BIM技術(shù)在農(nóng)村路設(shè)計中的應(yīng)用

李會玲

建筑信息模型（Building Information Modeling，以下簡稱BIM）技術(shù)是基于現(xiàn)代信息技術(shù)和計算機技術(shù)發(fā)展融合而成的建筑信息應(yīng)用技術(shù)，利用數(shù)字技術(shù)存儲和傳遞建筑結(jié)構(gòu)和構(gòu)造特征，并以3D模式直觀表述，實現(xiàn)工程設(shè)計、施工、養(yǎng)護、運營管理信息傳遞共享和工作協(xié)同，促進工程建設(shè)項目全程信息化。2015年交通運輸部制定了《關(guān)于推進“四好農(nóng)村路”建設(shè)的意見》，在全國組織開展以建好、管好、護好、運營好農(nóng)村公路為主要內(nèi)容的“四好農(nóng)村路”建設(shè)，對于農(nóng)村路的建、管、養(yǎng)、運分別提出了較高的要求，其中最為基礎(chǔ)的是建設(shè)好，建設(shè)好的基礎(chǔ)是設(shè)計好。截止2020年，BIM技術(shù)已經(jīng)在多條高速公路的前期設(shè)計進行了應(yīng)用，但是農(nóng)村路建設(shè)的前期設(shè)計工作，數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用程度相對較低，基礎(chǔ)工程數(shù)據(jù)建立的完整性和準(zhǔn)確性都較差，對于高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)四好農(nóng)村路的關(guān)鍵在于設(shè)計階段運用BIM技術(shù)的應(yīng)用，建立相對完整的工程數(shù)據(jù)模型，同時也是整個四好農(nóng)村路建設(shè)項目全程信息化的基礎(chǔ)。

BIM技術(shù)在農(nóng)村路設(shè)計中的應(yīng)用程度較低，主要是由于農(nóng)村路設(shè)計的特點決定，農(nóng)村路設(shè)計一般是按照行政區(qū)域，分年度分批次打包給中小設(shè)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(xiāng)鎮(zhèn)主管領(lǐng)導(dǎo)甚至到村一級領(lǐng)導(dǎo)，項目起終點，途經(jīng)點的梳理相對重要，稍有不慎容易重復(fù)、缺漏等，工作量大。同時由于農(nóng)村路造價相對較低，所以設(shè)計取費也就很低，整個項目的設(shè)計成本預(yù)算有限，不利于BIM技術(shù)在農(nóng)村路設(shè)計中推廣應(yīng)用。本文通過江西一批農(nóng)村路設(shè)計中使用《公路工程BIM設(shè)計系統(tǒng)》進行三維設(shè)計，并且三維成果交付的應(yīng)用實例，為BIM技術(shù)在四好農(nóng)村路建設(shè)中的應(yīng)用，探索一條切實可行的道路。

一、軟件準(zhǔn)備

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

其中總體設(shè)計子系統(tǒng)可以完成總體路線專業(yè)從方案研究到施工圖設(shè)計的全部設(shè)計工作。在進行平面設(shè)計、縱斷面設(shè)計及超高加寬設(shè)計時，系統(tǒng)會自動結(jié)合最新規(guī)范并輔以智能的分析計算，實時對用戶進行提醒。實現(xiàn)了橋梁、隧道、邊坡等構(gòu)造物的三維模型快速生成，工程數(shù)量實時提取，同時支持多路線間的方案比選。設(shè)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(shè)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(shè)計效率的利器。由于該款軟件是針對公路工程設(shè)計的專業(yè)軟件，所以其設(shè)計效率和上手程度都要優(yōu)于目前其他幾個國外平臺的軟件。

