BIM技術在農村路設計中的應用

李會玲

建筑信息模型（Building Information Modeling，以下簡稱BIM）技術是基于現代信息技術和計算機技術發展融合而成的建筑信息應用技術，利用數字技術存儲和傳遞建筑結構和構造特征，并以3D模式直觀表述，實現工程設計、施工、養護、運營管理信息傳遞共享和工作協同，促進工程建設項目全程信息化。2015年交通運輸部制定了《關于推進“四好農村路”建設的意見》，在全國組織開展以建好、管好、護好、運營好農村公路為主要內容的“四好農村路”建設，對于農村路的建、管、養、運分別提出了較高的要求，其中最為基礎的是建設好，建設好的基礎是設計好。截止2020年，BIM技術已經在多條高速公路的前期設計進行了應用，但是農村路建設的前期設計工作，數字化技術應用程度相對較低，基礎工程數據建立的完整性和準確性都較差，對于高標準建設四好農村路的關鍵在于設計階段運用BIM技術的應用，建立相對完整的工程數據模型，同時也是整個四好農村路建設項目全程信息化的基礎。

BIM技術在農村路設計中的應用程度較低，主要是由于農村路設計的特點決定，農村路設計一般是按照行政區域，分年度分批次打包給中小設計院，每個項目包所包含的路線很多，一般一個批次會包含50條左右，牽涉的主管單位比較多，如縣交通局、地管所、鄉鎮主管領導甚至到村一級領導，項目起終點，途經點的梳理相對重要，稍有不慎容易重復、缺漏等，工作量大。同時由于農村路造價相對較低，所以設計取費也就很低，整個項目的設計成本預算有限，不利于BIM技術在農村路設計中推廣應用。本文通過江西一批農村路設計中使用《公路工程BIM設計系統》進行三維設計，并且三維成果交付的應用實例，為BIM技術在四好農村路建設中的應用，探索一條切實可行的道路。

一、軟件準備

BIM技術的應用，第一步是BIM軟件的選取，有了軟件的支持，才是BIM技術在實際工程設計中應用的基礎。目前國內公路行業BIM應用類軟件不多，多數是以國外繪圖平臺為基礎進行的二次開發，通用性較好但專業性相對較差，上手操作難度較大，建模效率較低，實際應用成本高、周期長，不符合農村路設計的需求。近期同豪土木推出的一款《公路工程BIM設計系統》是一款專門針對我國公路設計的BIM軟件，采用的是自主研發的平臺，目前在免費試用階段。該軟件包含總體設計子系統、路基設計子系統、橋梁設計子系統、涵洞設計子系統、隧道設計子系統、交安設計子系統、電子沙盤子系統、資料管理子系統、工程造價子系統等九個子系統，涵蓋了公路設計的所有專業。

其中總體設計子系統可以完成總體路線專業從方案研究到施工圖設計的全部設計工作。在進行平面設計、縱斷面設計及超高加寬設計時，系統會自動結合最新規范并輔以智能的分析計算，實時對用戶進行提醒。實現了橋梁、隧道、邊坡等構造物的三維模型快速生成，工程數量實時提取，同時支持多路線間的方案比選。設計人員能輕松、快速擬定出合理的方案。方案確定后，一鍵輸出二維、三維成果，使設計人員從繁瑣的繪圖工作中解放出來，將更多精力投入到對方案的研究上，是提高設計效率的利器。由于該款軟件是針對公路工程設計的專業軟件，所以其設計效率和上手程度都要優于目前其他幾個國外平臺的軟件。

