提升公路勘察設計質量的BIM技術運用分析

擴建工程，論述了公路勘察設計的BIM技術特點，全面、系統地分析了公路勘察BIM的3D模型建模要求、方法、信息采集方式、協同設計要求等各方面內容，實現了公路3D可視化設計及施工圖協同設計，對同類工程勘察設計具有較強的借鑒意義。

關鍵詞 BIM技術;公路勘察;質量;提升

中圖分類號 U412 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）12-0056-03

收稿日期：2022-05-20

作者簡介：林澤延（1983—），男，本科，工程師，研究方向：工程地質勘察設計。

0 引言

公路勘察設計作為工程建設的關鍵環節，直接決定工程質量。提升公路工程勘察設計質量，可保證公路工程建設質量[1]。BIM技術可利用建筑工程基本數據信息，建立建筑結構模型，利用計算機數據信息模擬系統，對建筑結構的全部信息實施仿真模擬，在房建、公路、橋梁等建設工程領域得到廣泛的應用。基于公路勘察設計質量對公路工程質量的重要影響，結合BIM技術在建設工程領域中展現的應用優勢，該文結合具體工程，對公路勘察設計階段BIM技術的運用展開研究，對提升國內公路工程整體質量具有實際意義。

1 公路勘察

公路勘察是項目建設前期，對公路沿線地質、水文進行勘探測試作業活動，可揭露沿線土體結構、水文信息，以便設計階段針對不良地質、特殊巖土等，采取針對性技術措施。勘察設計單位多通過CAD二維模型建立公路勘察設計地質信息，難以全面收集、整合現場勘測信息，勘察成果的準確性、時效性也相對欠缺。BIM技術克服了傳統CAD二維模型的不足，信息收集效率、準確性、全面性顯著提升，并能夠實現可視化管理，有效保證公路勘察質量[2]。

2 公路勘察設計的BIM技術特點

（1）可視化。在公路勘察設計階段，利用BIM技術，可實現互相交流、決策的可視化[3]。

（2）可協調性。公路工程勘察設計涉及諸多方面，需要多專業共同參與、多方協調，BIM協調性功能能對項目參與各方實施科學協調，結合協調信息，有效防止矛盾的產生。

（3）可模擬性。公路勘察設計階段，BIM系統能結合施工組織設計，對現場具體施工情況實施模擬，以制定出科學有效的施工方案。

（4）優化性。BIM系統能夠提供詳細的公路勘察數據，包含公路線形、幾何、構造等。利用BIM技術各類優化功能，可解決公路設計、施工階段的難點問題。

3 公路勘察BIM的3D模型建模

3.1 公路勘察3D模型建模要求

BIM技術本質上是利用一系列的數據化工具，將建筑自身信息、周圍信息數據化，建立建筑3D數據化模型的技術[4]。公路勘測3D模型建模，應完整的吸收、反映工程勘測信息，符合道路設計、施工需求，具體要求如下：

（1）選線設計。利用DEM/TIN模塊實現對道路周邊景觀、地形以及地質狀況等環境實施模擬，運用宏觀公路3D模型，對道路整體布局中的橋梁、隧道、休息區以及道路等設施進行突出展示，通過改變模型色彩達到施工進度3D模擬標準。

（2）細化設計交流。結合實際勘察線路，建立簡單的3D模型，并完成與工程地形、地貌的3D模型相互融合，滿足各參建方的互動交流需求。

（3）關鍵工序細節建模。針對道路全線的隧道、橋梁等關鍵部位應構建微觀3D模型，全面凸顯構造物等關鍵物體，并在模型中增加橋梁、隧道等模型，能夠有效滿足公路施工質量、安全、進度、成本管控要求，并確保滿足交通溝通要求。

（4）增加模型屬性信息。公路3D模型既具有幾何信息，也能增添屬性信息，具體屬性信息包含道路欄桿、鋪設材料等常規指標等，有效滿足了道路工程質量、進度、成本的管控需求，并在一定程度上實現對道路維護、使用、施工以及管理環節的資源配置。建模層次見圖1。

3.2 多細度BIM數據建模方法

公路工程具有線路長、工程量大、作業范圍廣、分部分項工程多等特點，運用多細度BIM施工模型，可有效保證工程設計質量，見圖2。其內容主要包含三個層面，即橋隧段微觀模型、標段中觀模型、整體宏觀模型。橋、隧微觀模型，指對道路工程包含的橋梁、隧道等節點工程，進行精細化建模、管理;中觀模型具體針對路面施工各個標段實施建模與管控;宏觀模型針對整個道路工程施工的全過程進行建模與管控[5]。

道路宏觀模型中，將道路沿線橋梁、隧道、普通路基段，用不同顏色線段描述，概述道路宏觀信息;標段中觀模型，利用標段工程資料、進度信息等，建立標段所包含橋、隧、路的簡化3D模型，表征單個標段進度等信息;精細3D模型，根據項目詳細信息、詳細工程資料等，建立的橋梁、隧道、道路精細化3D模型，可精確反映具體單位工程詳細信息。道路宏觀模型、標段中觀模型、橋隧圍觀模型，共同構成項目完整的BIM模型。

