BI M技術在公路路線設計中的應用

張昊

（中國公路工程咨詢集團有限公司（武漢）橋隧分公司，武漢 430050）

1 引言

隨著技術的不斷進步，公路路線的選線方式也在不斷革新。很多信息技術應用到了線路設計中，一方面使工程項目的建設加快，另一方面加快了道路工程的發展。傳統的線形設計是將道路分3部分設計，即平面設計、橫斷面設計和縱斷面設計。3個部分的設計分開進行，考慮到實際的地形因素，部分參數無法滿足實際需求，因此，需要將道路的選線結果展示出來，清晰呈現選線結果。BIM技術可以將設計路線建模，使道路設計可視化，在可視化的模型中能夠看出設計的弊端，方便改正，因而在道路選線中被廣泛應用[1]。

2 BI M技術概述

2.1 BI M技術簡介

BIM技術是一項系統的管理技術，在公路工程中可以將道路以三維的形式展現出來，使人們更直觀地看到公路橋梁完工后的成品，使業主和設計人員都能更加了解工程項目。BIM為設計人員提供了完善的三維模型構建系統，使三維建模更加簡單，提高了建模效率。BIM技術在整個設計施工全過程都可以起到重要的作用，從前期規劃到施工圖設計到道路施工及完工后的運營和維護，可以控制優化整個過程[2]。同時，BIM技術還可以控制成本預算，為工程節省開支，提高工程施工的安全性，保障施工進度。圖1為BIM技術在公路工程中的應用全過程示意圖。

圖1 BI M技術在公路工程中的應用全過程

2.2 BI M技術功能

2.2.1 三維可視

BIM技術最顯著的特征是將二維圖紙立體化。三維模型能完整展現出設計人員的想法，通過三維模型，人們可以有效判斷建筑設計方案的優缺點，便于業主溝通。通過BIM技術還能以視頻的方式展現整個施工過程，使所有的施工程序都可視化，實現各方的有效溝通，對不合理的地方提前進行整改，提高工作效率和溝通效率，減少因各方溝通不暢帶來的不必要返工。圖2為某公路路線BIM模型。

圖2 某公路路線BI M模型

2.2.2 參數建模

在公路工程中，傳統的方式是采用CAD制圖，以基本的幾何要素和坐標來控制公路路線的形態，而BIM實現了參數建模，以參數來制作模型，更加科學地建立結構構件。BIM以圖形元素建立模型，所有的構件以元素的形式展現，與CAD相比，可以減少模型改動的次數，BIM可以根據工作人員的需求調整參數，以此得到新的構件[4]。構件之間的不同，也可以通過BIM模型直觀地展現出來。

2.2.3 碰撞檢查

在公路路線設計中，有一項重要的設計檢查內容——碰撞檢查。檢查結構構件，避免在后期的施工活動中出現碰撞問題。因此，碰撞檢查是一項檢驗構件是否合理的技術。在BIM模型中可以精準實現，構件與其他構件之間的碰撞檢查，減少施工中的碰撞問題，保證構架合理，消除不合理的問題。例如，在BIM中可以完成公路路面下方排水管道的協調配合，為施工提供安全的施工環境。

3 在公路路線設計中BI M技術存在的問題

3.1 缺乏必要的技術標準

BIM在建筑行業的應用較為廣泛，且應用的可信度也逐漸被接受，因此，相關的技術標準也已經逐步完善。而在公路設計中，BIM的應用范圍較小，配套的技術標準和規范還沒有完全跟上，在設計時會因為無據可循而放棄使用。因此，我國道路方面的BIM規范還需要不斷完善。

3.2 BI M技術方面的人才不足

BIM的應用是建立在其他學科之上，目前很多大學雖然開設了BIM的相關課程，但涉及的內容較淺，實際案例少，無法達到BIM的熟練應用，并且專業人才欠缺。另外，部分設計人員認為公路選線設計屬于線形幾何工程，BIM的應用不能發揮更多的作用，不愿意接受新興技術也使得BIM技術人才匱乏。

