基于BIM的公路勘察设计与实践

摘  要：本文对基于BIM的公路勘察设计与实践进行了系统的分析，结合实际案例，对其加强建模质量的管理与控制，收集许多完整的勘察数据，灵活运用GIS技术。BIM技术在公路勘察设计中有很大的应用价值，为了最大限度地发挥其作用，要加强对BIM技术的研究，提高BIM技术在公路勘察设计与实践中的应用水平，使其能够更好的的支持公路勘察设计与实际。

关键词：BIM技术;公路勘察设计;应用实践

1 BIM技术概要及应用现状

BIM意味着建立信息模型，顾名思义，是通过信息化打造模型的方法，BIM技术在发达国家的几个建设项目中广泛使用，其生命周期在项目规划、设计、采购、建设、施工等方面在整个项目中都贯穿了BIM技术。BIM系统在设计初期阶段不仅构建了设计模式，还提供了与建设过程相关的技术支持，在构建过程中为所有的建设企业提供了有效的信息通信模式，实现信息共享。国家的项目管理被传统思想所束缚，BIM技术的应用受到限制，原因是缺乏专业才能，缺乏某种创新能力，有着根深蒂固的传统观念，现在中国BIM系统的应用是工程设计的辅助作用高技术视觉标示、工程碰撞测试、项目进度检测，也就是说，BIM系统的生命周期项目管理不适用于中国的项目，因此，今后在高速公路工程中扩大BIM系统的适用范围，并在高速公路项目中有望利用。

2 公路勘察设计要求分析

在高速公路调研设计中，为了确保公路勘察设计，协调设计方案的合理性和科学性可以确保建设变更的减少。在这个阶段，BIM技术的应用能够促进路线专业、隧道专业以及桥梁专业的协调。将BIM技术应用到公路勘察设计，需要满足以下要求：

2.1 统一模型空间坐标系统

使用空间坐标需要统一DEM和3D模型，平面坐标系和标高坐标系的设计不仅要适应高速公路设计习惯，还要包括在一级模型碰撞检测对结构进行分析和对公路后期的运行管理。

2.2 保证建模精度

随着我国对公路质量的要求不断提高，BIM技术在设计阶段的应用也展现出来，它在设计阶段能够进行精度的把控。

2.3 可视化管理

结合实际需求，利用BIM技术进行详细开发，增强其可视化功能。

2.4 协同设计

完成初步设计后，可以利用BIM技术对其进行深度优化，通过深度优化来保证设计的效果。

3 BIM技术特点

3.1 可视性

随着公路建设发展的加快，公路工程出现了多种形式，设计师在设计的过程中没有实物作为参照物，只能用经验和想象力来设计。随着BIM技术的引进，三维视觉模式可以画出公路工程的建设，这是一种新的设计方法，通过建立这三维立体模型，更能直观地理解建设工程的思想。

3.2 协调性

在建设过程中发现项目存在问题，相关人员应及时召开会议进行讨论，找出项目存在的根本原因并及时改进，利用BIM技术对高速公路工程项目进行管理后，及时发现现有问题，提出解决问题的对策，确保建设的进展和质量。

3.3 模拟性

BIM技术的模拟性能较强，在设计阶段，可以模拟设计的各个方面，如在招标过程中，可以显示出以招标为单位的招标相关数据和信息内容，因此对建设规划方案的理解进行强化，提高招标率，同时进行成本管理的模拟。

3.4 优化性

BIM技术优化的内容是优化方案，优化项目规划，可以对投资收益进行科学的分析和研究，也可以理解投资收益一系列影响的设计变化，因此通过对BIM技术进行一定程度的优化，进一步科学地管理高速公路工程项目，最终提高项目质量。

4公路工程勘察设计的目的和内容

进行公路工程勘察和设计的基本原因是综合掌握项目大厦的周边情况，找到科学合理的计算方法，将其运用到参考信息中，预测公路工程建设中的问题和会出现的误差，制定出详细的计划，提出解决方法，并找到公路工程勘察和设计的最优方案，主要内容为工程地质勘探和映射、远程感知图像分析、地球物理勘探、地质土壤采样、高速公路试验。对上述工作内容的结果进行综合分析，并完成最终调查和设计，最终制作出公路工程勘察的报告书。

5 BIM技术与公路工程勘察设计

BIM技术被称为建筑信息模型技术，也被称为大厦信息管理，所有建筑物的数据都可以用数字进行模拟。现阶段，BIM技术一般用于工程建设模型设计的分析，方便于将设计师的意图明显的传递给施工人员，建筑信息建模技术基本上是由信息技术快速发展而形成的数字技术，虽然不能设计建筑的建设规划，但是在项目的建设和管理起着不可替代的重要作用，综合管理战略推进了建设技术的改进，在建筑实际建设中可以避免不必要的风险，同时，BIM信息模型技术非常重要，能够整理信息的完整性、相关性、一致性、视觉化等特性，提高数据的准确性。

