基于BIM+GIS技術(shù)的道路選線系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

魏林金

(江西省交通設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，江西 南昌 330000)

1 應(yīng)用背景

2017年，交通運(yùn)輸部提出了“提升公路設(shè)計(jì)水平”的目標(biāo)，其中，對(duì)于公路設(shè)計(jì)階段，要求提升設(shè)計(jì)水平，鼓勵(lì)和促進(jìn)工程設(shè)計(jì)人員直接利用BIM技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在公路初步設(shè)計(jì)階段，要統(tǒng)籌應(yīng)用BIM技術(shù)和GIS技術(shù)進(jìn)行方案研究和論證，提高方案比選的全面性和針對(duì)性。

為了滿足基于BIM正向設(shè)計(jì)的需求，本文提出了一套“公路三維BIM正向設(shè)計(jì)系統(tǒng)”提供基礎(chǔ)平臺(tái)。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用C#語言開發(fā)，首先根據(jù)地形圖DEM數(shù)據(jù)和高分辨率影像建立三維地理信息環(huán)境，按精確地理位置坐標(biāo)建立公路BIM模型，通過構(gòu)建delaunay三角網(wǎng)形成填縫模型，使得大規(guī)模海量地形與公路BIM模型無縫疊加，形成一體化公路BIM模型，實(shí)現(xiàn)在BIM模型上完成土方量分析、設(shè)計(jì)數(shù)字化信息采集等工作，最后提取BIM模型的數(shù)字化信息，完成BIM的數(shù)字化交付，總體框架如圖1。

圖1 基于BIM+GIS的道路參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)整體流程圖

3 子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 公路BIM+GIS快速建模子系統(tǒng)

系統(tǒng)能夠直接生成三維定線模型、實(shí)現(xiàn)物體的構(gòu)件化并對(duì)模型實(shí)現(xiàn)自動(dòng)編碼。

3.2 公路BIM+GIS實(shí)時(shí)三維交互式選線子系統(tǒng)

系統(tǒng)采用人工交互的方式在三維地理地理場(chǎng)景中實(shí)現(xiàn)道路的實(shí)時(shí)定線，通過調(diào)整路線縱坡、橫斷面，得出最終選線方案，并實(shí)時(shí)計(jì)算工程量、自動(dòng)生成工程數(shù)量表。

3.3 基于人工智能的路線優(yōu)化子系統(tǒng)

系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)人工智能算法來實(shí)現(xiàn)路線優(yōu)化，在已選定的總體走廊帶路線方案中，通過約束條件對(duì)一些細(xì)部方案進(jìn)行優(yōu)化，讓計(jì)算機(jī)尋找最優(yōu)方案提供給設(shè)計(jì)者參考，這樣不但能尊重選線者的意愿，又可以使得方案更加精確，總而節(jié)約工程造價(jià)，提升設(shè)計(jì)質(zhì)量。

3.4 路線優(yōu)化后評(píng)價(jià)子系統(tǒng)

系統(tǒng)通過三維GIS技術(shù)和實(shí)時(shí)模型技術(shù)，傳遞地形數(shù)據(jù)和模型信息，構(gòu)造經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、技術(shù)指標(biāo)、社會(huì)環(huán)境三大準(zhǔn)則層，利用AHP法建立四層遞階層次結(jié)構(gòu)模型，通過模糊一致性矩陣模型計(jì)算路線各方案優(yōu)屬度，開發(fā)基于GIS的三維路線評(píng)價(jià)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)完成路線優(yōu)化方案的評(píng)價(jià)。

4 項(xiàng)目實(shí)際應(yīng)用

4.1 可行性研究階段系統(tǒng)應(yīng)用

本階段開發(fā)公路自動(dòng)選線技術(shù)，給定約束條件，讓計(jì)算機(jī)尋找最優(yōu)方案，提供給設(shè)計(jì)者參考，找出路線最經(jīng)濟(jì)走向，利用計(jì)算機(jī)算法技術(shù)，不遺漏任何一個(gè)更加優(yōu)化的方案。確定路線走廊帶，將地質(zhì)區(qū)域圖、鉆孔信息進(jìn)行矢量化，實(shí)時(shí)剖切地質(zhì)三維模型，供選線參考。利用BIM技術(shù)和GIS技術(shù)進(jìn)行路線定線、路線方案比選，確定最終路線，并實(shí)時(shí)建立道路BIM模型。

