基于BIM技术在低等级公路设计中的应用

陈善祥 杨宏顺 刘吉标 陈国春

摘要：BIM技术在建筑行业得到广泛关注和应用研究，随着BIM技术日趋成熟，BIM技术也逐渐开始在道路工程得到了很好运用。对此，本文首先对于BIM技术的概念及特点优势，运用Bentley软件进行低等级公路设计，应用效果良好。

关键词：道路工程;BIM技术;低等级公路;设计应用;Bentley

1前言

近年来，随着我国经济与科技的飞速发展，我国新农村建设的步伐也在不断加快，低等级公路的新建与改建项目也日益增加，开始进入高速发展时期。同时随着信息技术的飞速发展，国家对低等级公路工程项目建设的科学性、合理性和生态环保性要求的不断提高，传统的二维平面设计模式和规划理念已经逐渐无法适应社会发展的步伐。

因此，在低等级公路工程中引进BIM技术，根据其独特的可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性等特点，不仅可以将低等级公路设计三维立体图像直观准确的展示，还可以提高设计效率和质量，减少错漏，及时发现和避免设计与实际不符的问题，同时对生态环境保护有着深远影响。同时，这也为BIM技术在低等级公路工程的设计研究提供科学的数据和准确的参考模型，对于低等级公路工程的信息化发展有着重要的意义。

2 BIM技术概述

BIM技术也被称为建筑信息模型技术，是以三维数字技术为基础，集成了建筑工程项目各项相关信息的工程数据模型，是对工程项目设施实体与功能特性的数字化表达。

简单来说BIM技术并不等同于三维模型，是一种应用于工程设计、建造、管理的数据化工具，通过对建筑的数据化、信息化模型整合，在项目策划、运行和维护的全生命周期过程中进行共享和传递，使工程技术人员对各种建筑信息作出正确理解和高效应对，为设计团队以及包括建筑、运营单位在内的各方建设主体提供协同工作的基础，在提高工作效率、减少设计变更、节约成本和缩短工期方面发挥重要作用。

3 BIM技术的特点

3.1可视化

可视化即“所见所得”的形式。在低等级公路工程中，传统的二维施工图纸中的各种构造物都是以抽象的线条来表示的，其构造物的真正的形式难以真实准确的表达出来。BIM提供了可视化的思路，能够使低等级公路工程设计将以往的线条式的二维图纸转化形成一种三维的立体实物图形展示在人们的面前，视觉冲击感较强，从而真实化、立体化、形象化的展示设计的画面。并且以三维立体的图形作为指导，我们能够快速的发现设计中错误或不合理的地方，减少出错，提高工作效率，从而使工程建设项目在设计、施工和运维的全生命周期过程中的沟通、讨论、变更等都可以在可视化的情况下更高效的完成各方面的工作。

3.2模拟性

BIM技术利用先进的现代化数字仿真模拟分析系统，并不单单只能模拟现有的模型信息，还可以模拟假定条件下的工程情况。在道路设计中，BIM的模拟特性可以对项目工程设计中适应性、合理性等做出直观准确的分析，例如日照分析、交通流量分析、水膜分析、行车视距分析、照明方案分析、地质灾害分析等，对于出现的问题及时处理并反馈意见。在三维信息模型的基础上，加上时间的进度信息资料，就可以在计算机上进行四维时间模拟，例如施工进度模拟等。同时还可以在四维信息模型里面引入成本造价信息资料，进行五维成本模拟，最终实现对于工程项目成本的控制。

3.3协调性

在低等级公路工程项目建设中，因其建设规模大，建设周期长、涉及专业广泛，使其在漫长的建设过程中，各工程建设部门的信息不互通、互不关联。因此，多专业间的协调工作问题一直都是设计阶段的重点和难点，然而BIM技术的三维立体化特性可以使不同专业三维空间模型进行同一的立体组合，方便各不同专业部门随时调取各专业的信息和参考上游设计成果，从而进行碰撞检查并可以自动分析导出检查数据。

3.4可出图性

所谓可出图性并非传统意义上抽象线条般的二维设计图纸，而是将三维信息模型作为主要的交付手段后，还需要补充相关数据报告，如结构计算、数据分析等报告，并且可以自动辅助生成二维设计图纸，通过对模型进行模拟、协调后检查错误，修正优化设计方案，提高设计人员的工作效率。

