BIM技術在公路路線設計中的應用

農維武

（廣西交科集團有限公司，廣西 南寧 530007）

0 引言

公路工程是地區間進行經濟交流和文化溝通的重要紐帶，提升公路工程整體設計質量是推動經濟社會建設的必然選擇，因此公路路線設計至關重要，其需要考慮到路線沿線地形、地貌及地質情況等一系列因素。將BIM技術（建筑信息模型）應用到公路路線設計中，是提升我國公路路線設計水平的重要手段。

1 公路路線設計理念

公路路線設計工作具有復雜性、階段性和動態性特征，設計人員需要在設計工作的每個步驟分析實際設計需求，并給出多個設計思路，在反復比對多個設計方案的基礎上擇優使用［1］。在這個過程中，設計人員應始終秉持安全性的基本理念，并在此基礎上控制公路路線設計的造價成本等，在不降低質量標準的基礎上盡可能降低工程資金投入，從而提升公路路線設計方案的綜合效益。除此之外，需要合理控制公路的施工周期等，在充分考慮施工難度、施工質量標準的基礎上，調整公路路線設計方案的具體內容，確保公路工程順利完工。

2 BIM技術的概念及特點

2.1 BIM技術

BIM技術是一種脫胎于計算機技術和信息化技術的、現代化工程建設必需的先進技術，工作人員將數據輸入其中，系統將會自動構建工程空間模型，為工作人員帶來更加直觀的設計體驗。在公路路線的三維立體模型與設計方案不符的情況下，工作人員可以對數據進行即時調整，保證公路路線設計的合理性。

2.2 BIM技術的特征

2.2.1 可視性

在過去的公路路線設計模式下，工作人員需要通過人工方式進行計算和繪圖設計等，工作量非常大，而且最終得到的圖紙是二維平面圖，無論是表現力還是細節處理效果都不盡如人意，而BIM技術在公路路線設計中的應用，能夠在一定程度上提升設計質量，解決傳統設計模式下存在的一系列問題。過去，二維平面的圖紙將會被轉化為三維立體的、可視化的模型，這樣一來，工作人員將能夠更加直觀地了解公路工程路線走向，及時發現其中存在的不足之處。

2.2.2 模擬性

將公路路線設計數據輸入到BIM系統中，可以直觀地了解公路工程的具體走向等，而BIM技術本身具有的模擬功能使其能夠在設計人員優化參數以后，第一時間調整公路路線的模型，這有助于設計人員更快地校正設計方案中的一系列參數。從實際的應用情況來看，BIM技術所具有的模擬性特征，確保了公路路線設計方案的合理性，對提升公路工程施工質量等有一定的積極作用［2］。

2.2.3 準確性

除具有模擬性和可視性外，BIM技術還具有準確性高的優勢，其能夠根據輸入或采集的數據進行三維立體模擬，工作人員可在數據分析的基礎上，對工程已有土方量和設計曲面之間的土方量等進行計算，并最終確定準確的公路路線設計數據，這有助于提升公路路線設計的精確度，避免不必要的施工誤差。

2.2.4 協同性

與過去的公路路線設計工作模式相比，將BIM技術應用到公路路線設計中，能夠提升設計方案的一體化水平，其具有對數據進行統一處理的功能，在系統功能的協同運作下，設計人員能夠將數據共享給其他部門，這有助于提升公路路線設計的合理性。各個專業的工作人員也能更好地進行溝通，在充分討論的基礎上確定公路路線設計方案中存在的不足之處［3］。

3 BIM技術在公路線路設計中的應用優勢

3.1 為公路線路設計提供技術與數據支撐

公路工程線路設計工作具有一定的復雜性，在線路設計的過程中，不可避免地會遇到各種各樣的問題給后續的施工帶來不利影響。BIM技術應用于公路路線設計，工作人員可以借助BIM技術對公路工程線路設計方案進行可視化分析，提升設計效果。更重要的是，以BIM技術為基礎對公路線路進行三維建模，并在此基礎上做好設計階段和施工階段的協同工作，能夠確保各個環節間的良好銜接。同時，BIM技術具有虛擬仿真功能，在有基本參數的情況下進行模型仿真，有助于設計人員更好地了解公路工程線路設計方案的執行效果，對提升公路工程線路設計數據準確性等也有一定的幫助。

3.2 公路線路設計的集中和簡約化管理

合理地應用BIM技術有助于提升公路路線設計的先進性，是保證公路路線設計質量的必然選擇。從實際情況來看，借助BIM技術開展設計工作，能夠提升設計效果。設計人員可以結合施工路線的各項參數和地質特征等，確定更加簡約的設計方案，解決傳統設計模式下設計方案過于冗余、繁雜的問題，也能避免設計過程過于煩瑣導致的一系列風險［4］。

4 BIM技術在公路路線設計中的應用實例分析

4.1 工程概況

某公路的主要功能是實現某地區的兩個城市的連接，設計為雙向兩車道，時速為80 km/h。為實現實時動態管理，決定在相關規范（見表1）的要求下，采用BIM技術對該公路進行設計，實現參數化管理。

表1 部分公路路線設計行業規范

4.2 創建數字地面模型

從實際情況來看，BIM技術在公路路線設計中的應用能夠提升設計人員獲取信息的速度和便利性，現在也有一部分設計人員開始利用BIM技術構建三維數字地面模型，以三維數字地面模型為基礎，建立以數字信息為依托的曲面模型，這樣一來，公路工程相關的地面數據都將會準確地體現出來，設計人員可借此對各類設計思路進行綜合比對和分析，從而提升公路路線設計的精確度等。此外，數字地面模型的構建效果取決于數據的采集和處理效果，目前常見的數據采集方法主要包括無人機傾斜攝影技術和通過原本的地形圖數據轉換兩種，其各有不同優勢，工作人員可根據具體需求進行選擇，而三維數字地面模型的構建方式較多，常見的方式主要是規則格網與不規則三角網2種。

4.3 平面線形設計

公路工程路線設計工作比較復雜，平面線形設計是其中重要的組成部分，為提升設計質量，工作人員可從以下幾個方面入手：第一，要做好科學規劃。在進行平面設計的過程中，工作人員應對公路工程路線規劃情況進行綜合研判并確定是否符合具體施工操作的要求，在此基礎上對各類施工標準和行業要求進行分析，結合公路工程項目的周邊經濟發展情況等，判斷區域居民的出行需求和出行習慣，提升公路路線設計中平面線形設計的合理性。第二，要對基本要素進行理順。平面線形設計可以分成曲線、直線、緩和曲線等要素，能夠對公路工程的路線變化情況進行準確反映，工作人員還需要結合實際情況，充分考慮到該區域地形條件等，一般以曲線為主，結合不對稱形、“S”形等進行設計，同時也要兼顧卵形等特殊形狀，對公路路線的整體形狀進行分析，提升平面設計的合理性。第三，要對行車安全問題予以著重考量。對點位測量工作進行強化，對可能存在的干擾因素進行規避，避免其給公路工程的安全通行造成不利影響。除此之外，在涉及高填方路段的情況下，需要在綜合考慮直線設計的基礎上，對緩彎線性設計進行考慮，確保公路工程的安全性。特別需要注意的是，在平面線形設計的過程中應盡可能避免復雜線形，否則可能會導致安全風險上升。第四，要綜合考慮環境保護問題。公路路線設計工作屬于復合型工作，在保證路線合理、行車安全的同時，設計人員需要考慮環境保護方面的問題，對周邊生態環境進行綜合研判，避免公路工程施工給周圍環境造成不利影響［5］。

4.4 縱斷面線形設計

公路路線設計包括縱斷面線形設計等內容，在進行縱斷面線形設計的過程中，工作人員可綜合利用BIM技術，結合公路工程的設計要求確定縱斷面功能等。首先要結合原地面線進行繪圖，并對曲線參數進行適當調整，經確認無誤后進行保存，而后利用軟件處理原始路基線圖、豎曲線文件等，即可得到符合公路工程施工目標的公路縱斷面設計圖。

4.5 橫斷面線形設計

公路工程的橫斷面設計比較復雜，工作人員需要充分考慮行車道、中央分隔帶、邊坡等結構因素，充分利用BIM技術的有關功能，搭建公路工程路基路面模型，并對道路橫斷面模板進行細化處理，將橫斷面各元素以特征點和構件等形式結合，從而確保公路工程橫斷面線形設計的合理性。一般來說，特征點主要在橫斷面特殊變化時使用，其能夠連接所有點并實現有效約束，比較常見的約束關系為水平距離、垂直距離、坡度等。設計人員可以結合具體情況對約束關系進行改動，比如可以在路線邊沿點和中心點水平約束中設計標簽，在后續的設計工作中，就可以利用這一標簽調整水平距離等，確保公路工程路面寬度數據的合理性。組件是多個點位構成的封閉式圖形，其能夠表示各種路面結構，無論是基層、擋土層還是路面層都可以通過組件的形式進行體現。公路路線設計涉及的組件非常多，工作人員可對不同組件乃至不同控制點進行命名，在此基礎上進行設計，往往能取得比較可觀的設計效果。當然也有一些特殊情況，比如橫斷面邊坡通常不能用固定的約束關系進行設計，工作人員一般需要利用約束兩點斜率的方法調整邊坡坡度，并利用端點的延長來把握邊坡長度。根據實際工作情況，一個橫斷面模板能設計出多個端點條件并包括多個邊坡結構，因此工作人員還需要對不同邊坡的優先級進行調整，從而確保設計的合理性。

4.6 三維模型創建

公路工程線路設計具有復雜性的特點，為了保證設計的有效性，工作人員可通過BIM技術創建公路工程的三維立體模型，一般需要從同一條公路中心線的平面、縱斷面和裝配設計入手，避免公路工程模型無法生成的問題。具體操作流程如下：①借助BIM技術中的civil 3D道路特性功能，確定公路工程模型中線形位置的長度等，這有助于提升公路工程三維立體模型的可視化的效果。②對已經成型的公路工程三維立體模型，工作人員可對其中的公路曲面進行單獨處理，這解決了過去曲面數據和公路工程整體設計方案相融合帶來的問題，確保了曲面編輯、曲面數據調整的效率和準確度。比如，在剝離了公路工程三維曲面的情況下，工作人員就可以借助參數編輯器對某一樁號處的公路橫斷面樣式進行查看，并以此為基礎確定設計方案是否存在不合理之處［6］。

5 結論

公路工程是重要的社會基礎設施之一，其設計水平直接決定了公路工程的施工質量，而公路路線設計工作比較復雜，工作人員除要明確設計目標、確定設計理念外，還需要充分發揮BIM技術的優勢，對其在公路路線設計中的應用要點進行綜合分析。在今后的工作中，工作人員應不斷總結BIM技術的應用經驗，從而達到公路路線設計合理性的目標，并避免人工設計導致的質量問題，不斷提高公路路線設計水平。