本項目的實施應用，還融合了無人機技術及傾斜攝影技術，隨著我國無人機領域的快速發展，無人機航飛成本大幅下降，目前基本達到了普及的水平，利用用無人機+傾斜攝影的方式，可以輕松的獲得路線走廊帶的高清影像，經過實測，高清影像的平面和高程精度，基本滿足公路工程設計的要求，這為快速獲取高清影像，代替費時費力的傳統測量工作，成為可能。無人機航飛成果的處理，本次采用ContextCapturer軟件，這是一款實景建模軟件，是Bentley公司于2015年收購的法國Acute3D公司的產品，在同等條件下，實景建模軟件ContextCapture提供的模型數據量只是同類系統系統的大概1/4的數據量。之所有能達到這樣的效果是因為，在ContextCapture中對算法進行了優化，這樣的數據承載量，可以降低對硬件的要求，同時運算的效率更高，同時，結合ContextCapture多任務并行處理的架構，會大大提供應用的效率，適合批量農村路設計中大量航飛數據的處理，同時也支持導出《公路工程BIM設計系統》所支持的數據格式。

二、應用BIM技術后，農村公路設計的流程

流程：

1.用《公路工程BIM設計系統》資料子系統，進行現場跑點，確定路線起終點，使用GPS軌跡記錄路線走向，同時對于路線途徑的關鍵控制點進行采集，采集方式使用照片、視頻、語音等多媒體手段，并自動歸類整理;

2.用資料系統記錄的GPS軌跡，在衛星圖片環境中找業主確定路線的起終點及路線走向，并展示對路線有影響的控制因素，大致確定路線方案;

3.根據確定的路線方案，利用無人機+傾斜攝影技術沿線進行飛圖;

4.航飛成果導出后采用ContextCapture Center Master軟件（簡稱CC），處理成osgb格式的三維成果;

5.將osgb格式的三維成果導入《公路工程BIM設計系統》總體子系統，構建三維實景環境，在三維環境中直接提取坐標、高程等設計基礎資料，進行路線方案詳細設計;

6.路線方案設計完成后，可在總體系統中以三維實景的方式進行匯報，匯報過程中可以自動生成三維漫游影像，已實景漫游的形式，確定路線方案;

7.方案確定后，路基、橋涵所需高程信息直接在數模上獲取，進行專業設計;

8.設計完成后，航飛成果轉為正射影像作為底圖導出，所有專業支持自動出圖，并整理成冊，模型數據可多種格式導出，為下游環節傳遞和共享BIM數據。

優點：

1.用資料系統調查完，所有路線的起終點，途經點等特征點包括現場照片都自動整理，直接導出表格，拿去找業主簽字，那就可以大幅提高效率，而且也能避免重復、遺漏、起終點理解不準確、資料傳遞出現錯誤等;尤其適合于路線較多且短的農村路項目;

2.提高地形測量效率，節省傳統地形圖測量的時間與成本;

3.降低成本。將傳統的實地測量橫地面線，改為三維數模上由程序自動剖切橫地面線，三維地模導入公路BIM系統，直接設計，不用生成地形圖。

4.提高質量。在實景數模環境下，控制因素直觀、豐富，確定路線方案更加合理，借助于BIM設計軟件，實時生成設計模型，整個設計過程就是虛擬建造的過程，項目建成后對環境的影響，一目了然，大大提高了設計成果的質量。

5.設計成果以三維的形式展示，配合高清正射圖，使方案匯報以一種全新的方式，輕松完成。

6.出圖圖面整潔統一，自動成冊效率高。

本項目共涉及5個鄉鎮，28條道路，共計里程68.004km。整個設計過程用了50天完成，由于BIM技術的應用，設計流程大大簡化，設計成本和周期略有降低，但是設計質量和效果有了較大的提升，整個設計過程可隨時將設計方案以三維表達的形式展現給業主，使設計方案確認環節的溝通效率大大提升，還同時降低了業主決策的難度，使整個設計過程更加順暢。隨平面圖紙一同提交的三維模型數據，為BIM技術在農村路的施工、管養和運營階段的應用，提供了數據基礎。

三、目前還存在的一些問題：

1.三維地模構建的數據量太大，6公里農村路，數據量達到20G，這個級別的數據處理量，對于計算機硬件的要求比較高;

2.《公路工程BIM設計系統》剛剛推出了V1.0版本，個別功能還有待完善，本文所用為試用版，后期收費會對設計成本有所增加。

（作者單位：河南牧業經濟學院 信息工程學院（軟件學院））