BIM技术在高速公路交通安全评价上的应用研究

王润泽　胡志勇　徐赞

摘 要：本文利用Civil 3d软件能创建公路模型的功能，在创建曲面、纵断面、路线的基础上，公路模型自身也会实现动态更新的特点。不仅能达到提高效率、控制成本的目的，而且可以将项目管理变得更加细致。随着科技的不断进步，高速公路建设面临的挑战也日益增加，公路交通安全更是重中之重。从而对公路进行安全性评价也变得尤为重要。BIM在近几年的行业发展中不断的进步，技术也更加的成熟，在公路交通安全设施安全评价的应用上的作用也越发的明显了。

关键词：BIM技术;Civil 3d软件;Autodesk;安全评价;公路模型

1 公路安全性评价的概述

公路技术安全评价是站在公路使用者的方向，按照特定的规则顺序，采用特定的方法定性并且定量的方式，对公路技术安全进行全面、系统的分析和评价。在公路运输行业中，也称为公路安全评价或行车安全评价[1]。

公路安全评价的中心思想是预防为主，以预防为根本改造为辅助的基本规则进行的。对可能发生的事故作出提前的预判以及处理，从而达到提高高速公路安全的目的。通过本项目的安全评价，可以进一步落实建设单位和勘察设计单位为改善公路安全所作的努力，对保证和改善公路安全具有重要的积极意义。

根据《公路项目安全性评价规范》（JTGB05-2015）对交工验收阶段安全性评价方法的规定，本次评价必须要进行现场实地踏勘和实地驾驶，才能对整个清单进行必要的规范的安全检查，使其结果得到肯定。

2 BIM在交通安全设施安全性评价的作用

2.1 Civil 3D软件的应用

目前广泛使用Autodesk平台的Civil 3D软件进行高速公路的BIM建模。Civil 3D有相当强大的功能，在公路安全方面最直观的功能便是三维数字地形模型。 而利用数字地形模型，可以更清晰、快速、精准的绘制纵横断面图、对尚未发生的地理图形进行提前的预判，及时的发现问题。 同时Autodesk Civil3D还整合了3D Map、CAD 等多种软件，并具有范围更广的项目管理功能，为公路施工工程可能发生的安全隐患提供了完整的解决方案[2]。

Civil 3D中的曲面是该软件基础核心部分。在真实的施工过程中可以用原始地形点直接生成原始地面的数字三维模型，在地面模型上我们可以更直观的进行规划、设计、施工等一系列的操作。而且与原本的图纸相比，曲面更加具有动态鲜明的特点，当其被修改时，便可以自动重新的构建不需要人为操作。

公路模型是 Civil 3D 中的最新的强大功能。它能够直接设计出公路所需要的曲面、路线和纵断面，然后创建出更真实的公路模型。 就像 Civil 3D 中的其他对象一样，如果修改了与本工程相关的曲面，或是更改了原有的路线或纵断面，公路模型自身也会随着更改作出相应的调整[3]。

所有专业技术指标均采用人工计算，计算精度低，工作比较多，需要多专业进行配合，工作时间也相应的变长了。将BIM技术与公路工程安全评价相结合，提出并量化了各行业安全评价的关键指标，更加客观、清晰地阐明了各职业安全指标的权重，为决策者提供了依据决策依据。并为设计人员提供更加直观的方法，从人来评价变成系统评价，传统和BIM技术的结合提供了一个更加广阔的思路[4]。

2.2 结合思路分析

2.2.1 运行视距的安全分析

线路视距是保证行车安全的设计指标，也是公路建设的强制性规范。路线上的车道应具有足够的视野，以便驾驶员能够在第一时间对危险作出应对，增加了行车的安全度。在公路规范中，高等级公路的可见性采用停车视觉距离并且对二级高速公路的视距进行了行车安全视距分析并提出了相应的改进措施。传统的设计手法是无法与安全相结合的，公路定向的几何施工指标仅满足规范要求，但是很可能对安全方面会产生一定的忽视，从而安全问题发生的概率大大增加了。

公路空间视距计算模型：

如图1所示，以p1为驾驶员视点，远处路面最左侧目标点为p2，最右侧目标点为p3，构成视线三角面。将公路模型中任意一块或几块曲面进行离散，在通过计算，便可以在没进行实际操作的情况下得到理论上比较可靠的空间视距，具体过程便不做详细说明了[5]。

BIM行车视距的分析模块：

通過对结果的分析，作出了BIM瞄准线分析模块。利用应有的设计资料创建三维的公路模型。根据车速的空间视距模型，从视距的较低路段开始，消除可能发生的安全隐患。见图2。