本項目的實施應(yīng)用，還融合了無人機技術(shù)及傾斜攝影技術(shù)，隨著我國無人機領(lǐng)域的快速發(fā)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(jīng)過實測，高清影像的平面和高程精度，基本滿足公路工程設(shè)計的要求，這為快速獲取高清影像，代替費時費力的傳統(tǒng)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(chǎn)品，在同等條件下，實景建模軟件ContextCapture提供的模型數(shù)據(jù)量只是同類系統(tǒng)系統(tǒng)的大概1/4的數(shù)據(jù)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(yōu)化，這樣的數(shù)據(jù)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(jié)合ContextCapture多任務(wù)并行處理的架構(gòu)，會大大提供應(yīng)用的效率，適合批量農(nóng)村路設(shè)計中大量航飛數(shù)據(jù)的處理，同時也支持導(dǎo)出《公路工程BIM設(shè)計系統(tǒng)》所支持的數(shù)據(jù)格式。

二、應(yīng)用BIM技術(shù)后，農(nóng)村公路設(shè)計的流程

流程：

1.用《公路工程BIM設(shè)計系統(tǒng)》資料子系統(tǒng)，進行現(xiàn)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(guān)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(tǒng)記錄的GPS軌跡，在衛(wèi)星圖片環(huán)境中找業(yè)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(jù)確定的路線方案，利用無人機+傾斜攝影技術(shù)沿線進行飛圖;

4.航飛成果導(dǎo)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(dǎo)入《公路工程BIM設(shè)計系統(tǒng)》總體子系統(tǒng)，構(gòu)建三維實景環(huán)境，在三維環(huán)境中直接提取坐標(biāo)、高程等設(shè)計基礎(chǔ)資料，進行路線方案詳細設(shè)計;

6.路線方案設(shè)計完成后，可在總體系統(tǒng)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(shù)模上獲取，進行專業(yè)設(shè)計;

8.設(shè)計完成后，航飛成果轉(zhuǎn)為正射影像作為底圖導(dǎo)出，所有專業(yè)支持自動出圖，并整理成冊，模型數(shù)據(jù)可多種格式導(dǎo)出，為下游環(huán)節(jié)傳遞和共享BIM數(shù)據(jù)。

優(yōu)點：

1.用資料系統(tǒng)調(diào)查完，所有路線的起終點，途經(jīng)點等特征點包括現(xiàn)場照片都自動整理，直接導(dǎo)出表格，拿去找業(yè)主簽字，那就可以大幅提高效率，而且也能避免重復(fù)、遺漏、起終點理解不準(zhǔn)確、資料傳遞出現(xiàn)錯誤等;尤其適合于路線較多且短的農(nóng)村路項目;

2.提高地形測量效率，節(jié)省傳統(tǒng)地形圖測量的時間與成本;

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

4.提高質(zhì)量。在實景數(shù)模環(huán)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(shè)計軟件，實時生成設(shè)計模型，整個設(shè)計過程就是虛擬建造的過程，項目建成后對環(huán)境的影響，一目了然，大大提高了設(shè)計成果的質(zhì)量。

5.設(shè)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(tǒng)一，自動成冊效率高。

本項目共涉及5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，28條道路，共計里程68.004km。整個設(shè)計過程用了50天完成，由于BIM技術(shù)的應(yīng)用，設(shè)計流程大大簡化，設(shè)計成本和周期略有降低，但是設(shè)計質(zhì)量和效果有了較大的提升，整個設(shè)計過程可隨時將設(shè)計方案以三維表達的形式展現(xiàn)給業(yè)主，使設(shè)計方案確認(rèn)環(huán)節(jié)的溝通效率大大提升，還同時降低了業(yè)主決策的難度，使整個設(shè)計過程更加順暢。隨平面圖紙一同提交的三維模型數(shù)據(jù)，為BIM技術(shù)在農(nóng)村路的施工、管養(yǎng)和運營階段的應(yīng)用，提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

三、目前還存在的一些問題：

1.三維地模構(gòu)建的數(shù)據(jù)量太大，6公里農(nóng)村路，數(shù)據(jù)量達到20G，這個級別的數(shù)據(jù)處理量，對于計算機硬件的要求比較高;

2.《公路工程BIM設(shè)計系統(tǒng)》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(shè)計成本有所增加。

（作者單位：河南牧業(yè)經(jīng)濟學(xué)院 信息工程學(xué)院（軟件學(xué)院））