基于BIM的公路三维数字地形的建立

张易辰 王文虎

摘   要：BIM技术的应用在设计、施工、养护、运维均有重要作用，是新一代数字技术的代表。本文通过对工程可行性、设计阶段三维地形的建立使三维地形作为BIM技术应用的关键点承载着BIM可视化、分析、计算等工作从而体现出BIM技术的应用价值。

关键词：BIM技术  三维数字地形  公路设计

中图分类号：TQ174                                 文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）05（a）-0037-02

近年来随着国家对BIM技术的重视度不断深入，各项政策随着BIM在行业的应用也相继出台。2017年发布的《交通运输部办公厅关于开展公路BIM技术应用示范工程建设的通知》中明确要求公路项目设计、施工、养护、运营管理全过程开展BIM技术应用示范，或围绕项目管理阶段开展BIM技术专项示范工作。BIM技术在公路工程行业也迎来了大规模的应用潮。基于BIM模型最重要的就是三维地形，三维地形的应用能更直观的表达模型之间的相互关系为后续的设计、施工、养护、运维等提供支撑条件。

1  传统地形图与三维地形的区别

公路属于带状工程，路线长度短则数十米多则数百公里，传统的公路设计需在二维地形图进行公路选线设计。测绘部门提供的二维地形图主要以等高线、高程点为主，在平原及沿海等地势平坦地区等高线、高程变化不大，设计人员及业主可以较容易了解地势。而在山岭区域（山峰、盆地、山脊、沟谷等）等高线分布较密、高差范围较大，即使是有一定的识图经验的设计人员也需要细看多次才可了解地势从而设计;对无相关识图经验的业主，面对分布较密的等高线、高程点很难想象到地势的高低起伏，不能快速了解项目项目所在地情况，制约了方案的优化及创新思维。三维地形的建立就是将排列密集的等高线、高程点等相关信息通过技术手段转换为可视化模型，可以直观反应山脊、沟谷的地势，使设计人员及业主方项目所在地的情况一目了然，后期通过BIM技术可对道路、桥梁、隧道等在三维地形中开展设计工作。

2  设计阶段三维地形图的应用

2.1 工程可行性阶段

傳统设计需要向国土部门购买1：50000、1：10000二维电子地形图，测绘部门地形图多历史久远不能清晰表现当前的地理现状、构筑物等条件，同时购买地形图过程较长严重影响了前期规划方案的选线工作。而基于Infraworks平台创建工可阶段三维地形图，利用Infraworks软件中自带模型生成器快速下载项目所在区域的地形，下载的模型将会自动生成项目区域的道路、房屋、水域等模型。此外，利用地图下载软件分别下载项目区域的地形文件、卫星影像文件，在Infraworks中加载地形文件、卫星影像文件从而生成三维地形。

两种三维地形建立的方法各有利弊，Infraworks模型生成器的优点是其可直接在软件中下载、不用软件之间进行数据转换、下载的模型自动分类、可编辑（道路、建筑、水系等），缺点是下载区域受限制（200km2）、卫星影像、模型更新不及时、下载速度较慢。而软件的优点是下载速度快、卫星影像内容更新较快、可按需求下载不同精度地形、卫星影像，缺点是所有地物均在平面图片，无模型、道路信息不可编辑、地形生成需利用Infraworks导入。

2.2 设计阶段

初步设计、施工图设计阶段测绘部门需测绘1：2000地形图，提供等高线、高程点、构筑物、坐标系、高程系、中央子午线等地理信息。路线设计需将方案规划从小比例尺地形图转化在大比例尺地形图中优化。

而运用三维地形过程中，1：2000地形图能够精细反应项目所在地的地理信息，设计阶段将现有的1：2000地形图转换为三维地形图。

（1）在Civil3D软件中创建曲面，在曲面选项中分别定义1：2000地形图的等高线、高程点生成地形曲面。

（2）在地图下载其中下载该区域的卫星影像图片。

（3）在Global Mapper中纠正下载的卫星影像并保存为TIFF格式。

（4）在Civil3D中利用RasterTools插件选取卫星影像与测绘地形图中的共有点进行匹配。

（5）将Civil3D中卫星影像与测绘地形图的文件转换格式导入Infraworks完成三维地形建立。

（6）由于测绘单位对路线走廊带进行地形图测绘时测量范围受到局限性，测绘地形图范围较小，影响可视化范围，此问题可利用地图下载器下载大范围地形图、卫星影像，在Civil3D中将下载的地形、卫星影像与1：2000测绘地形图匹配，裁剪测绘地形图区域，将裁剪后的区域和测绘地形图区域在Infraworks中进行整合。两处地形叠加区域可在Infraworks软件中进行优化，通过三维地形的建立可进行三维选线设计，平、纵面的可观桥梁跨径布设，水流分析，交通模拟，视距分析等内容。如图1所示，为三维地形模型图。

3  倾斜摄影技术的应用

现阶段公路勘察设计仍主要依托外业测绘，存在测绘难度大、成本高、质量不佳、效率低等问题。以倾斜摄影技术为代表的实景三维建模分析技术具有自动化程度、真实还原度、空间精确度高等优势，同时与激光雷达技术等相比，在成本与耗时大幅度降低的前提下保证工程测绘需求，在实现快速获取高精度地形资料的基础上，使计算机能自动识别、处理地形资料，未来将更好地推动公路勘察设计领域的转型升级。

工程可行性、设计阶段通过倾斜摄影技术建立的实景三维模型可使设计人员方便了解区域概况，结合实景三维模型及相关影像进行勘察设计，征地拆迁、工程量统计、分析模拟，直观性和准确性均可得到大幅提升。如图2所示，为倾斜摄影实景模型图。

4  结语

以上方法在工程可行性、设计阶段可以灵活创建三维地形开展三维道路设计，同时提出倾斜摄影技术构建实景三维模型的应用。三维地形的建立在BIM正向设计应用中具有重要作用，是BIM模型建立的基础与载体，使设计人员更直观地了解项目地形，更方便、快捷、高效的进行设计工作。通过三维地形的建立可进行三维选线设计，平、纵面的可视化，桥梁跨径布设，水流分析，交通模拟，视距分析等内容。三维可视化可以使设计人员、业主审查人员和其他参与者更易理解设计意图，更易激发创新思维，提出改进方案，最大程度满足项目需求。

参考文献

[1] 梁才，覃延春.BIM技术在公路方案设计中的应用[J].公路交通科技：应用技术版，2018（3）：89-91.

[2] 黄骞，代成，张金梅.倾斜摄影技术在公路勘察设计中的应用初探[J].公路，2018（3）：170-174.