5.1 构架公路勘察设计模型的基本要求

在道路工程勘察和设计阶段，BIM模型的应用能够有效改善高速公路调研和设计质量以及高效的BIM模型建设，充分考慮工程调研、路线选择、施工图设计的实际需求，充分发挥BIM技术在建模中的作用，根据高速公路施工特性和其他任务的特定使用要求，可以选择相应的建模方法，道路设计的大部分都需要采用带状的空间分布形态，因此路径较长且存在很多点位，所以在构建BIM模型中可以采用多级建模方式。

在建模过程中，高速公路项目必须考虑特定地区的地形特点，将生态环境条件和经济水平等因素都要在模型中展现出来，能够为公路工程的设计规划提供更可靠的参考数据。同时在进行模型设计也要及时更新数据，确认设计的模型与施工现场的实际情况是否一致，可以运用BIM技术根据设计模式自动建立详细的模型，在详细的模型中，可以通过道路设计相关的技术按照标准确定道路布置及相关配套设施的基本形态，保证设计规划与现场调查数据一致，同时BIM模型可以为设计部门和所有者提供交流平台。

5.2公路BIM三维模型建模分析

5.2.1 基于BIM技术的协同设计平台搭建

作为BIM模型的基本数据，使用了尖端测量技术（空中远程探测、uv倾斜照片、激光扫描等），以和谐的平台为基础构建了环境模型，高速公路专家根据数字调查和设计结果自行调查的BIM设计软件设计、利用设计数据，同时生成高速系统的BIM模型，有专业信息和环境模式的BIM模型，为了在大的场所形成设计的BIM模型，聚集在共同的平台上进行整合，根据所有学科的特性，专业设计师将所有模型结合起来，确定道路规划的可行性和设计的合理性，同时实现各设计学科的信息推送和模型的协调处理，专业数据源的设计独特，通过合作平台避免因数据的误差而造成设计错误，并且通过BIM共同平台确认各专业设计师后，在下一阶段提交的数字结果可以确保设计信息的准确传达。

5.2.2公路三维模型的建模要求

在建筑、应用和维护管理阶段，设计师要进行3D模型构建工程沟通，应用于理解和项目设计效果，BIM能够满足高速设计和设计初期阶段的要求，减少问题发生的频率，并能够有效的提高工作效率。随着BIM应用技术的逐渐成熟，在设计阶段，线性分布和多高速公路设计项目可以根据多层模型的特性最大限度地满足高速公路的需求，基于基本模型的覆盖模式和BIM模型应用任务的几何学特性来构建对建模条件的考察如下：

5.2.3满足选线设计与宏观管理需求

确立体现地形、地质、地形、生态、经济等自然、社会环境的DEM/TiN模式，确立高速公路简易三维模式，强调高速公路、桥梁、隧道、服务区的一般路线规划和设计计划，或者改变模式色彩或其他属性，满足建设计划管理的需求

5.3 数据建模方法

在道路工程的调查和设计上，高速公路主要包括新高速公路和复兴高速公路。调查信息是地形现有道路桥梁。包括隧道等主要路段结构，目前中国的高速公路调研设计后期很难满足所有BIM技术应用的要求，但是根据LOD层次的建模要求，可以避免重复建模和模型信息竞争，在BIM初期阶段，调查和设计后模型和详细水平的强化是主要内容，目前基于路径设计结果的3D模型的自动生成技术比较成熟，可以直接应用到BIM道路设计中，通过以下方法将地形和现有路径模型的几何学信息以及纹理属性收集起来。

5.3.1高分辨率卫星测量

卫星地图使用0.5米以上的地面分辨率和卫星图像的立体映射可以确定图像产生的表面纹路和三维地形模型，卫星图像可以使用远程感知地质学构建三维地质危险模型

5.3.2 航空摄影测量

航空摄影测量的地面采集宽度虽然比卫星图像小，但是航空测量程度可以满足高速公路勘察中的DEM建模要求，比例尺在1：2000以上，DIM建模才可以满足道路准备设计的要求。

5.3.3 三维激光测量

3D激光测量技术提供了以激光点为基础的3D坐标，此外3D激光测量还提供移动性、灵活性、具有短数据处理循环的优势，收集适合高速三维模型建设的数据，飞机、车辆、地面测量平台在获取收集对象信息时具有自身优势。

6公路勘察设计中BIM技术的具体应用实例分析

6.1 案例概述

在某项公路施工中，长4.12km，宽1.6km，通过建立高速公路模型，在以BIM技术3d平台为基础的高速公路勘察设计中，进行了横断道路设计和相关设计，取得了良好的结果，结合高速公路调研设计的实践，整理了现代高速公路调查的实施经验和基于BIM技术的设计。

6.2 数据来源

高速公路调研和设计中使用的具有5000m的地形图，CASS 6.0处理适用的地形图，提取地形图的立面图，获得3D模型的原始数据。DEM信息也可以用Civil3D软件显示出来。

