基于BI M技术的公路勘测设计研究

苗成涛

（山东智行咨询勘察设计院，山东 德州 253078）

1 引言

新时期背景下，我国交通运输行业得到了飞速发展，公路工程建设要求也随之不断提高，为人们的日常生活、工作、出行等都提供了极大的便利，也逐渐成为提升社会经济水平的重要因素。在现代信息技术的支持下，公路建设逐渐朝着科技化、信息化方向不断发展，公路勘测设计作为其中的重要环节和步骤，得到了更多的重视，而BIM技术的科学应用有效解决了传统公路勘测设计信息交流不畅、设计成本较高等弊端，在提升公路设计水平和建设质量方面发挥了重要作用。

2 BI M技术在公路勘测设计中的应用

2.1 勘测环节的应用

在BIM技术和其他设计软件的联合运用以及支持下，能够同时完成多个任务，同时也能协调完成同一个任务，极大地提升了公路勘测工作的便利性和效率。例如，在经过外业勘测后，可对原始地形地貌的勘测数据信息进行汇总和编辑，实现勘测数据信息的科学管理，并构建地面实景。

2.2 设计环节的应用

2.2.1 平曲线设计

在平曲线设计的过程中，按照交点坐标以及常规设计方式，进行线路图的制作，着重强调对线路起点以及重点路段的设计，确保路线最优，并在此基础上对交点坐标进行合理调整。为保障线路图设计的合理性以及科学性，需要在Civil 3D软件当中对交点坐标进行合理调整，包括半径参数、线路直曲度等，并合理设置公路线路属性、百米桩等，明确线路设计标准。

2.2.2 纵断面设计

在成型的公路线路基础上，根据DEM定位信息生成纵断面图形，结合实际情况合理进行曲线样式、半径等设计，实际应用BIM技术进行设计的过程中，应采取人机交互模式，进一步确保设计的准确性与合理性。制作断面图时，需明确以下技术要求：

1）横断面测量应逐桩展开，施测宽度单侧应在40 m以上，挖方路段施测到堑顶20 m外的位置，测量过程中，应根据现场实际情况进行确定，同时高填方路段施测到堑坡脚20 m外的位置，沿河路段横断面施测宽度应至少为50 m；

2）主要测设内容包括百米桩、公里桩以及工点起终点等；

3）横断面测设间距应控制在5~30 m，要求每100 m测点应至少为3个；

4）工点范围内横断面测设间距应控制在20 m。

纵断面主要包括纵断面设计和地面线绘制，后者为地面线，主要负责显示指定线路的原始地形曲面高程情况，在BIM软件中属于只读对象。设计纵断面时，主要包括以下步骤：

1）访问纬地纵断面数据，调取纵断面设计信息，并运行相关数据；

2）在Civil 3D中创建纵断面对象，添加直坡段与竖曲线，然后绘制纵断面图。

2.2.3 横断面设计

高速公路横断面越复杂，利用Civil 3D软件进行设计的优势越发明显和突出，不仅可以随时对横断面元部件进行搭配，而且能实现数据信息的及时匹配和同步，充分体现了BIM技术的优势。在实际进行公路横断面设计的过程中，需要使用代码表示横断面中的点和线，将所有点连接起来形成的线，称为要素线，沿道路将要素线连起来形成的面，称为曲面。在Civil 3D软件中，部分代码及其实际意义见表1。

表1 部分代码及其实际意义

2.2.4 三维模型构建

完成路基路面模型构建后，需要在前期勘测相关工程设计信息，构建3D可视化模型，主要包括以下几个步骤：

1）参数提取：结合实际情况以及现有资料，对形成道路当中的各类元件参数的有效提取，为后续模型构建提供可靠支持；

2）参数化道路信息模型构建：将基本道路单元数据模型与行为模型进行有机融合，以此保障在公路设计过程中，模型能够根据设计与规划方案的变化进行同步修改，提升公路设计的便捷化与自动化；

3）建立数据库，开发JSJTY-EICAD软件的模型数据导出功能，并将其转换到数据文件当中，然后，将道路信息模型导入Revit软件中，构建完整的道路工程设计信息，以便后续设计过程中直接提取道路模型信息、工程属性等，减少不必要的设计流程，提高设计质量与效率。

2.2.5 技术应用效果

以山东某新建高速公路工程为例，该项目施工段长度为8.7 km，设计时速为200 km/h，项目途径城镇、立交桥，涉及高架桥施工，考虑到后续城镇发展建设，还需要在部分区段预留远期综合管廊空间。经过对项目工程的实地考察和分析发现，项目实施过程中，拆迁难度相对较大，而且需要保存周围部分景观，整体复杂程度较高，为保障勘测设计效果，需采用BIM技术以及相关软件搭建三维模型，展开全面协同管理。

