BIM 技術(shù)在公路勘察設(shè)計中的應(yīng)用

周 鋒

（中國公路工程咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100089）

公路勘察設(shè)計是公路工程項目立項、建設(shè)的重要基礎(chǔ)。通過科學(xué)地對公路進(jìn)行勘察，全面掌握公路的實際情況，這無論是對于公路的設(shè)計還是建設(shè)都具有積極的影響。BIM 技術(shù)作為一種應(yīng)用于工程設(shè)計、建造、管理的數(shù)據(jù)化工具，為現(xiàn)代工程設(shè)計帶來了極大的便利。BIM 技術(shù)在公路勘察設(shè)計中的應(yīng)用，可以實現(xiàn)公路工程的可視化，有效提升公路勘察設(shè)計的效果與質(zhì)量。總而言之，加強BIM 技術(shù)在公路勘察設(shè)計中的應(yīng)用研究具有深遠(yuǎn)的影響。

1 工程概況

某地區(qū)為了滿足社會民眾日常出行需求，擬新建鄉(xiāng)道公路，該項目設(shè)計全長17.5km，設(shè)計道路等級為三級，行車設(shè)計時速為50km/h。由于該擬建項目區(qū)內(nèi)交通十分不便，加上缺乏完善的基礎(chǔ)資料支持，導(dǎo)致公路在設(shè)計階段存在較多的問題。為了保證設(shè)計方案的可靠性與準(zhǔn)確性，在公路勘察設(shè)計階段需通過BIM 技術(shù)的應(yīng)用來完成勘察測量工作。

2 公路勘察設(shè)計與BIM 技術(shù)特點

2.1 公路勘察設(shè)計

公路勘察設(shè)計是公路地質(zhì)信息管理、公路建設(shè)的重要環(huán)節(jié)與基礎(chǔ)。傳統(tǒng)公路勘察設(shè)計工作主要是利用CAD 二維模型建構(gòu)地質(zhì)的信息，這種技術(shù)雖然有其優(yōu)勢與成效，但是相對于BIM 技術(shù)，不但在形式方面顯得比較單一，同時可視化表現(xiàn)得比較差。在這種情況下將BIM 技術(shù)應(yīng)用到公路勘察設(shè)計中，不僅能夠完整、準(zhǔn)確地存儲與處理現(xiàn)場的勘察數(shù)據(jù)，還能實現(xiàn)公路勘察結(jié)構(gòu)的可視化，無論是對于提升公路勘察設(shè)計工作質(zhì)量還是推動公路勘察設(shè)計工作的發(fā)展都有著積極的影響。

2.2 BIM 技術(shù)及其特點

2.2.1 BIM 技術(shù)

建筑信息模型（BIM）是指以建筑工程項目的各項相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎(chǔ)，建立建筑模型，繼而通過數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息。隨著在實踐中的應(yīng)用與發(fā)展，BIM 技術(shù)已經(jīng)形成了一套標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行體系，并得到了來自國內(nèi)外相關(guān)部門的肯定。我國不僅針對BIM 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建的必要性做出了系統(tǒng)性的研究，也對當(dāng)前國際標(biāo)準(zhǔn)體系進(jìn)行了深入的探索，并且進(jìn)一步深了BIM 技術(shù)的定義化：既能在建筑工程整個建設(shè)過程中提供詳細(xì)的共享信息以及數(shù)據(jù)資源，又能為施工中各個環(huán)節(jié)中的決策提供基本的信息數(shù)據(jù)支持[1]。

2.2.2 BIM 技術(shù)特點

相對于傳統(tǒng)的公路勘察設(shè)計技術(shù)，BIM 技術(shù)不僅具有絕對的優(yōu)勢，還具有鮮明的特點，主要表現(xiàn)在可視化、協(xié)調(diào)性、可模擬性、可優(yōu)化性、可出圖等幾個方面，具體如下所述：

（1）可視化。BIM 技術(shù)可以將勘察數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后直觀呈現(xiàn)出來，實現(xiàn)了整個公路勘察過程的可視化，這不但有利于數(shù)據(jù)信息的管理，而且根據(jù)BIM技術(shù)形成的效果圖與相應(yīng)的數(shù)據(jù)圖表之后可以增強設(shè)計人員與勘察人員的交流與互動，使公路設(shè)計、工程決策更加科學(xué)與合理。

（2）協(xié)調(diào)性。公路建設(shè)項目中，如果設(shè)計師、勘察人員溝通不充分，不僅會導(dǎo)致各專業(yè)之間出現(xiàn)沖突與矛盾，還會為工程施工與工程質(zhì)量帶來嚴(yán)重的影響。而BIM 技術(shù)本身就具有協(xié)調(diào)性的特點，促進(jìn)各個專業(yè)之間的相互交流與互動，進(jìn)而有效避免各專業(yè)之間出現(xiàn)矛盾與問題。

（3）可模擬性。BIM 技術(shù)具有可模擬性，在實際公路勘察設(shè)計工作中以工程實際設(shè)計目標(biāo)為基礎(chǔ)，模擬現(xiàn)實中的建筑物及環(huán)境。所以在公路勘察設(shè)計工作中利用BIM 技術(shù)可以模擬周圍環(huán)境，以便更加科學(xué)、合理地制定工程施工方案[2]。

（4）可優(yōu)化性。借助BIM 可視化的優(yōu)勢，直觀獲取公路項目規(guī)劃、物理以及幾何等重要的公路勘察數(shù)據(jù)信息，當(dāng)發(fā)現(xiàn)任何問題或缺陷時直接利用BIM 技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化處理，保證設(shè)計與施工規(guī)劃工作的科學(xué)性與合理性。

（5）可出圖。BIM 技術(shù)在公路勘察設(shè)計中的應(yīng)用，除了上述幾個特點之外，還可以進(jìn)行碰撞檢查與修改設(shè)計，形成碰撞檢查報告以及修改方案，在提升公路勘察設(shè)計質(zhì)量方面發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。

3 BIM 技術(shù)在公路勘察設(shè)計中建模分析

3.1 BIM 技術(shù)三維模型建模分析

BIM 技術(shù)在公路勘察設(shè)計中的應(yīng)用主要是在設(shè)計階段就開始介入，利用相應(yīng)的勘察數(shù)據(jù)構(gòu)建三維模型，進(jìn)一步為公路設(shè)計、公路選線等提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)資料支持。借助BIM 技術(shù)的三維模型建模實現(xiàn)可視化，強化公路建設(shè)中各方主體之間的互動與交流，從而在滿足建設(shè)要求的基礎(chǔ)下實現(xiàn)設(shè)計工作效率的全面提升。當(dāng)前，我國公路勘察設(shè)計中BIM 技術(shù)的應(yīng)用尚在探索階段，所以無法直接完成全部用途的公路三維模型，在實際工作中仍然需要通過分級建模來實現(xiàn)三維模型建模，才能完成設(shè)計目標(biāo)[3]。

3.2 BIM 技術(shù)選線設(shè)計

BIM 技術(shù)在公路勘察設(shè)計中的應(yīng)用，表現(xiàn)為通過構(gòu)建DEM 模型后可以直觀呈現(xiàn)出擬建公路周圍的自然環(huán)境、地形地貌等，同時反映出擬建公路區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)情況，為公路選線設(shè)計提供更加全面與準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。此外，BIM 通過構(gòu)建三維模型不僅直觀呈現(xiàn)出公路路線的總體規(guī)劃，而且在模型中可以重點突出服務(wù)區(qū)、橋梁以及隧道等，這在全面提升公路勘察設(shè)計的合理性與準(zhǔn)確性上意義非凡[4]。

3.3 BIM 技術(shù)在公路勘察設(shè)計中的具體應(yīng)用

在確定公路選線設(shè)計之后，利用BIM 技術(shù)自動生成中等細(xì)節(jié)程度的三維模型。在利用BIM 技術(shù)構(gòu)建三維模型時，可以從現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫中選擇道路模型的外觀以及細(xì)節(jié)等詳細(xì)信息，而且以項目設(shè)計的實際需求、建設(shè)目標(biāo)、項目所在地的地形地貌等合理構(gòu)建三維模型，使模型更加符合公路勘察設(shè)計的要求與目標(biāo)。

同時，BIM 技術(shù)在公路勘察設(shè)計應(yīng)用過程中，要針對重要或者特殊的道路結(jié)構(gòu)構(gòu)建三維模型，構(gòu)建時重點突出細(xì)節(jié)、層次以及特殊性，而且在三維模型構(gòu)建時可以適當(dāng)增加其他工程設(shè)施的模型，以此形成良好的對比與交流，這樣既充分發(fā)揮了BIM 技術(shù)在公路勘察設(shè)計中應(yīng)用優(yōu)勢，又使得公路勘察設(shè)計更加合理與全面[5]。公路勘察設(shè)計中可以利用BIM 技術(shù)的優(yōu)勢，在三維模型構(gòu)建過程中適當(dāng)增加公路的屬性信息，如公路的路面鋪裝施工工藝、路面施工材料等，這可以幫助公路建設(shè)項目中各方主體通過三維模型獲取到更多的信息，更進(jìn)一步完善公路的勘察設(shè)計，為后續(xù)的設(shè)計與施工提供有力的支持。

此外，針對當(dāng)前BIM 技術(shù)在公路勘察設(shè)計中的應(yīng)用現(xiàn)狀，要注重BIM 技術(shù)應(yīng)用質(zhì)量的提升，具體而言：首先，注重BIM 技術(shù)協(xié)同平臺的建設(shè)。要想實現(xiàn)BIM 技術(shù)的優(yōu)化與完善，必須通過基于數(shù)據(jù)庫存儲技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)建設(shè)協(xié)同平臺，為BIM 技術(shù)在不同專業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用提供支持；其次，以實際情況為出發(fā)點，制定科學(xué)合理的BIM 技術(shù)發(fā)展規(guī)劃。BIM 技術(shù)實際應(yīng)用過程中通過結(jié)合公路勘察設(shè)計的實際需求與情況制定長遠(yuǎn)規(guī)劃，不僅可以提升工作質(zhì)量，而且能加快BIM 技術(shù)在項目中的集成應(yīng)用；最后，要注重BIM專業(yè)人才與團(tuán)隊的培養(yǎng)。在實踐工作中一方面要注重通過實踐工作來培養(yǎng)專業(yè)人員的專業(yè)素養(yǎng)與專業(yè)能力；另一方面要通過高密度、高水平的BIM 技術(shù)的專項培訓(xùn)工作幫助專業(yè)人員在不斷的學(xué)習(xí)過程中實現(xiàn)自身能力提升的同時推動BIM 技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，從而提升公路勘察設(shè)計質(zhì)量。

4 BIM 技術(shù)的數(shù)據(jù)建模方法

公路勘察設(shè)計工作中，主要勘察內(nèi)包含公路建設(shè)所在地的地形、地貌、土質(zhì)結(jié)構(gòu)以及主要的構(gòu)筑物，公路勘察設(shè)計主要是針對新建公路與改擴(kuò)建公路兩種類型[6]。雖然當(dāng)前BIM 技術(shù)在公路勘察設(shè)計中的應(yīng)用僅局限于前期的設(shè)計工作，無法為后續(xù)的施工建設(shè)提供必要的支持，但是可根據(jù)實際情況通過重復(fù)建模來解決相關(guān)問題，為后續(xù)的施工提供重要的數(shù)據(jù)參考與理論支持。BIM 技術(shù)三維模型的構(gòu)建數(shù)據(jù)來源主要是現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)與公路三維模型標(biāo)準(zhǔn)庫。所以，構(gòu)建公路三維模型時不僅要依靠完善的勘測技術(shù)，還要借助計算機CAD 設(shè)計技術(shù)。

BIM 技術(shù)的數(shù)據(jù)建模時可以從以下幾種途徑獲取信息數(shù)據(jù)：

（1）通過高分辨率的衛(wèi)星測量。借助高分辨率的衛(wèi)星測量是構(gòu)建三維模型的重要信息來源之一，同時隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，還可以借助遙感衛(wèi)星影像技術(shù)獲取到地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地質(zhì)災(zāi)害等詳細(xì)的數(shù)據(jù)信息，通過構(gòu)建地質(zhì)災(zāi)害三維模型，幫助公路設(shè)計人員更加直觀地獲取到豐富的資質(zhì)信息資料，提升公路設(shè)計質(zhì)量。

（2）航拍測量。這項技術(shù)主要是借助無人機技術(shù)來采集地面信息，其測量精度能夠滿足BIM 技術(shù)構(gòu)建三維模型的需求，但是航拍測量在覆蓋面方面存在局限性。

（3）三維激光測量。這項測量技術(shù)主要是以汽車、飛機等為載體開展勘察工作，優(yōu)勢在于具有較強的靈活性與機動性，比較符合BIM 技術(shù)構(gòu)建三維模型的要求。

此外，BIM 技術(shù)在公路勘察設(shè)計中的應(yīng)用還需要注重協(xié)同設(shè)計要求。BIM技術(shù)在公路勘察設(shè)計中的應(yīng)用涉及多個專業(yè)，既包含路線、交通工程，也包含了橋梁、隧道等專業(yè)，所以在實際設(shè)計過程中需要協(xié)同設(shè)計，滿足建設(shè)要求[7-9]。在實際勘察設(shè)計階段，要以三維模型為基礎(chǔ)，通過以下幾個方面的協(xié)同來完成設(shè)計工作：①坐標(biāo)系統(tǒng)的統(tǒng)一；②保證既有道路模型的建模精度；③強化三維模型構(gòu)建的可視化管理；④強化各專業(yè)的BIM 的協(xié)同設(shè)計。通過這幾方面的強化既可以幫助專業(yè)技術(shù)人員更好地掌握BIM 技術(shù)，同時也能在最大程度上發(fā)揮BIM 技術(shù)在公路勘察設(shè)計中的應(yīng)用優(yōu)勢。

5 結(jié)束語

綜上所述，文章通過結(jié)合實際案例對BIM 技術(shù)在公路勘察設(shè)計中的應(yīng)用分析與研究，發(fā)現(xiàn)BIM 技術(shù)相對于傳統(tǒng)的技術(shù)不僅可以實現(xiàn)設(shè)計的可視化管理，而且為各專業(yè)的設(shè)計人員提供了更加準(zhǔn)確、全面、直觀的信息數(shù)據(jù)支持，切實強化了各專業(yè)設(shè)計人員的交流與互動，從而真正提升了公路勘察設(shè)計質(zhì)量。未來，相關(guān)工程人員應(yīng)深入研究、持續(xù)探索，深化BIM 技術(shù)在公路勘察設(shè)計中的應(yīng)用，為促進(jìn)公路工程行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展提供技術(shù)支持。