BIM技术在公路路线设计中的应用与探讨

李凯 邢昱

摘 要：结合321国道镇江戴家门至高资段改扩建工程设计中BIM技术的应用情况，展示了BIM技术在一级公路改扩建项目路线设计中的作用，在设计中取得了良好的反馈，值得其他项目借鉴和推广。

关键词：BIM技术;公路设计;路线设计;正向设计

中图分类号：U412.3 文献标识码：A

0 引言

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技术是在信息化发展中提出的一种创新工具与生产方式。我国目前在公路设计中仍以传统二维设计为主，随着时代的发展，工程规模日益扩大，设计难度增加，专业配合要求提高，二维设计的局限性逐渐成为制约公路设计发展的重要因素。BIM技术在公路路线设计中的应用，弥补了传统二维设计的不足，使得路线设计更加快捷、精细、合理。

本文以321国道镇江戴家门至高资段改扩建工程设计为例，以公路工程BIM系统软件为基础，详细介绍了BIM技术在公路路线设计中的应用，为以后类似的一级公路改扩建项目路线设计提供理论与实践依据。

1 工程概况

321国道镇江戴家门至高资段改扩建工程位于江苏省镇江市境内，是镇江快速路核心干线“一横”，是支撑城市发展的重要轴线。是宁镇扬一体发展的战略通道，促进南京都市圈融合发展的联系通道。

本项目沿线交叉口和搭接道路众多，机非混行和无信控横穿现象严重，项目区内环境复杂，设计难度大。项目全长14.2 km，采用主线+辅道的断面设置，设计速度100 km/h（辅道40 km/h），路基宽度52.5 m/48.5 m，主线桥3 005.86 m/5座，通道1座。

2 BIM应用

2.1 建立地形及路线控制点模型

本次地形图测量范围为312国道主线两侧各100 m，测图比例为1：2 000，同时完成区域内旧路、建筑物、高压线净空等地物测量。采用BIM技术对测量成果进行快速建模，利用模型复核并实地确认数据的准确性，验收测量成果。利用公开高程数据与GIS技术补全项目影响范围内未测量区域地形，完成地形模型创建。

利用路网大数据，对项目区域原有交通网进行快速建模。分析项目区域城镇现状布局、规划与拟建项目的关系和项目区域路网现状、规划与拟建项目的关系，并在模型中对城市规划内容与规划道路进行简单建模。

拟建线路区属为阶地、坳沟，剥蚀残丘交叉分布区，各地基土层的工程地质性质差异较大，工程地质条件复杂。对不良地质进行分类，对其影响程度进行评价，利用不同颜色等级在模型中进行标识。

本项目经过城镇区，部分城区目前两侧厂房、村庄较密集，同时项目区域河塘较多，沿线的环境敏感区主要是声环境敏感点、水环境点及大气环境影响，在基础模型中对环境敏感区进行分类，并对其区域进行标识。

利用模型分析影响路线走向的平面及纵面控制点，实地踏勘复核并对其进行精准测量，整理外业资料，创建控制点模型、在地形模型中整合，完成项目区域基础模型创建。

2.2 创建横断面土木规则

本项目采用主线+辅道的断面设置，与路基路面、防护、交安等相关专业设计人员深入交流，传统二维设计主要存在的问题有：①项目周边环境复杂，路线平、纵面控制因素较多，需分别对主、辅道进行路线设计，路线设计时无法直观观察主辅道间和项目与周边环境间的关系，出错率较高;②受用地限制，主、辅道间存在较多防护工程，路线设计时无法确认防护规模，需经计算确认，效率较低;③辅道主要承担主线沿线城市内部短距离交通出行，出入口较多，且需设置公交车站，辅道宽度变化较为复杂，无法准确确认放坡位置，设计精度较低。

针对传统二维设计存在的问题，结合项目实际情况创建横断面土木规则。利用创建的三幅路横断面模板，进行主、辅路路线设计时：①可同步生成三维模型，且自动完成主辅路间边坡及防护设计;②设置辅道变宽段后，三维模型可自动刷新放坡位置;③完成主线路线设计后自动生成辅道平、纵面控制线，指导辅道路线设计。

2.3 路线设计

本项目路线设计全线采用BIM技术，弥补了传统二维设计的不足，充分将路线设计意图表达，路线方案与周边环境更协调，与道路其余专业配合更合理，BIM技术在路线设计中的应用，不仅提升了设计效率，也保证了设计准确性，减少设计变更，避免资源浪费。

利用BIM技术，结合路线设计过程，在项目中的应用如下：

（1）利用BIM+GIS技术，运用建立的地形模型，进行地形、排水分析与光照模拟，确定路线的总体指标、排水方向和不同季节的光照情况。

（2）利用建立的基础模型与创建的三幅路横断面模板进行主线平、纵面设计。在平面设计过程中，控制点模型可映射到平面设计视口中，同时在纵断面视口，可实时观察平面线对应的地面起伏;在纵断面设计过程中，控制点模型可根据平面线垂直切面，在纵断面设计视口显示控制点模型剖面，在拉坡过程中，可实时在横断面视口观察道路的放坡;在调整线位时，平面视口、纵断面视口、横断面视口、三维模型视口都会根据调整同步更新，真正实现了平纵横总体设计，并可在四个视口中实时观察道路与控制点的关系，做出合理的路线设计方案。

（3）在主线设计完成后，进行辅道设计，主线为满足既有與规划道路净空要求，设计标高较高，辅道则需与地方道路平交，满足当地居民日常出行需求，设计标高较低，同时为了节约土地资源，减少拆迁，辅道平面需尽量接近主线道路，必要时利用挡土墙、路肩墙对主辅路间路基边坡进行收坡。利用三幅路横断面模板，在辅道平、纵面设计时，软件可自动根据主、辅路间的位置关系，判断并生成正常放坡、挡土墙边坡或路肩墙，并对结构尺寸较大的挡土墙和路肩墙进行标识，指导设计。

（4）根据实际情况，创建辅道加宽段与公交车站，软件自动更新放坡，检查道路模型与周边环境和控制点的关系，调整后完成路线设计。

3 总结与展望

BIM技术的发展，为公路路线设计提供了新方法与新思路，通过在实际项目中的应用，显著提高了公路路线设计效率与质量。随着BIM技术在公路领域逐渐走向成熟，设计也逐步实现自动化，相信在不久的将来，公路路线平纵横设计将不再是困扰公路设计人员的主要问题，任何设计意图在三维设计中都能得到充分的表达，转而基础设计资料的准确性和完整性将会是制约路线设计的主要问题。

参考文献：

[1]张万庭.基于BIM技术的公路路线设计分析[J].人民交通，2018（11）：60-61.

[2]孙建诚，朱双晗，蒋浩鹏.BIM技术在公路边坡的应用探究[J].重庆交通大学学报（自然科学版），2019，38（09）：66-70.