基于BIM+GIS技術的道路選線系統設計與應用

魏林金

(江西省交通設計研究院有限責任公司，江西 南昌 330000)

1 應用背景

2017年，交通運輸部提出了“提升公路設計水平”的目標，其中，對于公路設計階段，要求提升設計水平，鼓勵和促進工程設計人員直接利用BIM技術進行設計，在公路初步設計階段，要統籌應用BIM技術和GIS技術進行方案研究和論證，提高方案比選的全面性和針對性。

為了滿足基于BIM正向設計的需求，本文提出了一套“公路三維BIM正向設計系統”提供基礎平臺。

2 系統總體設計

系統采用C#語言開發，首先根據地形圖DEM數據和高分辨率影像建立三維地理信息環境，按精確地理位置坐標建立公路BIM模型，通過構建delaunay三角網形成填縫模型，使得大規模海量地形與公路BIM模型無縫疊加，形成一體化公路BIM模型，實現在BIM模型上完成土方量分析、設計數字化信息采集等工作，最后提取BIM模型的數字化信息，完成BIM的數字化交付，總體框架如圖1。

圖1 基于BIM+GIS的道路參數化設計系統整體流程圖

3 子系統設計

3.1 公路BIM+GIS快速建模子系統

系統能夠直接生成三維定線模型、實現物體的構件化并對模型實現自動編碼。

3.2 公路BIM+GIS實時三維交互式選線子系統

系統采用人工交互的方式在三維地理地理場景中實現道路的實時定線，通過調整路線縱坡、橫斷面，得出最終選線方案，并實時計算工程量、自動生成工程數量表。

3.3 基于人工智能的路線優化子系統

系統采用計算機人工智能算法來實現路線優化，在已選定的總體走廊帶路線方案中，通過約束條件對一些細部方案進行優化，讓計算機尋找最優方案提供給設計者參考，這樣不但能尊重選線者的意愿，又可以使得方案更加精確，總而節約工程造價，提升設計質量。

3.4 路線優化后評價子系統

系統通過三維GIS技術和實時模型技術，傳遞地形數據和模型信息，構造經濟指標、技術指標、社會環境三大準則層，利用AHP法建立四層遞階層次結構模型，通過模糊一致性矩陣模型計算路線各方案優屬度，開發基于GIS的三維路線評價系統，實時完成路線優化方案的評價。

4 項目實際應用

4.1 可行性研究階段系統應用

本階段開發公路自動選線技術，給定約束條件，讓計算機尋找最優方案，提供給設計者參考，找出路線最經濟走向，利用計算機算法技術，不遺漏任何一個更加優化的方案。確定路線走廊帶，將地質區域圖、鉆孔信息進行矢量化，實時剖切地質三維模型，供選線參考。利用BIM技術和GIS技術進行路線定線、路線方案比選，確定最終路線，并實時建立道路BIM模型。

4.2 初步設計階段系統應用

初步設計階段是介于方案設計階段和施工圖設計階段之間的過程，是對方案設計進行細化的階段。在本階段，推敲完善BIM模型，并配合結構專業建模進行核查設計。應用BIM軟件對模型進行一致性檢查。

4.3 施工圖設計階段系統應用

(1)路線優化設計，利用BIM技術和GIS技術進行路線方案優化。利用人工智能算法進行在三維GIS+BIM系統中進行縱斷面優化設計，并生成設計成果和三維模型。利用基于BIM+GIS的路線選線系統生成路線平縱圖紙。

(2)橋梁優化設計。利用BIM技術和GIS技術進行橋梁方案優化，生成橋梁復雜部位的剖面圖指導設計。

(3)施工圖設計階段地質模型。利用自主開發的IMSL算法，實現地形地質實時剖切，生成施工圖設計階段地質模型。

(4)互通立交匝道深化設計。利用BIM正向設計技術，調整匝道的平面、縱斷面、橫斷面，在三維層面上讓互通立交布線更加精準，并可以實時看到匝道銜接實景以及和地形相交狀況。

(5)施工圖設計階段路線、橋梁BIM模型。基于子的三維選線技術建立的GIS選線模型，自主開發GIS2RVT插件將數據與REVIT軟件無縫對接，在Revit中一鍵自動生成三維模型，利用此插件可以保證Revit模型與GIS模型完全一致，對模型進行構件化生成的同時進行自動編碼。

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

(7)碰撞檢查。施工圖設計是項目設計的重要階段，是設計和施工的橋梁。本階段主要通過施工圖圖紙，表達項目的設計意圖和設計結果，并作為項目現場施工制作的依據。

(8)工程量計算及復核。①數據收集。②調整橋梁工程信息模型的幾何數據和非幾何數據。③校驗模型的完整性、準確性。④生成BIM工程量清單。

(9)基于BIM的結構分析。①將BIM模型向結構分析模型進行轉換。②利用結構分析模型開展抗震、抗風、抗火等結構性能分析和設計。③將結構計算的結果存儲在BIM模型或基于BIM的管理系統平臺中，以便后續的應用。

5 結 論

BIM技術是一種全新的理念和技術，是交通行業的重大變革，BIM技術正在顛覆傳統工程建設領域原有的生產和管理方法。本文將BIM技術和GIS技術整合應用到公路三維選線中，實現道路工程的優化設計，提高了設計質量和節約工程造價。