基于BIM 技术的公路勘察设计品质提升方法研究

龙小林

（贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司，贵州 贵阳 550000）

勘察设计工作是公路工程建设过程中非常重要的环节，准确直观的勘察成果是保障工程建设质量以及安全性的前提。目前公路勘察设计的结果往往是以二维图纸的形式呈现，不够直观。为了使得公路勘察设计成果可读性更强，采用现代化的建筑信息模型技术（BIM 技术）十分有必要的。BIM 技术是一种新的工程建设理念，在建筑工程方面应用较多，但在公路勘察设计领域的应用才逐渐起步，且在实际应用中仍然存在很多的问题。比如缺乏公路勘察设计所需要的完整系统框架、缺乏适用于现场作业流程的落地解决方案等，这就使得BIM 技术的数字化协同管理思想并未能够在公路勘察设计充分体现出来。近年来，国内相关学者针对BIM 技术在公路勘察设计的应用提出了部分解决方案，但是这些方案仅仅处于构思阶段，并未能产生实际的效益。因此，研究BIM 理念在提升公路勘察设计质量方面的应用具有十分重大的意义。

1 公路勘察设计方法及存在的问题

目前，国内的公路勘察设计是分阶段进行的。在项目的可行性研究的阶段，需要尽可能地收集该区域的地质构造、水文、岩性、地震等资料，尤其应当格外注意特殊地质构造相关资料的收集。对此可以利用GIS 的手段，采集该区域的整体地貌情况，对整体有一个直观的了解。在勘察的过程中以测绘与地质调查为主，查明对路线有较大影响的地质问题，对这些地质问题进行综合的评估，对严重不良地段选择绕道避让，以此来减少不良地段对路线的影响，减少不必要的麻烦；在初步设计阶段，路线的大致走向已经基本确定，主要的工作就是路线的对比选择，选择最优的路线方案，在此阶段可以配合钻探和物探手段，查明不同设计方案存在的不良地质地段。对于已然形成的滑坡体，分析其稳定性以及滑坡规模的大小，针对特别重大的地质灾害体遵循尽量避让的原则。对地质灾害的处治原则就是以防为主，治理为辅；进入施工图设计阶段后，主要的手段就是钻探及物探，同时还需要进行一系列的土工试验和水文试验，查明岩土体的厚度、物理力学参数、岩土体的分布状况以及地下水的发育及流向。对边坡的开挖进行一定的预估，进行稳定性的分析，并提出合理的加固建议。

公路勘察设计存在的主要问题有以下几个方面：（1）管理缺乏协同性。针对同一公路工程项目，如果在遇到某些突发性问题时，勘察单位与设计单位之间缺乏协同性会导致相关信息出现误差，进而对问题的处理结果出现一定程度的干扰。（2）信息缺乏时效性。公路勘察设计阶段涉及的钻孔、材料等费用计算结果一般会受到等各种外界因素影响，这就使得材料指导价格和材料市场价格可能出现较大的偏差，使得我国传统公路工程勘察设计过程中的造价信息与实际情况存在一定的差距。（3）勘察设计成果共享性差。公路勘察设计工作繁琐，各参建单位之间往往可能出现建设信息混乱、信息传递不畅等问题，从而引起勘察设计成果不能得到及时沟通，影响了公路工程建设质量。

2 公路勘察设计领域的BIM 软件系统

公路工程建设项目较为复杂，故在勘察设计阶段采用BIM 技术不可能依靠一个软件来实现，需要多种软件和互相配合操作，形成以建模软件为核心的BIM 软件系统（见图1）。BIM 建模软件必须有开放性的数据接口，能够实现数据的输入输出，能确保其他软件从三维模型中提取信息，从而保证模型信息的可重复使用性和一致性。

图1 公路勘察设计BIM 建模系统

选择BIM 软件平台，首先要选择建模软件，大部分BIM 建模软件都有相配套的辅助软件或插件。目前工程项目建设过程中使用的主流BIM 服务平台主要有Autodesk、Graph soft 以及Bentley 等。经过调研分析可知，Autodesk 平台软件的界面较为友好、开放程度大，且该平台能很好地适应国内的设计环境。因此，在进行公路勘察设计时可以选择Autodesk 平台来开展三维地质建模。与此同时，公路勘察设计是一项特殊的作业，它不仅属于道路工程的范畴，还属于建筑物范畴，需要从Autodesk 平台众多软件挑选一种合适的软件。Revit 软件主要用于建筑项目的设计施工，Civil 3D 可用于交通项目、水利项目的建设，InfraWorks 用于真实自然环境背景下对基础设施项目进行概念构思、优化和生成视觉效果。经过一系列的评估，在公路勘察设计建模时可以选择选择忽略其结构功能，采用Civil 3D 软件建模，采用InfraWorks 软件三维可视化展示设计方案。