3.3 公路勘察道路信息采集方式

公路勘察道路信息采集方式主要包含下列幾個方面：

（1）衛星測量：地形3D模型能夠借助衛星圖像實現三維圖形構建，地面構造制作可通過衛星測量完成;采用衛星遙感技術，可快速、準確解碼、翻譯地質災害信息，建立災害3D模型;也便于獲得范圍更大的DEM，數據更加多樣直觀，更加適用于公路地形[6]。

（2）3D激光測量：3D激光測量技術充分利用了激光技術、計算機技術、機電技術優勢，具有穿透性強、數據處理速度快的特點;通過激光照射，可快速得到采集目標的三維激光點云，在實際應用時可有效穿透植被等障礙，在公路3D建模中應用普遍。通過不同測量平臺的3D激光測量信息見表1。

（3）小型設備運輸機低空測量;該技術在DEM、DOM數據采集中應用較多，能夠最大限度地完成地面信息的收集和整理;通過車載3D激光測量，能有效完成對路面附屬結構的信息收集和整合;通過地面3D激光測量，能夠完成各個位置地面物體的信息收集和整合。通過衛星及激光測量技術，能夠科學有效的獲得地表物體表面的3D數據，并借助收集到的地表物體彩色影像信息，進一步豐富和充實模型屬性空間。

3.4 勘察設計階段BIM管線綜合設計要求

運用BIM技術，可將收集到的各專業數據，有機整合到工程BIM模型，通過3D模型實現管線綜合布設。

BIM管線在公路施工圖設計環節，實現管線綜合設計，可有效加快施工進度，縮短建設周期，降低施工成本。

3.5 勘察設計階段BIM協同設計要求

BIM技術通過3D公路模型，實現公路勘測、設計、施工信息的共享、轉換，保證了項目實施各階段的信息連續性，打通了項目參與各方溝通壁壘，有效提升了協同設計的科學性、高效性[7]。

（1）公路全壽命周期，勘察設計主要包含交通、橋梁、隧道、線路等多個BIM子模型，因此公路設計實現了由傳統2D技術向3D可視化模型的轉變，有效完成了各專業的協同設計，其工作的根本是模型可視化展示、信息精準化呈現。協同設計實現流程見圖3。

（2）統一模型空間坐標。設計階段，應根據工程勘測資料，統一公路3D模型、DEM、沿線配套設施平面、高程坐標，保證空間坐標的統一性，便于對其實施模型交流檢測、研究和使用管理。

（3）模型建模精度。公路勘測BIM模型，以工程勘測信息、設計信息為建立依據，是工程勘測、設計的成果資料，模型精度應滿足設計、施工精度要求[8]。

（4）模型可視化。BIM模型包含公路幾何信息、屬性信息、進度信息等項目信息，可通過Revit系統，將項目建筑、管道、設備協同設計，借助LOD分級模型，通過3D技術，能夠全面、高效地對各種要素信息進行可視化管理。

4 BIM勘察設計應用實例

某高速公路改擴建工程，全長約201 km，沿線共設互通立交15座，該道路工程車流量大，結構形式多樣，縱、橫向施工縫較多，地理環境較為復雜[9]。通過車載激光3D測量系統對路面基礎設施及附著物等重要信息進行采集，并通過BIM可視化技術對公路信息實施分析和處理，表2所示為公路BIM技術應用地表數據采集信息。

信息采集測量時，DOM信息、激光點云平面坐標系一致，通過對采集信息進行分析、整理，建立DEM模型。通過對比不同方案DEM模型，對不同線路設計方案進行綜合比選、調整，使線路線形方案更適應沿線地形特征。在DEM模型中，利用Bentley系統導入彩色DOM，完成公路信息的3D可視化顯示;設計師按照樁號獲取相應的路面信息，最終獲得路面3D地表線，實施路面設計，并將設計效果傳送至CAD系統。應用Bentley系統，結合橋梁、隧道精細化模型，實現公路BIM模型可視化設計。依托道路3D BIM模型，運用可視化系統，實現各專業協同設計[10]。

5 結論

該文結合某高速公路改擴建工程，研究了BIM技術在公路勘察設計階段的應用。通過衛星測量和3D激光測量等高端技術手段，構建了某高速公路改擴建工程的BIM 3D模型，借助Bentley系統對模型信息進行細化，實現公路工程3D可視化設計及施工圖協同設計。同類工程在進行公路勘察BIM技術運用過程中，應結合公路勘察3D模型建模流程、要求，合理選擇道路信息采集方式，保證信息采集、分析的質量和效率，科學建立道路3D可視化模型，保證管線綜合設計質量，提升協同設計效率。

參考文獻

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