6.3 设计方案

6.3.1 平面线路的设计

平面设计线交叉点坐标采用传统的设计方法制作了电路图，根据生产线的出发点和关键设计了最佳解决方案，调整射程，在线路的生成上，半径参数和直线曲线表等与相关的参数使用3D模型设定高速公路属性，定义100米木桩和元素山，制定好标准，设置完线路后，使用水晶工具播放电路属性表。

6.4 纵断面设计

根据DEM的位置信息，接地配置也采用了包括曲线式和曲率半径的电路图来设计布局图，加快进行高速公路的设计。

6.5 设置几何参数

利用高速公路设计数据和垂直单面数据构建单面立体形状的模型。路段0+860和0+870，1+100和1+110模型是基本的过渡步骤，在三维模型中，基于BIM的高速公路调研和道路设计人员随时都可以变更，十字路口交叉，软件用于改变斜面的切片比例，道路形成为了方便道路横断面后使用，要建立相应的道路界限。

6.5.1 横断面设计

使用单面模型设计了单面，对于单面精度，考虑到对施工工作量产生直接影响的计算，需要嚴格管理，在这种设计中，横断面的抽样距离根据30m进行控制，主要控制因子100米木桩的横断面，具体运算处理绘制单面采样线。选择线的中心线为中心线，根据高速公路的边界条件，寻找横断面左右的距离，制作样品线后，可以自动生成横穿高速公路的层，根据单面土壤层计算砂土量，在该设计中使用DEM技术，并计算挖掘总量。

6.5.2 插值分析

DEM的精密度直接影响了包括垂直单面和单面设计在内的高速公路设计，影响DEM的主要原因包括地形条件和数据点，在设计上我们分析了数字化标高模型的精密度的影响，以工程量为准在本项目设计中，我们建立了数字标高模型，进行了设计和测量，为了获得计算结果，采用传统的测量方法和克里金插值法等去构建了数字高程模型，进行设计以及计量。

6.6应用效果分析

通过BIM应用、信息系统和软件进行计算，构建模型结构，可以实现项目的视觉化，提高高速公路的调研和设计效率，在上述技术案例中，我们改善了传统模式中的设计缺陷，取得了良好的结果是利用BIM技术的Civil3D软件平台，数字模型和各种高速公路区间的数据表被保存为道路调查和设计项目的DWG档，可通过网络变更数据信息。

7 基于BIM的公路勘察设计要点

7.1 做好建模的把控

需要基于BIM道路调查和设计构建3D模型的DEM数字标高模型等，为了确保设计结果的质量，进行良好的建模和控制，具体如下：高速路线选择满足宏观管理需求的DEM模型或注释模式去主要构成其自然环境，包括地形和地质学，高速公路三维模型主要是为了强调包括道路和桥梁在内的高速公路路线规划和设计计划，采用变形模式的颜色和不同属性，建设高速公路4D或者满足5D的标示要求。

7.2 保证勘察数据的真实性

基于BIM道路调查和设计，数据调查需要多使用原始的调查数据，该数据信息是通过测量公共照片等野外调查获得的，为了确保道路调查、设计结果的科学性和合理性。为了增强数据信息的可靠性，需要采取以下对策：充分发挥当地调查业务管理机制建设系统的规范作用，控制数据采集质量;明确道路调查、设计业务的实际需求整理相关人才，根据调查业务规范和流程收集相应的数据信息，对于收集到的数据信息，必须保证可靠性和一致性。

7.3 结合应用GIS技术

道路工程建设受到地理环境因素和地质条件的巨大影响，目前BIM模型设计软件现状有几个缺点，如小空间范围等大量数据信息无法装入，在这种情况下，GIS技术和BIM技术结合数据处理和分析支持，运用GIS技术对项目的地理环境的了解可以达到最大化，其研究的空间范围非常广，因此为了提供对道路调查和设计工作的大力支持，基于BIM的道路调查和结合设计利用GIS技术进行空间分析，优化道路选择线的设计，获得更好的结果，运用GIS技术可以获得更全面的地理信息，它可以提供设计的基本信息。

8结束语

目前，BIM模型广泛应用于中国的高速调研和设计，高速调研和设计部门加强对BIM技术的研究，总结实际应用经验，改善BIM技术应用程序的相关标准，为改善高速公路整体改进，BIM技术必须推进应用程序，促进我国公路勘察和设计技术水平更加标准化，为我国的高速公路产业现代化提供了重要的技术支持。

参考文献

[1]  張军.基于BIM的公路勘察设计与实践探讨[J].建材与装饰，2019（02）：270-271.

[2]  张小龙.基于BIM的公路勘察设计与实践研究[J].交通世界，2018（24）：18-19.

作者简介：张瑞（1983-），女，汉族，河南南阳，工程师，硕士，岩土工程。