中便利工作人員互相溝通交流，提升其商業價值與應用價值。

4 BIM 技術在公路勘察設計品質提升中的應用

4.1 三維地質模型建立

公路工程項目一般呈帶狀分布，與沿線的地質、水文、地形等空間地理信息密切相關，且地理信息的變化都會引起路線、橋位等設計方案的重大調整。因此，BIM 理念應用在公路勘察設計中，建立三維地質建模，各專業之間進行協同工作是十分重要的。三維地質模型可以表現真實地質環境，并將地質分層級構造，這樣有利于制定科學的施工方案，減少工程風險。

本文對某公路工程的勘察成果可視化展開了探討，該工程共有198 個鉆孔，將鉆孔信息導入BIM 軟件，并利用每個鉆孔的坐標和高程信息繪制出其地質輪廓（見圖2）。與傳統的二維地質剖面圖和斷面圖相比，三維地質圖更加形象，可以用不同的顏色表示不同的地層，可以從任意的角度來查看土質、土層厚度和連續情況，從而實現了公路工程勘察地層信息的可視化。

4.2 地質模型信息化

利用BIM 技術還可以將地層的參數信息儲存，并隨時讀取。BIM 模型是將各土層的所有參數融合在一個模型。設計人員沒有必要在地質剖面圖、平面圖及表格之間循環切換來讀取參數，這在很大程度上提高了工作效率，減少了出錯的可能性，同時為減小工程建設風險打下了堅實的基礎。

圖2 某公路工程數字化三維地質模型

4.3 設計方案快速比選

公路勘察設計階段往往要涉及到不同專業和部門，各部門關注點不同，溝通難度大。BIM 技術具有三維可視化的特征，能與信息數據庫高度集成。在公路工程的勘察設計階段，能夠利用BIM 技術構件區域路網、社會經濟、地理環境等信息構成的虛擬社會，并調整其發展因子，進行可視化的虛擬仿真模擬來確定具體的公路的勘察設計方案。與此同時，通過公路工程的三維信息模型（見圖3），項目各參建方和相關專家能夠更直觀看到沿線各種建設條件、建設方案及建成后的效果，提高設計方案比選論證效率。

圖3 公路設計方案快速比選

5 結束語

本文深入探討了基于BIM 技術的公路勘察設計品質提升應用方法，主要得到以下幾個方面的結論：（1）公路勘察設計存在的主要問題有管理缺乏協同性、信息缺乏時效性、勘察設計成果共享性差等方面；（2）BIM 技術在公路勘察設計過程中能明顯提高勘察設計表達效果與品質，其優勢主要有完備性、關聯性、可視化等方面；（3）BIM 技術還可以將地層的參數信息儲存，并隨時讀取，同時項目各參建方能夠更直觀地看到沿線各種建設條件，高效的開展設計方案比選。此外，由于受到研發水平的限制，目前將BIM 技術廣泛用于公路勘察設計過程中仍有一定的困難，但是將BIM 理念應用于公路工程勘察設計中必將成為一種趨勢。