BIM技术在公路路线设计中的应用

农维武

（广西交科集团有限公司，广西 南宁 530007）

0 引言

公路工程是地区间进行经济交流和文化沟通的重要纽带，提升公路工程整体设计质量是推动经济社会建设的必然选择，因此公路路线设计至关重要，其需要考虑到路线沿线地形、地貌及地质情况等一系列因素。将BIM技术（建筑信息模型）应用到公路路线设计中，是提升我国公路路线设计水平的重要手段。

1 公路路线设计理念

公路路线设计工作具有复杂性、阶段性和动态性特征，设计人员需要在设计工作的每个步骤分析实际设计需求，并给出多个设计思路，在反复比对多个设计方案的基础上择优使用［1］。在这个过程中，设计人员应始终秉持安全性的基本理念，并在此基础上控制公路路线设计的造价成本等，在不降低质量标准的基础上尽可能降低工程资金投入，从而提升公路路线设计方案的综合效益。除此之外，需要合理控制公路的施工周期等，在充分考虑施工难度、施工质量标准的基础上，调整公路路线设计方案的具体内容，确保公路工程顺利完工。

2 BIM技术的概念及特点

2.1 BIM技术

BIM技术是一种脱胎于计算机技术和信息化技术的、现代化工程建设必需的先进技术，工作人员将数据输入其中，系统将会自动构建工程空间模型，为工作人员带来更加直观的设计体验。在公路路线的三维立体模型与设计方案不符的情况下，工作人员可以对数据进行即时调整，保证公路路线设计的合理性。

2.2 BIM技术的特征

2.2.1 可视性

在过去的公路路线设计模式下，工作人员需要通过人工方式进行计算和绘图设计等，工作量非常大，而且最终得到的图纸是二维平面图，无论是表现力还是细节处理效果都不尽如人意，而BIM技术在公路路线设计中的应用，能够在一定程度上提升设计质量，解决传统设计模式下存在的一系列问题。过去，二维平面的图纸将会被转化为三维立体的、可视化的模型，这样一来，工作人员将能够更加直观地了解公路工程路线走向，及时发现其中存在的不足之处。

2.2.2 模拟性

将公路路线设计数据输入到BIM系统中，可以直观地了解公路工程的具体走向等，而BIM技术本身具有的模拟功能使其能够在设计人员优化参数以后，第一时间调整公路路线的模型，这有助于设计人员更快地校正设计方案中的一系列参数。从实际的应用情况来看，BIM技术所具有的模拟性特征，确保了公路路线设计方案的合理性，对提升公路工程施工质量等有一定的积极作用［2］。

2.2.3 准确性

除具有模拟性和可视性外，BIM技术还具有准确性高的优势，其能够根据输入或采集的数据进行三维立体模拟，工作人员可在数据分析的基础上，对工程已有土方量和设计曲面之间的土方量等进行计算，并最终确定准确的公路路线设计数据，这有助于提升公路路线设计的精确度，避免不必要的施工误差。

2.2.4 协同性

与过去的公路路线设计工作模式相比，将BIM技术应用到公路路线设计中，能够提升设计方案的一体化水平，其具有对数据进行统一处理的功能，在系统功能的协同运作下，设计人员能够将数据共享给其他部门，这有助于提升公路路线设计的合理性。各个专业的工作人员也能更好地进行沟通，在充分讨论的基础上确定公路路线设计方案中存在的不足之处［3］。

3 BIM技术在公路线路设计中的应用优势

3.1 为公路线路设计提供技术与数据支撑

公路工程线路设计工作具有一定的复杂性，在线路设计的过程中，不可避免地会遇到各种各样的问题给后续的施工带来不利影响。BIM技术应用于公路路线设计，工作人员可以借助BIM技术对公路工程线路设计方案进行可视化分析，提升设计效果。更重要的是，以BIM技术为基础对公路线路进行三维建模，并在此基础上做好设计阶段和施工阶段的协同工作，能够确保各个环节间的良好衔接。同时，BIM技术具有虚拟仿真功能，在有基本参数的情况下进行模型仿真，有助于设计人员更好地了解公路工程线路设计方案的执行效果，对提升公路工程线路设计数据准确性等也有一定的帮助。

3.2 公路线路设计的集中和简约化管理

合理地应用BIM技术有助于提升公路路线设计的先进性，是保证公路路线设计质量的必然选择。从实际情况来看，借助BIM技术开展设计工作，能够提升设计效果。设计人员可以结合施工路线的各项参数和地质特征等，确定更加简约的设计方案，解决传统设计模式下设计方案过于冗余、繁杂的问题，也能避免设计过程过于烦琐导致的一系列风险［4］。

4 BIM技术在公路路线设计中的应用实例分析

4.1 工程概况

某公路的主要功能是实现某地区的两个城市的连接，设计为双向两车道，时速为80 km/h。为实现实时动态管理，决定在相关规范（见表1）的要求下，采用BIM技术对该公路进行设计，实现参数化管理。

