基于BI M技術的公路勘測設計研究

苗成濤

（山東智行咨詢勘察設計院，山東 德州 253078）

1 引言

新時期背景下，我國交通運輸行業得到了飛速發展，公路工程建設要求也隨之不斷提高，為人們的日常生活、工作、出行等都提供了極大的便利，也逐漸成為提升社會經濟水平的重要因素。在現代信息技術的支持下，公路建設逐漸朝著科技化、信息化方向不斷發展，公路勘測設計作為其中的重要環節和步驟，得到了更多的重視，而BIM技術的科學應用有效解決了傳統公路勘測設計信息交流不暢、設計成本較高等弊端，在提升公路設計水平和建設質量方面發揮了重要作用。

2 BI M技術在公路勘測設計中的應用

2.1 勘測環節的應用

在BIM技術和其他設計軟件的聯合運用以及支持下，能夠同時完成多個任務，同時也能協調完成同一個任務，極大地提升了公路勘測工作的便利性和效率。例如，在經過外業勘測后，可對原始地形地貌的勘測數據信息進行匯總和編輯，實現勘測數據信息的科學管理，并構建地面實景。

2.2 設計環節的應用

2.2.1 平曲線設計

在平曲線設計的過程中，按照交點坐標以及常規設計方式，進行線路圖的制作，著重強調對線路起點以及重點路段的設計，確保路線最優，并在此基礎上對交點坐標進行合理調整。為保障線路圖設計的合理性以及科學性，需要在Civil 3D軟件當中對交點坐標進行合理調整，包括半徑參數、線路直曲度等，并合理設置公路線路屬性、百米樁等，明確線路設計標準。

2.2.2 縱斷面設計

在成型的公路線路基礎上，根據DEM定位信息生成縱斷面圖形，結合實際情況合理進行曲線樣式、半徑等設計，實際應用BIM技術進行設計的過程中，應采取人機交互模式，進一步確保設計的準確性與合理性。制作斷面圖時，需明確以下技術要求：

1）橫斷面測量應逐樁展開，施測寬度單側應在40 m以上，挖方路段施測到塹頂20 m外的位置，測量過程中，應根據現場實際情況進行確定，同時高填方路段施測到塹坡腳20 m外的位置，沿河路段橫斷面施測寬度應至少為50 m；

2）主要測設內容包括百米樁、公里樁以及工點起終點等；

3）橫斷面測設間距應控制在5~30 m，要求每100 m測點應至少為3個；

4）工點范圍內橫斷面測設間距應控制在20 m。

縱斷面主要包括縱斷面設計和地面線繪制，后者為地面線，主要負責顯示指定線路的原始地形曲面高程情況，在BIM軟件中屬于只讀對象。設計縱斷面時，主要包括以下步驟：

1）訪問緯地縱斷面數據，調取縱斷面設計信息，并運行相關數據；

2）在Civil 3D中創建縱斷面對象，添加直坡段與豎曲線，然后繪制縱斷面圖。

2.2.3 橫斷面設計

高速公路橫斷面越復雜，利用Civil 3D軟件進行設計的優勢越發明顯和突出，不僅可以隨時對橫斷面元部件進行搭配，而且能實現數據信息的及時匹配和同步，充分體現了BIM技術的優勢。在實際進行公路橫斷面設計的過程中，需要使用代碼表示橫斷面中的點和線，將所有點連接起來形成的線，稱為要素線，沿道路將要素線連起來形成的面，稱為曲面。在Civil 3D軟件中，部分代碼及其實際意義見表1。

表1 部分代碼及其實際意義

2.2.4 三維模型構建

完成路基路面模型構建后，需要在前期勘測相關工程設計信息，構建3D可視化模型，主要包括以下幾個步驟：

1）參數提取：結合實際情況以及現有資料，對形成道路當中的各類元件參數的有效提取，為后續模型構建提供可靠支持；

2）參數化道路信息模型構建：將基本道路單元數據模型與行為模型進行有機融合，以此保障在公路設計過程中，模型能夠根據設計與規劃方案的變化進行同步修改，提升公路設計的便捷化與自動化；

3）建立數據庫，開發JSJTY-EICAD軟件的模型數據導出功能，并將其轉換到數據文件當中，然后，將道路信息模型導入Revit軟件中，構建完整的道路工程設計信息，以便后續設計過程中直接提取道路模型信息、工程屬性等，減少不必要的設計流程，提高設計質量與效率。

2.2.5 技術應用效果

以山東某新建高速公路工程為例，該項目施工段長度為8.7 km，設計時速為200 km/h，項目途徑城鎮、立交橋，涉及高架橋施工，考慮到后續城鎮發展建設，還需要在部分區段預留遠期綜合管廊空間。經過對項目工程的實地考察和分析發現，項目實施過程中，拆遷難度相對較大，而且需要保存周圍部分景觀，整體復雜程度較高，為保障勘測設計效果，需采用BIM技術以及相關軟件搭建三維模型，展開全面協同管理。