在案例工程中，采用了Civil 3D软件以及航空摄影测量技术，完成了公路全线的三维实景建模，地形图比例尺确定为1∶2 000，基本等高距为2 m，然后进行三维激光扫描，将采集到的数据信息传输到BIM平台，有效还原现场真实场景，然后通过叠加现场勘测数据构建地层分布模型，将勘测结果真实、准确、全面地呈现出来[1]。实际勘测过程中，获取数据的精度要求见表2。

表2 数据精度要求

在案例工程项目勘测设计中，基于公路本身特点，设计内容相对更为复杂，应用BIM技术，能够实现对于地形、地貌实景图的真实、全面呈现，为公路设计提供良好支持，并在优化调整参数时，还能够同步进行模型更新，同时还能够有针对性地展开施工方法分析、深化设计，有助于提高设计过程的灵活度和便利性，保障工程设计方案的合理性。此外，BIM技术还能够为工程建设各参与方提供协同交流平台，实现多方主体共同参与，能够有效提高设计方案的全面性，合理进行设计深化，极大地提升了公路勘测设计的质量和效率[2]。

3 BI M技术在公路勘测设计中的应用要点

3.1 实现协同设计

在公路勘测设计中应用BIM技术，能够构建虚拟环境，有助于专家团队、建设单位以及其他参与方共同参与设计过程，在多方的协调配合下，能够确保在较高的工作效率下实现设计目标。同时，在现代激光扫描技术、测量摄影技术以及各类辅助性软件的支持下，BIM技术中的三维交互应用效果不断提升，通过建立完善的数据库，有效实现了对公路模型信息的管理和统计，项目各参与方能够在数据库中快速、便利地找到需要的数据信息，并结合公路模型对设计方案展开深入分析，提出合理的优化建议。而且BIM系统平台还能为协同设计提供查询、检查以及实时在线修改等功能，实现对于各方要求的合理叠加，并将设计内容和相关要求实施结果直接呈现出来，有效提高了信息传递、共享，以及设计方案审核效率，促使协同设计更加高效、合理。

3.2 可视化模型

可视化模型展示是BIM技术在公路勘测设计中的主要优势之一，通过对可视化设计模型的展示，能够使设计人员以及项目各参与方直观地了解设计方案的整体效果，而且通过对模型进行参数化处理后，还能实现模型与设计参数的同步更新，提升了方案设计的便利性，有助于实现多方案的科学比选。以某公路隧道断面方案比选为例，通过BIM技术能够实现对设计方案多方面数据信息的有效提取，包括工程量估算、空间关系体现等多方面，而且相应设计方案的构成以及对应关系更加直接，工程量输出更为便捷、快速、准确，能够为设计人员提供准确可靠的设计优化和改进参考，而且还能够对最终成果进行仿真展示，进而辅助进行方案决策。

3.3 碰撞检查

碰撞检查是BIM技术下，提高公路设计质量的重要措施，是以数字三维模型为依托，根据设计方案相关参数设置对公路设计方案进行的碰撞检测，能够实现在有限空间区域内，对工程建筑结构设计方案存在的问题进行高效检测，确定两个或者多个物体间在指定范围内是否存在重合或者交叉的情况，以免在后续施工过程中出现碰撞情况，需要重新进行方案设计，对工程质量、进度以及成本等造成不良影响。工程项目中的碰撞检测主要包括以下3种类型：

1）硬碰撞，指工程实体间的直接接触；

2）软碰撞，指工程实体间虽然未出现接触情况，但间距不满足相关标准要求；

3）重复项检测，指专业图元的重复检测。

可借助Navisworks进行碰撞检测，以此能够有效避免出现重复计算、设计质量低下等问题，对于保障工程质量、效率，降低设计变更概率有着积极作用[3]。

4 结语

综上所述，公路勘测设计本身复杂程度较高，为保障设计质量和效率，需要借助BIM技术，通过构建三维模型、实施碰撞检测等方式提高设计质量和水平，同时，还能实现对设计参数的实时变更和方案比选。在实际应用BIM技术进行公路勘测设计的过程中，应结合不同设计要求和系统性能，合理选择相应支持软件，促使BIM技术的优势与作用得到充分发挥，降低公路勘测设计的复杂程度，进而达到提升公路勘测设计质量与效率的目的，同时为公路建设贡献力量。