S06 酒(泉)嘉(峪關)繞城高速公路基礎設計及施工數字化應用

韓博，石雪瞾，李揚

（1.甘肅省交通規劃勘察設計院股份有限公司，蘭州 730000；2.甘肅路橋公路投資有限公司，蘭州 730000）

1 項目概況

S06 酒泉至嘉峪關繞城高速公路起點位于下官地北，與在建S65 公路以樞紐互通立交互相連接，經過泥溝、斷山口、黃草營、終點連接G30 連霍高速，路線總長約58 km。本項目的建設是落實國家“一帶一路”倡議以及省道網規劃，完善區域路網結構的需要。同時，本項目的基礎設施數字化作為國家智慧公路發展的先期基礎，也為公司未來工程的數字化轉型奠定了新的基礎。

2 基礎設計及施工數字化應用

基礎設計及施工數字化是應用三維實景技術、BIM 技術、高精度地圖，實現公路設計施工數字化、信息采集數字化、信息管理數字化，構建公路動態管理系統；對特殊路基、邊坡、橋梁、涵洞、隧道建立實時攝像傳輸系統、建設基礎設施智能壓力及其他性能監測傳感網，提高交通基礎設施的安全性、交通分析能力、綜合感知能力，并且增強提前預警能力。

3 基礎設計及施工數字化的具體應用

3.1 基礎設計數據深化

在項目航測過程中，采用睿影RS-100 四旋翼無人機搭載RTK 測量儀進行傾斜攝影測量，獲取優于0.05 m 地面分辨率的影像數據，再利用航攝資料制作實景三維模型。同時，生成數字高程模型、精細三維模型數據、正射影像[1]。

項目區域內自然條件復雜，環境保護要求高，沿線地形狹小，村莊分布較密，立交、服務區場地布設困難，設計精度要求高。

通過無人機航測技術獲取項目地形原始影像及GIS 數據，可以快速建立1∶2 000 的高精度真實地形模型，準確、直觀地反映現場情況，彌補了傳統現場調查的局限性，為開展可視化征拆管理、道路選線、橋梁設計與布置、排水綠化等設計提供了可靠依據。再將地形模型與BIM 模型相互結合，可以迅速反映出建設項目對周邊環境的影響，為方案比選與路線選取提供了便捷有效的設計手段，提高了方案的可行性與科學性。

3.2 BIM模型建立

BIM 模型制作過程中，采用BentLey ORD 軟件創建高精度三維地形模型，確保建立工程坐標系下的精細三維地形模型；利用BentLey OpenRoads Designer 軟件對路線平縱面、路面結構、路基邊坡、排水、防護等建立三維模型。模型能準確表達道路平面線位、線型的布設，縱斷面的高程信息，立交形式及匝道布置的空間關系，路基邊坡坡率及平臺高度，邊溝、排水溝設施的位置和尺寸等。利用Bentley MS 與OBM 軟件建立全線橋梁模型，橋梁模型包括橋梁上、下部結構以及附屬設施的各類構件，使用OBM 的模板編輯功能，創建橋梁各個構件模板族庫。在建模過程中，所有構件的尺寸參數均來源于設計圖紙，最大限度地保證了模型的精確性，利用Bentley AECOsim Building Designer 及Autodesk Revit 軟件對沿線收費站、隧道管理站及養護工區等房建部分創建模型，渲染展示采用BentLey 渲染軟件和LumenRt 軟件進行渲染制作，交通安全設施工程與綠化工程模型采用BentLey MS 軟件制作。最終創建包括路基工程、橋梁工程等多專業工程模型、其他附屬設施（含橋面鋪裝、護欄、排水系統、伸縮裝置等）以及交安設施（標識標牌、路面標線和預留預埋等）的綜合協調、可視化BIM 模型，如圖1、圖2 所示。

圖1 可視化BIM模型1

圖2 可視化BIM模型2

3.3 可視化圖紙復核

傳統的二維圖紙一般不能完全詳細地反映公路設計的各個專業，不能檢測橋梁、隧道結構中的鋼筋布置是否存在沖突，在結構設計上也難以避免存在一些問題。

而公路工程施工流程復雜、數據信息量大、施工難度高、成本難以控制，在國家大力發展新基建的背景下，應跟隨時代及產業變革的步伐，享受工程信息化所帶來的紅利[2]。

利用現有的BIM 技術，再根據公路施工圖設計文件，利用Bentley 軟件創建地形、路線、路面、路基、防護、排水、橋梁涵洞、隧道、交通工程、景觀綠化、房建等相關三維模型。在模型設計時會根據圖紙上的尺寸、標注、說明等去建立模型，在建立過程中容易發現二維設計中一些空間沖突問題，比如，鋼筋打架錯位、標注失誤等。因此，在建立模型的過程中相當于對設計圖進行了二次復核，可以及時發現設計中出現的差錯、漏碰、橋梁凈空不足、橋墩布設位置不合理等問題，同時，在建立模型時，可以及時與設計部門進行溝通，從而減少設計變更，提高設計圖的交付效率，優化設計質量，從而減少由于施工協調及工藝方法造成的成本增加和工期延誤。

