基于BIM技术的公路交通安全设施数据库构建分析

彭欣 庞聪 龙波 侯泽群

摘要：文章从公路交安工程设计的实际需求出发，以面向分类组件的参数化构建为思路，结合BIM技术的优势和特点，分析基于BIM技术建立公路交通安全设施数据库的思路和建议，旨在为公路交通领域BIM技术的应用推广及公路交安工程设计提供参考。

关键词：BIM技术;公路交安工程;交通安全设施数据库;构建

Starting from the actual needs of highway traffic safety engineering design，with the parametric construction of classification components as the idea，and combining the advantages and characteristics of BIM technology，this article analyzes the ideas and suggestions of establishing the road traffic safety facilities database based on BIM technology，hoping to provide the reference for the application and promotion of BIM technology in highway traffic fields and for the design of highway traffic safety engineering.

BIM technology;Highway traffic safety project;Traffic safety facility database;Construction

0 引言

BIM（Building Information Modelling）技术以三维数字化技术为基础，集成工程项目规划、设计、施工、运维各阶段信息[1]。随着BIM技术和软件的不断成熟，交通行业设计手段由二维向三维过渡是必然的趋势。采用BIM技术，不仅意味着效率和质量的提升，更重要的是设计方掌握了工程项目最核心的信息模型资源[2]。BIM技术的本质是协同，其核心是信息传递，它以对象的各项信息数据作为模型的基础，通过数字信息仿真模拟对象所具有的真实信息。BIM技术的应用将降低传统信息传递间的断层性和模糊性，减少各专业间、参与方之间的沟通屏障，打破“信息孤岛”，解决信息丢失与信息误解等问题。设计方将不再提供单一的工程设计服务，还可以在整个工程全寿命周期内向各参与方提供服务与咨询，使工程项目的潜在价值向设计阶段前移[3]。

1 构建基于BIM技术的交通安全设施数据库的必要性分析

交通安全设施是保障公路交通安全、减少交通事故、引导驾驶特征的重要基础设施，它是交通管理者与公路使用者交流介质的重要组成部分，它的最终目的是保障公路交通安全，及时并有效地对公路使用者进行引导[4]。

关于交安工程的设计，如EICAD、CARD/1、海地和路线大师等道路设计软件都未考虑交通安全设施的系统开发，仅有纬地软件开发有交通与安全工程设计系统（HintJT）。因此，纬地软件全面的系统开发也使其成为国内公路与交通工程勘察设计领域市场占有率最大的国产专业设计软件，但其主要应用于二维设计。目前大多数设计院关于交安工程的设计往往由专业设计人员利用CAD平台依据路线资料进行配置，并利用Excel进行数量统计，单独绘制设施大样图并逐步积累和更新，并没有一个通用的系统数据库来融合这些数量庞大的设施数据，从而造成对象信息难以实时共享和流畅传递，极易形成“信息孤岛”，这也体现了传统设计方法所存在的不足。

因此，可将BIM技术应用于交安工程设计中，利用一个通用数据库来构建汇总交安设施以满足设计人员的使用需求;同时只需对数据库进行相应调整和更新便可保证设施的有效性，高效优化传统设计模式;并利用BIM技术的可视性和模拟性优势，对公路全线进行交安工程的三维可视化检查，从驾驶员视角复核交通设施的引导效果和安全性能，加强各专业间的联系和配合要求，对交安工程设计起到事半功倍的效果，而且可延伸至施工及運维的全生命周期。目前，BIM技术的道路三维设计主要应用平台有Autodesk、Bentley、Dassault，但均未在交安工程方面进行系统开发。因此基于BIM技术，并针对公路交通安全设施类，能为项目全生命周期服务且应用参数化建立的交通安全设施BIM数据库具有十分重大的意义（见图1）。

2 基于BIM技术的公路交通安全设施信息模型数据库的建立

为了给交安工程设计者打造一个良好的信息资源共享平台，提高设计效能，笔者以交通安全设施设计的实际需求为出发点，构思和探讨如何建立基于BIM技术的公路交通安全设施信息模型数据库，满足公路项目全生命周期中专业技术人员对于交通标志、标线、防撞设施、隔离栅等交安设施的需求;同时利用BIM技术的模型信息化、可视化、协同化及模拟性等优势，使得构建设施具有可计量、仿真模拟、减少错漏等特点，满足数量统计和模拟检查等需求。因此，基于BIM技术的公路交通安全设施构件数据库是BIM技术在公路交安工程中成功应用的关键。交通安全设施由多类对象组成，且对应不同等级公路应具有不同属性的区别。各类设施模型的构建以面向组件的方法，利用三维参数化思路进行建模，构件信息应科学且具有规范化和标准化，同时满足后期不断完善的可拓展需求。平台选择可通过Bentley贯穿交通行业的OpenRoads技术进行交通安全设施数据库模块开发，实现交通BIM技术的地形、道路、交通正向设计解决方案，并实现专业间数据共享。

2.1 交通安全设施数据库的树形分类

数据库的成功构建首要的即是面向对象的有效分类。交通安全设施数据库的构建应从公路等级、设施内容、组件构成等进行树形分类。公路分为高速、一级、二级、三级及四级公路;交通安全设施主要由交通标志、交通标线、护栏和栏杆、隔离栅、视线诱导设施、防眩设施、其他交通安全设施等部分构成，其中以交通标志为例又包含版面设计、支撑方式、杆件结构、结构分析及施工工艺等要求。从公路等级到对应的设施构件都需要进行逐级细分，保证数据库的结构性和条理性（见下页图2）。