4 BI M技術在公路路線設計中的應用

道路選線設計包括平面設計、橫斷面設計和縱斷面設計。3個部分需協調統一，才能使得道路線路設計更加優化。BIM通過建模的方式使線路設計更加清晰，設計人員可以通過BIM來發現設計中的不合理之處，提高設計質量和效率。并且可視化的模型可以加強設計方與業主的交流和溝通，減少了因認知差異導致的返工。BIM技術在道路設計中的應用主要有以下幾個方面。

4.1 道路中心線設計中的應用

在開展道路BIM建模過程中，道路平面一般通過直線、圓曲線和緩和曲線等幾何線形加以表示。在道路平面設計過程中，應綜合考慮車輛行駛軌跡、安全舒適性、駕駛員視距及景觀協調性等因素。在開展設計時，首先，導入預先做好的三維地形模型，其次，輸入路線的起點、終點及控制點，最后，將各控制點通過前述幾何線性加以連接。

公路大多分布在山區或人煙稀少的地區，對橫斷面的要求不高，但關于線路的走向卻有著較高的要求。合理布置道路線路走向，可以降低施工難度，降低造價。道路平面設計中最主要的是確定中心線。中心線確定之后，再根據公路的行車速度來確定道路直線、圓曲線和緩和曲線的相關指標。長直線和短直線有對應的界限值，圓曲線的半徑和緩和曲線的長度不能超過一定值，這些指標均需滿足規范，如實在無法滿足要求，要根據實際情況進行調整。具體操作如圖3所示。

4.2 道路縱斷面的設計中的應用

道路的縱斷面設計可以體現出道路各部分高差，合理控制每一條路的坡度以及豎曲線長度。BIM以實際地形為基本的設計資料，根據地形的走向直接形成地面線。另外，設計的道路中心若不滿足要求或不合理，BIM也會自動更新至最優狀態，可節省了大量的時間。設計完成后，若設計師覺得不夠合理，可點編輯重新繪制道路直線長度、圓曲線半徑和緩和曲線長度，然后拾取邊坡點，在布局對話框中修改其樁號、道路的豎曲線半徑、高程、道路坡度與道路坡長等參數?？v斷面設計的基本流程為如圖4所示。

圖3 道路設計的基本流程

圖4 縱斷面設計的基本流程

4.3 道路橫斷面的設計中的應用

為了盡可能高度準確地反映道路模型，在利用BIM設計橫斷面時，操作設計人員需充分及綜合地考慮運用什么樣的部件進行組合裝配才能更好地展現道路橫斷面[5]。圖5為橫斷面圖設計的基本流程。

圖5 橫斷面圖設計的基本流程

道路橫斷面通常由行車道、中央分隔帶等組成。在BIM建模過程中，通過建立道路橫斷面模板，將橫斷面上的特征點、端點等加以組合，從而實現對道路路基、路面的模擬。道路的特征點一般是指道路中心點，同時伴隨特征點的有約束關系，常見的約束關系有水平值、豎向值、角度等參數。對道路橫斷面的邊坡通常無法采用固定的約束關系建模，并且對于填方和挖方的邊坡建模存在較大差異，因此，一般設置端點條件對邊坡具體位置加以確定。路面邊緣點與邊坡坡腳二者之間的邏輯關系就是端點條件。在建模階段，邊坡坡度通過約束兩點間的斜率加以實現，邊坡長度則可將端點加以延長至地面線實現。

在BIM界面內點擊道路下拉菜單，單擊鼠標可創建道路命令，然后按照其提示選擇路線、縱斷面以及標準橫斷面裝配。另外，在彈出對話框中，可根據道路寬度變化創建出與之對應的區域，并為道路組件搭建相應的邏輯目標。

5 結語

對于公路路線設計來說，有效應用BIM技術能夠建立對應的三維立體建筑信息模型，加強工程設計體系對于道路工程信息數據的控制力，也能有效排除外部影響因素對于公路工程設計與建設帶來的影響。此外，BIM技術的應用能夠建立有關的數據交流平臺，將公路設計和施工有關的各個部門進行結合，加強各部門的交流溝通，避免溝通帶來的設計質量問題。在公路線路設計中，需要充分掌握BIM技術的優勢以及應用要點，了解有關軟件的應用難點和重點，才能為公路路線設計與施工帶來更為全面的技術支持，確保施工建設的順利開展。