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

張 翔

(山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司，山西 太原 030000)

早在2017年我國交通運(yùn)輸部就確立了進(jìn)一步提高公路工程設(shè)計(jì)水平的基本目標(biāo)，基于這一目標(biāo)，公路工程設(shè)計(jì)過程中鼓勵(lì)和督促相關(guān)設(shè)計(jì)人員借助BIM技術(shù)開展設(shè)計(jì)工作，尤其是在初步設(shè)計(jì)過程中應(yīng)對(duì)BIM與GIS技術(shù)予以統(tǒng)籌應(yīng)用，做好方案研究及論證，從而提高方案比選過程的針對(duì)性及全面性。為切實(shí)滿足以BIM為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)要求，需設(shè)計(jì)一套以BIM和GIS為基礎(chǔ)的綜合系統(tǒng)平臺(tái)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 總體設(shè)計(jì)

該綜合系統(tǒng)的開發(fā)語言以C語言為主，現(xiàn)以DEM數(shù)據(jù)為依據(jù)，并結(jié)合高分辨率影像進(jìn)行三維環(huán)境的創(chuàng)建，然后根據(jù)地理位置坐標(biāo)進(jìn)行BIM模型的建立，并通過對(duì)三角網(wǎng)的建立得到填縫模型，利用填縫模型使地形和BIM模型之間實(shí)現(xiàn)無縫疊加，最終得到一體化的模型，利用該模型能進(jìn)行土方計(jì)算和數(shù)字化采集，并能實(shí)現(xiàn)數(shù)字化交付。

1.2 子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

(1)快速建模。該子系統(tǒng)的作用在于提供三維定線模型，使各物體均實(shí)現(xiàn)構(gòu)件化，同時(shí)能對(duì)模型進(jìn)行自動(dòng)編碼。

(2)三維選線。通過人工交互，在三維場所當(dāng)中進(jìn)行道路定線，并通過對(duì)路線橫縱斷面的適當(dāng)調(diào)整，得出選線方案，同時(shí)對(duì)工程量進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算，并生成相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)表。

(3)路線優(yōu)化。綜合系統(tǒng)通過對(duì)人工智能算法的應(yīng)用對(duì)路線進(jìn)行優(yōu)化，在所選總體方案當(dāng)中根據(jù)約束條件優(yōu)化某些細(xì)部方案，在確定最優(yōu)方案后，將其提供給設(shè)計(jì)人員，采用這樣的方式，除了能提高方案精確性，還能起到減少成本與保證設(shè)計(jì)質(zhì)量的重要作用。

(4)綜合評(píng)價(jià)。綜合系統(tǒng)在GIS與實(shí)時(shí)模型等先進(jìn)技術(shù)的支持下，能對(duì)地形數(shù)據(jù)與模型信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)傳遞，由此建成一個(gè)包含經(jīng)濟(jì)、技術(shù)與社會(huì)環(huán)境三個(gè)重要指標(biāo)的結(jié)構(gòu)層，然后借助AHP法進(jìn)行結(jié)構(gòu)模型的建立，采用模糊一致性方法對(duì)不同方案對(duì)應(yīng)的優(yōu)屬度進(jìn)行計(jì)算，以此形成評(píng)價(jià)系統(tǒng)，對(duì)各方案進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，為最終方案的確定提供可靠參考依據(jù)。

2 系統(tǒng)應(yīng)用

2.1 在可研階段中的應(yīng)用

在可研階段通過對(duì)該綜合系統(tǒng)的應(yīng)用，確定各項(xiàng)約束條件，采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行最優(yōu)方案的比選，并將其提供給設(shè)計(jì)人員，確定經(jīng)濟(jì)合理且技術(shù)可行的路線走向。在確定了具體的走廊帶以后，需對(duì)鉆孔信息與地質(zhì)區(qū)域圖等實(shí)施矢量化，并剖析地質(zhì)三維模型，為下一步選線工作的進(jìn)行提供可靠參考依據(jù)。通過對(duì)BIM與GIS兩項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，可在完成路線定線的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)方案比選，找出最佳路線，此外還能進(jìn)行BIM模型的創(chuàng)建，為后續(xù)設(shè)計(jì)階段的工作奠定良好基礎(chǔ)。

2.2 在初步設(shè)計(jì)階段中的應(yīng)用

對(duì)于初步設(shè)計(jì)，它是處在方案設(shè)計(jì)與施工圖設(shè)計(jì)兩個(gè)階段之間的設(shè)計(jì)工作，主要是對(duì)方案設(shè)計(jì)實(shí)施的細(xì)化處理。在該設(shè)計(jì)階段當(dāng)中，對(duì)BIM模型進(jìn)行不斷推敲與完善，同時(shí)積極配合其它專業(yè)的模型實(shí)施核查設(shè)計(jì)，同時(shí)借助BIM軟件開展模型的一致性檢查。