2.2 面向组件的参数化构建

公路交通安全设施的分类多样性意味着BIM数据信息量之大，应通过科学高效的方式将设施信息进行构建编码并满足规范化和标准化的要求，便于交通设计者的使用。笔者认为采用面向组件的构建方法将具有灵活的可分解性和扩充性，采用从总到分的顺序将设施分解为若干个独立模型，形成可组装、拆卸的单元构件，将构件特性进行数学描述，参数化构建，从而获得实体化模型。每一种设施可作为一个基本单元构件，具有信息的独立性和唯一性。每一种设施的标准化信息主要包含对象属性、几何尺寸、材料属性等几何特征参数和非几何特征参数。交通安全设施构件即为数据库的基本单元（见图3）。

2.3 基于Bentley平台数据库的信息标准化和可拓展性

根据交安设施的基础信息进行规范化整理是数据库开发的基础要求之一，而开放性和可拓展性是保证数据库持续更新和改进的基本要求，从而达到公路交通安全设施BIM数据库不断完善的目的。利用Bentley的MS平台对数据库分类，构建大部分常用交通安全设施库，让设计者可直接进行调用;同时基于OpenRoads技术开发数据库模块进行设施参数化建模，实体化交安设施;利用OpenRoads Designer软件进行可视化核查，通过Navigator软件对设施构建的错、漏、碰、缺等进行有效复核，规避各类潜在问题，确定设施各构件尺寸是否存在矛盾、冲突的情况，从设计的源头保证工程质量，减少施工过程中的变更，确保施工顺利进行（见图4）。

3 基于BIM数据库的公路交通安全设施应用分析

3.1 提高设计效率

交安工程作为公路设计中的重要部分，与其他专业间的配合与协调将直接影响总体设计质量和进度。BIM技术的本质即是以三维环境为驱动的模型信息化传递，在协同设計平台上，基于道路、桥梁、隧道等三维模型进行交安工程设计，直接利用公路交通安全设施数据库进行设施调用或参数化设计，实时增加、删除、调整、构建各类交安设施，并直接存储于协同设计平台。当某个专业进行设计修改，各专业间的设计过程和成果将直接在总体BIM模型上显示，实现了信息交互，能及时地对交安工程进行调整修改，无需对设施进行单独建模，提升了设计效能（见图5）。

3.2 设计可视化出图

传统的二维图纸因其局限性和片面性特点无法直观、准确地反映设计者的所有意图。一个标志牌通常都需要从标牌到杆件绘制多张不同的构造图，且容易造成尺寸信息的错误，这种错误往往难以被检查发现，造成施工阶段的材料浪费。

以建立精细化的龙门架标志BIM模型为例，基于BIM的可视化和碰撞检查技术，以任意面剖切投影为基础，补充标注和相关细节信息即得到详细设计图，生成图纸比人工根据平面投影关系手绘的更加准确便利[3]（见图6）。

3.3 三维可视化及施工仿真模拟设计交底

BIM技术作为一种可视化程度很高的工具，包含了对象的几何、物理、功能等信息，加上集成各类模拟分析软件，将极大扩展可视化模拟表现力[5]。通过交安设施BIM数据库在协同平台的总体模型上进行交安工程设计，完成后可采用BIM可视化模拟系统以使用者角度直观地进行检查，这样可使交安工程设计从传统的二维设计转变为三维模拟设计，从枯燥单调的检查方式转变为生动活泼的实景模拟检查方式（见图7）。

为避免在传统二维设计交底过程中信息丢失及因不同专业知识背景而造成的信息失误，交安设施BIM数据库通过建立数字化的参数模型，将项目相关信息服务于项目的设计、施工、运营全阶段。基于具有完备构造信息的BIM模型，设计方可利用BIM技术的可视化优点进行三维设计交底，不仅在设计过程中可以避免信息的丢失，而且在向施工人员进行交底的时候可以保证信息的完整性和准确性，从而确保工程的质量。

在三维模型的基础上若加入时间因子，则可拓展为4D模型，从而进行施工工序仿真模拟。在可视化设计交底的基础上增加施工工序模拟，能更为直观、生动地传递设计思路，加强各参建方的沟通协调，对保证项目的品质具有十分重大的意义。

4 结语

本文基于BIM技术，思考传统二维设计中关于交安工程部分设计的不足与缺陷，提出建立公路交通安全设施BIM数据库的构想，将BIM技术的优势和特点应用于交安工程，以期为交安工程设计者们提供更为专业的全过程信息技术服务。

通过对公路交通安全设施BIM数据库的思路构架及应用进行分析，突出了BIM技术的参数化、可视化、协同性、仿真性、模拟性等优势。基于BIM技术的公路交通安全设施数据库资源的合理管理和利用将大幅提高设计效率和设计质量。虽然数据库的构建将是一项巨大、复杂、持续的工程，但对于交安工程设计而言具有十分重要的实用意义。

参考文献：

[1]National Institute of Building Science.National BIM Standard-United StatesVersion3[EB/OL].https：//www.nationalbimstandard.org/buildingSMART-alliance-Releases-NBIMS-US-Version-3.2015-07-22/2016-06-14.

[2]戴 玮，郑 岗.基于BIM技术的三维数字化桥梁设计与管理[J].工程与建设，2014，28（6）：724-726.

[3]彭栋宇，陈建国，杨丹珩.建筑业信息共享技术研究现状与应用分析[J].建筑经济，2010（10）：18-22.

[4]交通部公路科学研究院，等.公路交通标志和标线设置手册[M].北京：人民交通出版社，2009.

[5]殷爱国，刘明辉.BIM技术在交通领域应用分析[J]，土木建筑工程信息技术，2015，7（6）：113-116.