BIM技术在道路工程设计的实践

李婷婷

（中交公路规划设计院有限公司,北京 100000）

1 引言

传统道路工程设计依赖CAD、Card1等软件的工程二维建模设计，但道路工程涉及路面、路基、桥梁、隧道、立交等工程，各专业知识较差，二维图纸设计的成果存在一定不足，可能影响项目成本及投资[1]。道路工程设计应在满足安全性的基础上，将建设信息全面反馈给交通运输部门，将设计意图传递给施工方。通过BIM技术进行道路工程设计，可提高设计意图表达的准确性，弥补传统二维图纸的不便，为决策、设计人员提供更优的设计手段，也为推动道路信息化设计奠定基础。

2 BIM概述

BIM为建筑信息模型，是建筑数据设计、建设、运营的一项重要应用，其将建筑各个参与方集中起来，共享信息，更好地保障建筑质量[2]。GB/T 51235—2017《建筑信息模型施工应用标准》中，认为建筑工程中，对工程物理、功能特性数字化表达，并依据此设计施工的，称为BIM。BIM以数字化技术在计算机上构建三维立体模型，为道路工程设计提供一个信息库，为设计提供优质服务[3]。

3 BIM在道路设计中的应用

3.1 建模

建模是BIM应用的前提，利用道路的几何设计基础的数据及地形，构建出信息化的标准地面、道路、道路桥梁隧道等构件，之后以卫星、航空影像（GPS、GIS）支持，对影响模型进行贴图处理，提高数字模型真实性，营造虚拟化空间。

采用BIM信息软件，可高效制作出道路模型。例如，构建更新的交互平面道路口，也可利用软件的内部操作部件，构建虚拟的人行道、绿化带、沟渠、车道组件、红绿灯等。按照常用的设计规范设计好道路的各项交通标识、路面的标线等[4]。也可以按照各个地区的交通规范，创建出独特的部件。要确保施工图及各项标注都处于最新状态，与实际社会中的规范保持一致，以此便于道路工程设计人员进一步优化设计。

3.2 BIM+GIS

道路工程的设计主要依赖施工区域的原始地形、地貌数据，而传统CAD二维图纸设计中，针对部分长线条带宽道路，往往需要测绘支持，开展实地测绘，费时费力，测试完成后还需要以大量测绘点支持，制作地形图，设计完成需要对应设计人员有较强的空间想象力和理解能力，稍有差池，设计效果就不理想。此外，道路工程设计若遭遇大规模拆迁征地，将会出现大量不可控因素。有时设计实地环境复杂，需设计人员长时间开展野外勘察，针对项目建设需求，需出勘多次，极大地限制了设计效率的提高。

a城市某段高速道路合枞段设计中，按照项目特性及建设要求，采取无人机倾斜摄影方式获取实地数据，控制主线带宽左右各300m幅度，局部的工点位置也保证500m的幅度。以五镜头倾斜相机，沿线路设置满足1∶2 000的控制点位。

由于项目带状的特性影响，无人机采集到各项图片数据后，若直接采取空三分析建模，成功率较大，故采取重建大师软件计算数据，完成空三处理，构建出多角度的三维真实虚拟模型。该案例项目的施工复杂区域位于某互通立交，该立交和附近一高速相交汇，在枢纽区域以无人机摄影测量技术获取了高清的图像数据，简单处理后以GIS平台对当地状况以虚拟模型方式还原，再接国家84坐标系进一步控制模型误差，将最终的高度误差控制在“米”的级别，平面的误差控制在分米级别以内，实现数据的理想化精度处理，构建了实景模型。

以无人机倾斜摄影测量可及时勘查现场地貌，为后续拆迁征地提供数据佐证，也可及时生成高清地貌数据，为其他设计工作提供有力依据。之后采用Infaworks的GIS平台，将模型和一些三维设计模型综合集成起来，展开模型校核查验，并对道路工程中的环境设计开展可视化方案比对筛选。以BIM+GIS的技术应用，达到减少设计阶段的人工成本，也为后续的数字设计交付数据奠定基础。

3.3 道路工程的多专业设计校核

道路工程设计包含桥梁、涵洞、隧道等多方面设计，一些特殊的道路工程其涵盖设计专业也并不相同。传统设计工作在设计阶段结束后，仍然存在大量的设计改动及变更，流程较为复杂，影响最终设计对施工的指导效果。一些设计中的专业内容，如桥梁构件埋深、涵洞标高、道路高程等，无法精确定位，现场施工中还存在诸多不确定因素。故在设计当中应落实可靠的设计校核，提前发现潜在问题，规避设计失误，确保设计为施工提供的全方面指导。以a城市某段高速道路合纵段设计为例，其全线三维设计按照标段划分，选择Bentley平台结合2007版CAD三维平台建模，为简化建模过程，基于Revit平台工具再次开发，最后以项目集成平台，对各项BIM数据融合，提高模型功能性。

设计阶段利用实地地形及无人机摄影技术得到初步的BIM模型，设计人员考虑现场情况及道路建设要求，综合设计模型，以综合对比分析、路线限界校核、碰撞检测等方式提高设计校核质量。多阶段的设计同步开展专业的设计校核，有效规避设计失误、净空不足等。优化后的模型可为后续工程施工提供全面、准确的参数支持，避免施工中出现诸多设计变更。

3.4 构件编码的应用及拓展

BIM技术贯穿在道路工程设计、施工全过程中，BIM模型在设计施工再到道路运维，其模型数据参数传递、构建信息使用都是衔接各个时期BIM技术有效应用的方式，故设计阶段需做全面构件信息的编码。通过应用构件编码，可确保道路工程的不同阶段都可以获取统一化的模型参数，其功能要求、性能等都保持一致，构建一个高度集中的管理、应用数据过程。

BIM模型由诸多构件构成，储存及调用模型信息，需索引并区别构件编码。通过对三维模型中各个构件赋予构件编码，相关设计人员搜索编码，获取构件信息，道路工程量估计阶段，可针对不同构件对模型功能净量自动比对，提高估算结果的准确性，便于后期迅速了解需修改的构件。

4 结语

综上所述，在道路工程设计中应用BIM技术，可以看出工程设计的可靠性、安全性、时效性大大提高。目前，BIM技术在我国道路交通设计中应用越来越广泛，配套技术逐渐成熟，其推广应用是一项长期发展的过程。文章通过分析BIM技术在道路工程设计各个方面的应用，为更好地开展道路工程设计提供借鉴，也促进了新一代的数字化三维技术，为国家建设发展提供更好的应用。