表1 部分公路路线设计行业规范

4.2 创建数字地面模型

从实际情况来看，BIM技术在公路路线设计中的应用能够提升设计人员获取信息的速度和便利性，现在也有一部分设计人员开始利用BIM技术构建三维数字地面模型，以三维数字地面模型为基础，建立以数字信息为依托的曲面模型，这样一来，公路工程相关的地面数据都将会准确地体现出来，设计人员可借此对各类设计思路进行综合比对和分析，从而提升公路路线设计的精确度等。此外，数字地面模型的构建效果取决于数据的采集和处理效果，目前常见的数据采集方法主要包括无人机倾斜摄影技术和通过原本的地形图数据转换两种，其各有不同优势，工作人员可根据具体需求进行选择，而三维数字地面模型的构建方式较多，常见的方式主要是规则格网与不规则三角网2种。

4.3 平面线形设计

公路工程路线设计工作比较复杂，平面线形设计是其中重要的组成部分，为提升设计质量，工作人员可从以下几个方面入手：第一，要做好科学规划。在进行平面设计的过程中，工作人员应对公路工程路线规划情况进行综合研判并确定是否符合具体施工操作的要求，在此基础上对各类施工标准和行业要求进行分析，结合公路工程项目的周边经济发展情况等，判断区域居民的出行需求和出行习惯，提升公路路线设计中平面线形设计的合理性。第二，要对基本要素进行理顺。平面线形设计可以分成曲线、直线、缓和曲线等要素，能够对公路工程的路线变化情况进行准确反映，工作人员还需要结合实际情况，充分考虑到该区域地形条件等，一般以曲线为主，结合不对称形、“S”形等进行设计，同时也要兼顾卵形等特殊形状，对公路路线的整体形状进行分析，提升平面设计的合理性。第三，要对行车安全问题予以着重考量。对点位测量工作进行强化，对可能存在的干扰因素进行规避，避免其给公路工程的安全通行造成不利影响。除此之外，在涉及高填方路段的情况下，需要在综合考虑直线设计的基础上，对缓弯线性设计进行考虑，确保公路工程的安全性。特别需要注意的是，在平面线形设计的过程中应尽可能避免复杂线形，否则可能会导致安全风险上升。第四，要综合考虑环境保护问题。公路路线设计工作属于复合型工作，在保证路线合理、行车安全的同时，设计人员需要考虑环境保护方面的问题，对周边生态环境进行综合研判，避免公路工程施工给周围环境造成不利影响［5］。

4.4 纵断面线形设计

公路路线设计包括纵断面线形设计等内容，在进行纵断面线形设计的过程中，工作人员可综合利用BIM技术，结合公路工程的设计要求确定纵断面功能等。首先要结合原地面线进行绘图，并对曲线参数进行适当调整，经确认无误后进行保存，而后利用软件处理原始路基线图、竖曲线文件等，即可得到符合公路工程施工目标的公路纵断面设计图。

4.5 横断面线形设计

公路工程的横断面设计比较复杂，工作人员需要充分考虑行车道、中央分隔带、边坡等结构因素，充分利用BIM技术的有关功能，搭建公路工程路基路面模型，并对道路横断面模板进行细化处理，将横断面各元素以特征点和构件等形式结合，从而确保公路工程横断面线形设计的合理性。一般来说，特征点主要在横断面特殊变化时使用，其能够连接所有点并实现有效约束，比较常见的约束关系为水平距离、垂直距离、坡度等。设计人员可以结合具体情况对约束关系进行改动，比如可以在路线边沿点和中心点水平约束中设计标签，在后续的设计工作中，就可以利用这一标签调整水平距离等，确保公路工程路面宽度数据的合理性。组件是多个点位构成的封闭式图形，其能够表示各种路面结构，无论是基层、挡土层还是路面层都可以通过组件的形式进行体现。公路路线设计涉及的组件非常多，工作人员可对不同组件乃至不同控制点进行命名，在此基础上进行设计，往往能取得比较可观的设计效果。当然也有一些特殊情况，比如横断面边坡通常不能用固定的约束关系进行设计，工作人员一般需要利用约束两点斜率的方法调整边坡坡度，并利用端点的延长来把握边坡长度。根据实际工作情况，一个横断面模板能设计出多个端点条件并包括多个边坡结构，因此工作人员还需要对不同边坡的优先级进行调整，从而确保设计的合理性。

4.6 三维模型创建

公路工程线路设计具有复杂性的特点，为了保证设计的有效性，工作人员可通过BIM技术创建公路工程的三维立体模型，一般需要从同一条公路中心线的平面、纵断面和装配设计入手，避免公路工程模型无法生成的问题。具体操作流程如下：①借助BIM技术中的civil 3D道路特性功能，确定公路工程模型中线形位置的长度等，这有助于提升公路工程三维立体模型的可视化的效果。②对已经成型的公路工程三维立体模型，工作人员可对其中的公路曲面进行单独处理，这解决了过去曲面数据和公路工程整体设计方案相融合带来的问题，确保了曲面编辑、曲面数据调整的效率和准确度。比如，在剥离了公路工程三维曲面的情况下，工作人员就可以借助参数编辑器对某一桩号处的公路横断面样式进行查看，并以此为基础确定设计方案是否存在不合理之处［6］。

5 结论

公路工程是重要的社会基础设施之一，其设计水平直接决定了公路工程的施工质量，而公路路线设计工作比较复杂，工作人员除要明确设计目标、确定设计理念外，还需要充分发挥BIM技术的优势，对其在公路路线设计中的应用要点进行综合分析。在今后的工作中，工作人员应不断总结BIM技术的应用经验，从而达到公路路线设计合理性的目标，并避免人工设计导致的质量问题，不断提高公路路线设计水平。