提升公路勘察設(shè)計質(zhì)量的BIM技術(shù)運用分析

擴建工程，論述了公路勘察設(shè)計的BIM技術(shù)特點，全面、系統(tǒng)地分析了公路勘察BIM的3D模型建模要求、方法、信息采集方式、協(xié)同設(shè)計要求等各方面內(nèi)容，實現(xiàn)了公路3D可視化設(shè)計及施工圖協(xié)同設(shè)計，對同類工程勘察設(shè)計具有較強的借鑒意義。

關(guān)鍵詞 BIM技術(shù);公路勘察;質(zhì)量;提升

中圖分類號 U412 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）12-0056-03

收稿日期：2022-05-20

作者簡介：林澤延（1983—），男，本科，工程師，研究方向：工程地質(zhì)勘察設(shè)計。

0 引言

公路勘察設(shè)計作為工程建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接決定工程質(zhì)量。提升公路工程勘察設(shè)計質(zhì)量，可保證公路工程建設(shè)質(zhì)量[1]。BIM技術(shù)可利用建筑工程基本數(shù)據(jù)信息，建立建筑結(jié)構(gòu)模型，利用計算機數(shù)據(jù)信息模擬系統(tǒng)，對建筑結(jié)構(gòu)的全部信息實施仿真模擬，在房建、公路、橋梁等建設(shè)工程領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用?；诠房辈煸O(shè)計質(zhì)量對公路工程質(zhì)量的重要影響，結(jié)合BIM技術(shù)在建設(shè)工程領(lǐng)域中展現(xiàn)的應(yīng)用優(yōu)勢，該文結(jié)合具體工程，對公路勘察設(shè)計階段BIM技術(shù)的運用展開研究，對提升國內(nèi)公路工程整體質(zhì)量具有實際意義。

1 公路勘察

公路勘察是項目建設(shè)前期，對公路沿線地質(zhì)、水文進行勘探測試作業(yè)活動，可揭露沿線土體結(jié)構(gòu)、水文信息，以便設(shè)計階段針對不良地質(zhì)、特殊巖土等，采取針對性技術(shù)措施?？辈煸O(shè)計單位多通過CAD二維模型建立公路勘察設(shè)計地質(zhì)信息，難以全面收集、整合現(xiàn)場勘測信息，勘察成果的準確性、時效性也相對欠缺。BIM技術(shù)克服了傳統(tