基于BIM+GIS技術的道路選線系統(tǒng)設計與應用研究

張 翔

(山西省交通規(guī)劃勘察設計院有限公司，山西 太原 030000)

早在2017年我國交通運輸部就確立了進一步提高公路工程設計水平的基本目標，基于這一目標，公路工程設計過程中鼓勵和督促相關設計人員借助BIM技術開展設計工作，尤其是在初步設計過程中應對BIM與GIS技術予以統(tǒng)籌應用，做好方案研究及論證，從而提高方案比選過程的針對性及全面性。為切實滿足以BIM為基礎的設計要求，需設計一套以BIM和GIS為基礎的綜合系統(tǒng)平臺。

1 系統(tǒng)設計

1.1 總體設計

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)，并結合高分辨率影像進行三維環(huán)境的創(chuàng)建，然后根據(jù)地理位置坐標進行BIM模型的建立，并通過對三角網(wǎng)的建立得到填縫模型，利用填縫模型使地形和BIM模型之間實現(xiàn)無縫疊加，最終得到一體化的模型，利用該模型能進行土方計算和數(shù)字化采集，并能實現(xiàn)數(shù)字化交付。

1.2 子系統(tǒng)設計

(1)快速建模。該子系統(tǒng)的作用在于提供三維定線模型，使各物體均實現(xiàn)構件化，同時能對模型進行自動編碼。

(2)三維選線。通過人工交互，在三維場所當中進行道路定線，并通過對路線橫縱斷面的適當調整，得出選線方案，同時對工程量進行實時計算，并生成相應的統(tǒng)計表。

(3)路線優(yōu)化。綜合系統(tǒng)通過對人工智能算法的應用對路線進行優(yōu)化，在所選總體方案當中根據(jù)約束條件優(yōu)化某些細部方案，在確定最優(yōu)方案后，將其提供給設計人員，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計質量的重要作用。

(4)綜合評價。綜合系統(tǒng)在GIS與實時模型等先進技術的支持下，能對地形數(shù)據(jù)與模型信息進行動態(tài)傳遞，由此建成一個包含經(jīng)濟、技術與社會環(huán)境三個重要指標的結構層，然后借助AHP法進行結構模型的建立，采用模糊一致性方法對不同方案對應的優(yōu)屬度進行計算，以此形成評價系統(tǒng)，對各方案進行綜合評價，為最終方案的確定提供可靠參考依據(jù)。

2 系統(tǒng)應用

2.1 在可研階段中的應用

在可研階段通過對該綜合系統(tǒng)的應用，確定各項約束條件，采用計算機進行最優(yōu)方案的比選，并將其提供給設計人員，確定經(jīng)濟合理且技術可行的路線走向。在確定了具體的走廊帶以后，需對鉆孔信息與地質區(qū)域圖等實施矢量化，并剖析地質三維模型，為下一步選線工作的進行提供可靠參考依據(jù)。通過對BIM與GIS兩項技術的應用，可在完成路線定線的基礎上實現(xiàn)方案比選，找出最佳路線，此外還能進行BIM模型的創(chuàng)建，為后續(xù)設計階段的工作奠定良好基礎。

2.2 在初步設計階段中的應用

對于初步設計，它是處在方案設計與施工圖設計兩個階段之間的設計工作，主要是對方案設計實施的細化處理。在該設計階段當中，對BIM模型進行不斷推敲與完善，同時積極配合其它專業(yè)的模型實施核查設計，同時借助BIM軟件開展模型的一致性檢查。

2.3 在施工圖設計階段中的應用

施工圖設計是整個設計工作的重要環(huán)節(jié)，也是綜合系統(tǒng)應用的主要環(huán)節(jié)，在這一階段中對該系統(tǒng)的應用包含以下內(nèi)容。

(1)對路線進行優(yōu)化設計，即在BIM與GIS兩項技術的支持下，對路線方案實施優(yōu)化。借助人工智能在綜合系統(tǒng)中開展縱斷面的優(yōu)化，同時生成相應的三維模型及設計成果。在以BIM與GIS為基礎的系統(tǒng)支撐下，能獲得路線對應的平縱圖。

(2)對橋梁進行優(yōu)化設計，即在BIM與GIS兩項技術的支持下，對橋梁方案實施優(yōu)化，完成優(yōu)化后可得到橋梁中復雜程度較高部位的剖面圖，能為后續(xù)的結構設計工作提供可靠參考指導，保證設計成果質量。

(3)建立地質模型。借助自主研發(fā)而成的算法，如IMSL等，對區(qū)域范圍內(nèi)的地形地質進行實時剖切，進而生成該設計階段需要參考和使用的地質模型。

(4)對互通式立交的匝道進行深化設計。通過對基于BIM的正向設計方法的應用，對匝道平縱斷面進行適當?shù)恼{整，基于三維層面使立交布線達到準確性要求，同時實時觀察匝道的實際銜接情況與和地形之間的相交情況。

(5)建立路橋和橋梁對應的BIM模型。借助三維選線技術能建立以GIS為核心的選線模型，此時自主開發(fā)插件可以和REVIT等軟件實現(xiàn)無縫對接，此時采用軟件方可自動生成模型，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，并能對模型包含的各類物體進行構件化處理，最后完成自動編碼。

(6)圖紙生成。通過對該綜合系統(tǒng)的應用，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。在項目設計過程中，施工圖設計為重要工作階段，是銜接設計與施工的重要橋梁，該階段根據(jù)施工圖，正確表達項目基本設計意圖，得出相應的設計成果，為之后的現(xiàn)場施工作業(yè)提供可靠參考依據(jù)。

(8)工程量的計算與復核。首先進行數(shù)據(jù)信息采集，并對工程信息模型包含的幾何與非幾何數(shù)據(jù)進行適當?shù)恼{整；然后對模型進行校驗，確定其準確性與完整性能否達到要求；最后即可自動生成工程量統(tǒng)計清單。

(9)結構分析。這項工作需要借助BIM技術來完成，首先，將BIM模型轉換成結構分析模型；然后在結構分析模型的支持下進行結構性能分析，并根據(jù)分析結果開展相應的設計，如抗震性能分析與設計、抗風性能分析與設計和抗火性能分析與設計；完成結構分析與計算后，將結果存儲在模型或以BIM為基礎的系統(tǒng)平臺當中，以供后續(xù)工作隨時取用。

表1 橫斷面分析表

3 結 語

綜上所述，作為全新的設計理念與方法，BIM對交通行業(yè)而言是一次重大變革，它的應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BIM與GIS技術的應用，能實現(xiàn)對公路的整體優(yōu)化設計，在保證設計質量的基礎上，節(jié)省工程造價。