3 BIM 技术在公路勘察设计中的应用优势

BIM（Building Information Modeling）技术的核心是将建设工程项目信息化、模型化，公路勘察设计过程中使用BIM 技术能够充分了解到该工程的详细信息，进而全方位、多角度、立体化的展现公路勘察设计过程中的各个环节，并有效提高公路工程建设水平。

BIM 技术应用在公路勘察设计过程中能明显的提高勘察设计质量，其优势主要有完备性、关联性以及可视化等方面。

（1）完备性。公路勘察设计过程中在应用BIM 技术时，为了使信息储备更加全面，除了常规应用的几何信息之外，还可以增加地质模型、钻孔位置及水位线等工程信息。

（2）关联性。BIM 技术能够有效关联公路勘察设计各个阶段的相关信息，通过BIM 技术可以减少信息重复导入，从而降低了信息的重复率，也就可以避免信息的分歧。并且在该模型中，某一项信息数据出现问题或者被修改之后，在后台与之相关联的信息也会进行自动更新，进而形成新的关系网。

（3）可视化。可视化是BIM 技术最为重要的一个特点，与以往的平面图纸设计方式不同，BIM 技术利用先进的计算机设备，在对线条整合之后，能够形成直观的三维模式图。在进行公路勘察设计时，这一特点不仅能够发挥可视化的便利条件，还可以在后续运营中便利工作人员互相沟通交流，提升其商业价值与应用价值。

4 BIM 技术在公路勘察设计品质提升中的应用

4.1 三维地质模型建立

公路工程项目一般呈带状分布，与沿线的地质、水文、地形等空间地理信息密切相关，且地理信息的变化都会引起路线、桥位等设计方案的重大调整。因此，BIM 理念应用在公路勘察设计中，建立三维地质建模，各专业之间进行协同工作是十分重要的。三维地质模型可以表现真实地质环境，并将地质分层级构造，这样有利于制定科学的施工方案，减少工程风险。

本文对某公路工程的勘察成果可视化展开了探讨，该工程共有198 个钻孔，将钻孔信息导入BIM 软件，并利用每个钻孔的坐标和高程信息绘制出其地质轮廓（见图2）。与传统的二维地质剖面图和断面图相比，三维地质图更加形象，可以用不同的颜色表示不同的地层，可以从任意的角度来查看土质、土层厚度和连续情况，从而实现了公路工程勘察地层信息的可视化。

4.2 地质模型信息化

利用BIM 技术还可以将地层的参数信息储存，并随时读取。BIM 模型是将各土层的所有参数融合在一个模型。设计人员没有必要在地质剖面图、平面图及表格之间循环切换来读取参数，这在很大程度上提高了工作效率，减少了出错的可能性，同时为减小工程建设风险打下了坚实的基础。

图2 某公路工程数字化三维地质模型

4.3 设计方案快速比选

公路勘察设计阶段往往要涉及到不同专业和部门，各部门关注点不同，沟通难度大。BIM 技术具有三维可视化的特征，能与信息数据库高度集成。在公路工程的勘察设计阶段，能够利用BIM 技术构件区域路网、社会经济、地理环境等信息构成的虚拟社会，并调整其发展因子，进行可视化的虚拟仿真模拟来确定具体的公路的勘察设计方案。与此同时，通过公路工程的三维信息模型（见图3），项目各参建方和相关专家能够更直观看到沿线各种建设条件、建设方案及建成后的效果，提高设计方案比选论证效率。

图3 公路设计方案快速比选

5 结束语

本文深入探讨了基于BIM 技术的公路勘察设计品质提升应用方法，主要得到以下几个方面的结论：（1）公路勘察设计存在的主要问题有管理缺乏协同性、信息缺乏时效性、勘察设计成果共享性差等方面；（2）BIM 技术在公路勘察设计过程中能明显提高勘察设计表达效果与品质，其优势主要有完备性、关联性、可视化等方面；（3）BIM 技术还可以将地层的参数信息储存，并随时读取，同时项目各参建方能够更直观地看到沿线各种建设条件，高效的开展设计方案比选。此外，由于受到研发水平的限制，目前将BIM 技术广泛用于公路勘察设计过程中仍有一定的困难，但是将BIM 理念应用于公路工程勘察设计中必将成为一种趋势。