4.2 初步設(shè)計(jì)階段系統(tǒng)應(yīng)用

初步設(shè)計(jì)階段是介于方案設(shè)計(jì)階段和施工圖設(shè)計(jì)階段之間的過程，是對(duì)方案設(shè)計(jì)進(jìn)行細(xì)化的階段。在本階段，推敲完善BIM模型，并配合結(jié)構(gòu)專業(yè)建模進(jìn)行核查設(shè)計(jì)。應(yīng)用BIM軟件對(duì)模型進(jìn)行一致性檢查。

4.3 施工圖設(shè)計(jì)階段系統(tǒng)應(yīng)用

(1)路線優(yōu)化設(shè)計(jì)，利用BIM技術(shù)和GIS技術(shù)進(jìn)行路線方案優(yōu)化。利用人工智能算法進(jìn)行在三維GIS+BIM系統(tǒng)中進(jìn)行縱斷面優(yōu)化設(shè)計(jì)，并生成設(shè)計(jì)成果和三維模型。利用基于BIM+GIS的路線選線系統(tǒng)生成路線平縱圖紙。

(2)橋梁優(yōu)化設(shè)計(jì)。利用BIM技術(shù)和GIS技術(shù)進(jìn)行橋梁方案優(yōu)化，生成橋梁復(fù)雜部位的剖面圖指導(dǎo)設(shè)計(jì)。

(3)施工圖設(shè)計(jì)階段地質(zhì)模型。利用自主開發(fā)的IMSL算法，實(shí)現(xiàn)地形地質(zhì)實(shí)時(shí)剖切，生成施工圖設(shè)計(jì)階段地質(zhì)模型。

(4)互通立交匝道深化設(shè)計(jì)。利用BIM正向設(shè)計(jì)技術(shù)，調(diào)整匝道的平面、縱斷面、橫斷面，在三維層面上讓互通立交布線更加精準(zhǔn)，并可以實(shí)時(shí)看到匝道銜接實(shí)景以及和地形相交狀況。

(5)施工圖設(shè)計(jì)階段路線、橋梁BIM模型。基于子的三維選線技術(shù)建立的GIS選線模型，自主開發(fā)GIS2RVT插件將數(shù)據(jù)與REVIT軟件無縫對(duì)接，在Revit中一鍵自動(dòng)生成三維模型，利用此插件可以保證Revit模型與GIS模型完全一致，對(duì)模型進(jìn)行構(gòu)件化生成的同時(shí)進(jìn)行自動(dòng)編碼。

(6)施工圖設(shè)計(jì)階段圖紙生成。利用基于BIM+GIS的路線選線系統(tǒng)生成路線精確化的橫斷面紙。

(7)碰撞檢查。施工圖設(shè)計(jì)是項(xiàng)目設(shè)計(jì)的重要階段，是設(shè)計(jì)和施工的橋梁。本階段主要通過施工圖圖紙，表達(dá)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)意圖和設(shè)計(jì)結(jié)果，并作為項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)施工制作的依據(jù)。

(8)工程量計(jì)算及復(fù)核。①數(shù)據(jù)收集。②調(diào)整橋梁工程信息模型的幾何數(shù)據(jù)和非幾何數(shù)據(jù)。③校驗(yàn)?zāi)Ｐ偷耐暾浴?zhǔn)確性。④生成BIM工程量清單。

(9)基于BIM的結(jié)構(gòu)分析。①將BIM模型向結(jié)構(gòu)分析模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換。②利用結(jié)構(gòu)分析模型開展抗震、抗風(fēng)、抗火等結(jié)構(gòu)性能分析和設(shè)計(jì)。③將結(jié)構(gòu)計(jì)算的結(jié)果存儲(chǔ)在BIM模型或基于BIM的管理系統(tǒng)平臺(tái)中，以便后續(xù)的應(yīng)用。

5 結(jié) 論

BIM技術(shù)是一種全新的理念和技術(shù)，是交通行業(yè)的重大變革，BIM技術(shù)正在顛覆傳統(tǒng)工程建設(shè)領(lǐng)域原有的生產(chǎn)和管理方法。本文將BIM技術(shù)和GIS技術(shù)整合應(yīng)用到公路三維選線中，實(shí)現(xiàn)道路工程的優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量和節(jié)約工程造價(jià)。