4 BIM技术在低等级公路的应用

4.1低等级公路地形图处理

低等级公路工程与单体建筑工程相比，它的区别在于低等级公路工程呈线条状分布，与沿线地形、地质、水文等地理信息紧密相关，任何一种地理信息因素的不同都可能引起设计方案的重大修改。一般来说，勘察单位一般在完成勘测任务之后会提供二维地形图纸，但是传统二维图纸都是将地形、地貌特征的三维点转化成为平面点、等高线等二维的点线图形用DWG格式进行储存，一时间难以观察出准确的地形地貌，还会导致信息传达的不准确。

因此，我们应用Bentley平台的OpenRoads Designer软件先创建一个新的三维DGN文件，将DWG二维地形图参考进入创建DGN文件中，在三维数字地面模型（也称为DTM）基础上进行设计;利用DTM提取并处理相关地形地貌的高程数据资料，再根据相关的需求进行合理的调整，最后创建清楚准确的三维曲面模型，其中包含各类地理信息数据，使设计人员对工程项目实际地质情况更加了解，可最大程度上避免工程潜在风险。同时能够在低等级公路设计之前就对设计的重点、难点等进行系统的分析和讨论，提高低等级公路设计的效率，具体情况如图四所示。

4.2低等级公路平面线形设计

平面线形设计是低等级公路工程设计中最为重要的步骤。在低等级公路设计的过程中，需要综合考虑多种因素，例如行车安全性与舒适性、环境保护、满足视距要求等，从而使得道路平面线形设计更为精确且合理。

在具体的设计绘制时，可引进BIM技术，通过先新建一个二维DGN格式文件，再导入建立好的三维地形模型的DTM文件，然后输入线路的起终点坐标参數，这时设计人员就可以开始选定公路中心线的特征定义，同时根据规范要求设计平面线形各个控制点的参数并且完成对公路中心线的绘制。最后设计完成后，也可借用BIM技术的实景模拟技术进行行车实景模拟分析，一旦任何一个模拟环节出现问题都可以及时发现，分析并制定合理的解决方案等，进而为确定合理的线路方案提供保障，具体情况如图五所示。

4.3低等级公路纵断面设计

传统的纵断面设计都是在二维平面上进行的，平面和纵面是性对独立的，并没有相互联系和依赖关系，对于平面线形和纵断线形的协调性和整体性只能依靠设计人员的空间想象能力和设计经验，不能直观清楚地看到设计效果，使得经常出现平面设计和纵断面设计都满足规范要求，但是相互组合中心线在视觉上缺乏合理性和平顺性，导致行车安全性降低，并且有些标段会有挖填不平衡的问题，导致施工难度和成本的增加等。

故在低等级公路工程纵断面的设计，应用BIM技术，通过打开之前设计好的平面线形文件，激活地形曲面后，即可生成道路的地面线，这条地面线具有自动更新功能，路面平面线形一旦改变，地面线也随之改变;在此基础之上，设计人员可以根据道路等级，并结合地形地貌的情况，考虑挖填平衡、排水等要求完成对竖曲线形的设计。同时设计可以设计多条竖曲线型进行多方案对比，激活其任意一条线形，程序将自动在三维模型中生成三维空间曲线，使得设计人员更为直观便捷了解设计的效果，并保障了设计工作的质量和效率，具体情况如图六所示。

4.4低等级公路横断面设计

低等级公路横断面主要由行车道、硬路肩、土路肩、排水沟等构造物组成，是低等级公路设计中较为重要的一项工作，在此环节应用BIM技术更能体现其优势。设计人员可以在OpenRoads Designer软件中分别单独新建路面、放坡线、挡土墙等组件，然后进行灵活组装应用，可使不同的项目组装相应的道路横断面方案，最大程度保证模板的重复利用;而且每个横断面和公路模型参数是相互关联的，实时保持动态更新，一旦横断面参数被修改，公路模型参数也随之更新，而不会像传统的二维设计因为横断面的变动导致需要对整个已完成的设计成果进行更改，节省设计人员大量时间和精力;同时可以导入公路设计标准规范，在设计的过程自动分析设计是否符合规范，还可以基于规则自动进行加宽、超高处理，自动生成动态横断面以供设计人员查看，从而确保公路横断面设计的准确性和合理性，具体情况如图七所示。

5 结语

未来我国低等级公路设计领域大规模的信息化建设是必然趋势，在公路路网不断规划建设的时代，以BIM为核心理念的三维数字化设计技术的出现，极大提高了设计效率、优化设计质量，使得低等级公路设计的合理性和科学性更高。运用Bentley软件结合BIM 技术的特点优势应用到低等级公路的设计中，实用性强，设计效率高，设计效果良好。BIM技术在低等级公路设计中的应用中有着良好的运用价值和长远的发展前景，具有明显的经济价值和社会效益。

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