3.4 施工工藝模擬

通過BIM 模型能夠對重要的工點、重難點施工工藝制作施工動畫視頻，從而實現三維可視化的技術交底。在傳統的項目管理中，技術交底通常是以文字匯報的形式為主，施工管理人員以口頭形式向施工人員進行講解。這樣的方法存在很大的弊端，因為不同的管理人員管理水平不盡相同，對同一道工序理解不同，口頭傳授會導致工人在理解時存在較大困難，從而導致施工安全和質量風險。另外，由于二維圖紙無法直接、生動地向施工人員展示施工工藝與施工工序，會影響施工人員對施工要點和難點的掌握。而根據專項工程的特點、現場安裝、加工制造等需求建立BIM 模型，結合施工工序與設計要點進行重難點工程施工模擬，可實現可視化的施工技術方案交底，輔助構件的生產和現場安裝，提高施工效率與施工質量，避免窩工、返工，優化施工方案。

基于超高精度三維模型，對重點工程的施工工序制作三維模擬動畫指導施工，在三維可視化環境下將施工難點工序充分表達出來，有助于提高施工質量。

3.5 建立項目GIS 數據云平臺

數字化技術的應用還可以將項目全線區域范圍內的基礎地理信息數據、傾斜攝影模型數據、BIM 模型數據進行匯總、存儲，以一定的數據集合形式表述項目區域內的地理要素及環境特征；整合、管理產生的大量空間數據，創建項目區域GIS 數據庫，支持云端讀取數據信息；根據項目實際情況，通過坐標擬合各類GIS 數據、BIM 模型和傾斜攝影模型，編輯三維虛擬仿真環境，形成項目區域現場的真實三維場景；通過二、三維一體化技術及多種GIS 數據處理方式，最終將三維虛擬場景及GIS 空間數據發布在GIS 云服務器上，并通過各類數據接口協議讓其他系統訪問讀取，提供各種GIS 空間計算和分析功能。

3.6 建立項目“BIM+GIS”的綜合管理平臺

隨著近年來BIM 技術在工程建設領域中的快速發展，參考“互聯網+”的思維模式和發展背景，依托物聯網、大數據、分布式存儲方案及智能分析、GIS 等現代信息技術，可以將BIM技術與其他技術進行跨界融合，應用于工程項目的綜合管理，搭建BIM+GIS 三維可視化綜合管理平臺。以三維GIS 環境以及BIM 模型為數據載體，在三維可視化平臺上進行項目綜合管理，實現建設管理過程中的全景可視化、全生命期項目應數據的實時管控、業務數據的實時更新等需求。

BIM+GIS 三維可視化綜合管理平臺是BIM 技術和GIS技術的融合性體現，可以為項目管理中的業務數據提供一種全新的可視化、數字化、智能化、三維化的展示方案，同時，推進工程管理從傳統的管理模式向現代化、智能化的管理模式邁進，從而大大提高管理者的管理效率及協同辦公的能力，還能提升項目工程管理的及時性和有效性。

基于項目區域GIS 云服務平臺和BIM+GIS 的融合技術，搭建B/S 架構的三維可視化項目管理展示系統，可以使用戶在無須安裝其他軟件或插件的情況下即可通過瀏覽器實現三維GIS 環境的高性能加載及渲染效果，可將場景內的高精度BIM 模型或GIS 數據作為可視化的數據載體，支持多種三維模型的輕量化展示及空間點選查詢，模型掛接對應圖紙等設計數據信息，通過大數據分布式存儲系統與施工業務數據掛接。開發空間量測、區域標注、屬性添加、地點規劃、征拆信息管理等GIS 應用（見圖3）。

圖3 BIM+GIS 綜合管理平臺

4 結語

公路項目是由多個專業、多個進程節點組成的，所以，需要各專業之間的相互配合、密切協作、協同發展。利用BIM+GIS 技術可得到一個與實際一致的全景展示平臺，由虛擬感知過渡到可視化呈現，實現項目全生命周期各參與方、多專業之間的信息共享、協同工作和精細化的管理。工程項目對于BIM 技術的深度應用，能讓參與各方更好地理解設計概念，共同解決設計問題，從而提高設計效率，減少差錯漏碰，提升各專業的協作質量和效率，降低項目建設成本。雖然本項目只是做了部分數字化協同，但交通領域方面的數字化、網絡化、智能化的歷史進程不可阻擋。