2.3 在施工圖設(shè)計(jì)階段中的應(yīng)用

施工圖設(shè)計(jì)是整個(gè)設(shè)計(jì)工作的重要環(huán)節(jié)，也是綜合系統(tǒng)應(yīng)用的主要環(huán)節(jié)，在這一階段中對(duì)該系統(tǒng)的應(yīng)用包含以下內(nèi)容。

(1)對(duì)路線進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，即在BIM與GIS兩項(xiàng)技術(shù)的支持下，對(duì)路線方案實(shí)施優(yōu)化。借助人工智能在綜合系統(tǒng)中開展縱斷面的優(yōu)化，同時(shí)生成相應(yīng)的三維模型及設(shè)計(jì)成果。在以BIM與GIS為基礎(chǔ)的系統(tǒng)支撐下，能獲得路線對(duì)應(yīng)的平縱圖。

(2)對(duì)橋梁進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，即在BIM與GIS兩項(xiàng)技術(shù)的支持下，對(duì)橋梁方案實(shí)施優(yōu)化，完成優(yōu)化后可得到橋梁中復(fù)雜程度較高部位的剖面圖，能為后續(xù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作提供可靠參考指導(dǎo)，保證設(shè)計(jì)成果質(zhì)量。

(3)建立地質(zhì)模型。借助自主研發(fā)而成的算法，如IMSL等，對(duì)區(qū)域范圍內(nèi)的地形地質(zhì)進(jìn)行實(shí)時(shí)剖切，進(jìn)而生成該設(shè)計(jì)階段需要參考和使用的地質(zhì)模型。

(4)對(duì)互通式立交的匝道進(jìn)行深化設(shè)計(jì)。通過對(duì)基于BIM的正向設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用，對(duì)匝道平縱斷面進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，基于三維層面使立交布線達(dá)到準(zhǔn)確性要求，同時(shí)實(shí)時(shí)觀察匝道的實(shí)際銜接情況與和地形之間的相交情況。

(5)建立路橋和橋梁對(duì)應(yīng)的BIM模型。借助三維選線技術(shù)能建立以GIS為核心的選線模型，此時(shí)自主開發(fā)插件可以和REVIT等軟件實(shí)現(xiàn)無縫對(duì)接，此時(shí)采用軟件方可自動(dòng)生成模型，在插件的支持下，能使采用軟件得出的模型和GIS模型保持一致，并能對(duì)模型包含的各類物體進(jìn)行構(gòu)件化處理，最后完成自動(dòng)編碼。

(6)圖紙生成。通過對(duì)該綜合系統(tǒng)的應(yīng)用，能生成十分精確且可行的圖紙，如橫斷面圖和分析表等，其中，橫斷面分析表如表1所示。

(7)碰撞檢查。在項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中，施工圖設(shè)計(jì)為重要工作階段，是銜接設(shè)計(jì)與施工的重要橋梁，該階段根據(jù)施工圖，正確表達(dá)項(xiàng)目基本設(shè)計(jì)意圖，得出相應(yīng)的設(shè)計(jì)成果，為之后的現(xiàn)場施工作業(yè)提供可靠參考依據(jù)。

(8)工程量的計(jì)算與復(fù)核。首先進(jìn)行數(shù)據(jù)信息采集，并對(duì)工程信息模型包含的幾何與非幾何數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整；然后對(duì)模型進(jìn)行校驗(yàn)，確定其準(zhǔn)確性與完整性能否達(dá)到要求；最后即可自動(dòng)生成工程量統(tǒng)計(jì)清單。

(9)結(jié)構(gòu)分析。這項(xiàng)工作需要借助BIM技術(shù)來完成，首先，將BIM模型轉(zhuǎn)換成結(jié)構(gòu)分析模型；然后在結(jié)構(gòu)分析模型的支持下進(jìn)行結(jié)構(gòu)性能分析，并根據(jù)分析結(jié)果開展相應(yīng)的設(shè)計(jì)，如抗震性能分析與設(shè)計(jì)、抗風(fēng)性能分析與設(shè)計(jì)和抗火性能分析與設(shè)計(jì)；完成結(jié)構(gòu)分析與計(jì)算后，將結(jié)果存儲(chǔ)在模型或以BIM為基礎(chǔ)的系統(tǒng)平臺(tái)當(dāng)中，以供后續(xù)工作隨時(shí)取用。

3 結(jié) 語

綜上所述，作為全新的設(shè)計(jì)理念與方法，BIM對(duì)交通行業(yè)而言是一次重大變革，它的應(yīng)用改變了從以往的生產(chǎn)及管理方式。在公路三維選線工作中通過對(duì)BIM與GIS技術(shù)的應(yīng)用，能實(shí)現(xiàn)對(duì)公路的整體優(yōu)化設(shè)計(jì)，在保證設(shè)計(jì)質(zhì)量的基礎(chǔ)上，節(jié)省工程造價(jià)。