2.2.2 边坡稳定性分析

高速公路最重要的便是边坡的稳定性分析、深厚路堑边坡稳定性分析、高填方边坡稳定性分析和陡填方边坡稳定性分析。BIM技术可以快速提取边坡开挖和填筑前后的剖面数据，也可以从三维地质模型中提取沿线滑坡的剖面数据，对边坡的稳定性及其安全性进行评价[6]。

2.2.3 长陡下坡路段安全性分析及工程实例

大型载重汽车由于重量比较大，制动对汽车的损耗比较大，所以频繁制动会带来一定的安全隐患[7]。因此，长陡下坡路段的安全分析是公路工程安全评价的关键内容[8]。

长陡下坡界定标准：

现在，国内外的学者，作为安全性的分析方法，长期使用急斜面的汽车用刹车鼓的温度性能分析。在刹车测试中，测量在下坡的各种工作条件下刹车鼓的温度变化，计算车的刹车距离和刹车鼓的温度之间的关系。将工作速度纳入货物制动温度模型中，对水平和垂直的安全风险进行了综合研究。本文结合能量守恒定律和传热理论，开发基于BIM技术的长期紧急刹车性能分析模块。考虑到汽车刹车鼓温度变化引起的侧线位置调整，通过动作模拟分析各种气象条件下侧线位置调整的合理性和设计参数。

BIM应用工程实例：

BIM系统研究的核心就是对程序的语言算法进行相应的设计工作，所以它对系统的工作性能和最终结果的准确性起着至关性的作用。公路工程的安全评价系统包括多种运算方法，但重中之重仍然是长大纵坡算法。该算法的主要方式还是利用能量守恒定律来模拟热衰减过程，从而发现连续下坡路段的安全隐患。能够准确的确定长、陡、连续下降的位置和长度[9]。

（1）连续长坡下坡算法首先需检验路段平均纵向坡面，平均纵坡按公式（1）计算：

（1）

公式中为平均纵坡，L为路线长度m，H为两端高差m。

变速制动器温度模型按公式（2）计算：

（2）

其中，

通过对道路BIM技术的研究和系统的应用，将PowerCivil建立的道路模型作为载体，自动分析设计文件，预测行车速度。通过行车视距空间分析、小半径自动识别、折返、隧道入口等方法，对汽车制动鼓温度、线路平面、纵断面、桥梁、隧道等指标进行计算和评价。对于互通式立交匝道视距较小的区域，应根据各阶段安全评价的重点，科学制定安全评价报告的结构。与传统的公路行业优化设计方法相比，公路项目安全评价体系更直观、有效、实用，减少了“错、漏、错”现象。只有在不断的减少人为客观因素的参与，人为因素造成的“碰撞和缺陷”，让系统自动的客观的來预测可能发生的问题、安全隐患、危险状况，才能更加系统的、更加具有针对性的得出解决方案。BIM技术对高速公路安全运营的积极作用逐渐显现。

3 结论

公路安全评价的重要性毋庸置疑，“公路工程技术标准”越来越受到企业的重视。高等级公路路面不仅参考了这一标准，而且普通路面也越来越受欢迎。在安全要求日益被重视的今天，人工计算已经无法满足现代的安全需求。现代安全观念不断更新和发展，从安全设备和安全生产管理到设计、施工、运行和维护全过程的管理和控制。过去的各种技术概念和方法必须与BIM相结合，以实现我们尽快成为交通强国的宏伟愿景。

参考文献：

[1]杜鸣曲，杨科，张婷.BIM技术在京哈高速公路改扩建工程的应用[J].公路，2021（1）：397-400.

[2]王欣南，李金龙，游威.公路工程BIM技术发展路径研究[J].交通科技，2020（6）：60-64.

[3]刘星宏，林达明，俞缙，等.BIM技术在国内隧道工程中的应用[J].现代隧道技术，2020，57（6）：25-35.

[4]王维高，朱明，赵见，等.BIM和GIS技术在某高速公路施工建设管理中的应用[J].山西建筑，2020，46（23）：114-116.

[5]黄忠财，许泽琪，王磊，等.BIM技术在公路岩溶隧道勘察设计中的应用[J].公路，2020，65（11）：385-389.

[6]吴学明，梁礼绘，严磊，等.基于WebGL的高速公路BIM模型轻量化方法研究[J].工程管理学报，2020，34（5）：69-74.

[7]岳力.BIM技术在北京轨道交通新机场线高架桥梁质量管控中的应用[J].市政技术，2020，38（6）：63-66.

[8]张涛，杨志平，张星钰，等.基于BIM技术的受限空间钢箱梁施工研究[J].市政技术，2020，38（6）：97-100+106.

[9]王长海，周东迎.BentleyBIM系统在高速公路交旅融合示范工程中的应用[J].中国公路，2020（21）：221-223.