在案例工程中，采用了Civil 3D軟件以及航空攝影測量技術，完成了公路全線的三維實景建模，地形圖比例尺確定為1∶2 000，基本等高距為2 m，然后進行三維激光掃描，將采集到的數據信息傳輸到BIM平臺，有效還原現場真實場景，然后通過疊加現場勘測數據構建地層分布模型，將勘測結果真實、準確、全面地呈現出來[1]。實際勘測過程中，獲取數據的精度要求見表2。

表2 數據精度要求

在案例工程項目勘測設計中，基于公路本身特點，設計內容相對更為復雜，應用BIM技術，能夠實現對于地形、地貌實景圖的真實、全面呈現，為公路設計提供良好支持，并在優化調整參數時，還能夠同步進行模型更新，同時還能夠有針對性地展開施工方法分析、深化設計，有助于提高設計過程的靈活度和便利性，保障工程設計方案的合理性。此外，BIM技術還能夠為工程建設各參與方提供協同交流平臺，實現多方主體共同參與，能夠有效提高設計方案的全面性，合理進行設計深化，極大地提升了公路勘測設計的質量和效率[2]。

3 BI M技術在公路勘測設計中的應用要點

3.1 實現協同設計

在公路勘測設計中應用BIM技術，能夠構建虛擬環境，有助于專家團隊、建設單位以及其他參與方共同參與設計過程，在多方的協調配合下，能夠確保在較高的工作效率下實現設計目標。同時，在現代激光掃描技術、測量攝影技術以及各類輔助性軟件的支持下，BIM技術中的三維交互應用效果不斷提升，通過建立完善的數據庫，有效實現了對公路模型信息的管理和統計，項目各參與方能夠在數據庫中快速、便利地找到需要的數據信息，并結合公路模型對設計方案展開深入分析，提出合理的優化建議。而且BIM系統平臺還能為協同設計提供查詢、檢查以及實時在線修改等功能，實現對于各方要求的合理疊加，并將設計內容和相關要求實施結果直接呈現出來，有效提高了信息傳遞、共享，以及設計方案審核效率，促使協同設計更加高效、合理。

3.2 可視化模型

可視化模型展示是BIM技術在公路勘測設計中的主要優勢之一，通過對可視化設計模型的展示，能夠使設計人員以及項目各參與方直觀地了解設計方案的整體效果，而且通過對模型進行參數化處理后，還能實現模型與設計參數的同步更新，提升了方案設計的便利性，有助于實現多方案的科學比選。以某公路隧道斷面方案比選為例，通過BIM技術能夠實現對設計方案多方面數據信息的有效提取，包括工程量估算、空間關系體現等多方面，而且相應設計方案的構成以及對應關系更加直接，工程量輸出更為便捷、快速、準確，能夠為設計人員提供準確可靠的設計優化和改進參考，而且還能夠對最終成果進行仿真展示，進而輔助進行方案決策。

3.3 碰撞檢查

碰撞檢查是BIM技術下，提高公路設計質量的重要措施，是以數字三維模型為依托，根據設計方案相關參數設置對公路設計方案進行的碰撞檢測，能夠實現在有限空間區域內，對工程建筑結構設計方案存在的問題進行高效檢測，確定兩個或者多個物體間在指定范圍內是否存在重合或者交叉的情況，以免在后續施工過程中出現碰撞情況，需要重新進行方案設計，對工程質量、進度以及成本等造成不良影響。工程項目中的碰撞檢測主要包括以下3種類型：

1）硬碰撞，指工程實體間的直接接觸；

2）軟碰撞，指工程實體間雖然未出現接觸情況，但間距不滿足相關標準要求；

3）重復項檢測，指專業圖元的重復檢測。

可借助Navisworks進行碰撞檢測，以此能夠有效避免出現重復計算、設計質量低下等問題，對于保障工程質量、效率，降低設計變更概率有著積極作用[3]。

4 結語

綜上所述，公路勘測設計本身復雜程度較高，為保障設計質量和效率，需要借助BIM技術，通過構建三維模型、實施碰撞檢測等方式提高設計質量和水平，同時，還能實現對設計參數的實時變更和方案比選。在實際應用BIM技術進行公路勘測設計的過程中，應結合不同設計要求和系統性能，合理選擇相應支持軟件，促使BIM技術的優勢與作用得到充分發揮，降低公路勘測設計的復雜程度，進而達到提升公路勘測設計質量與效率的目的，同時為公路建設貢獻力量。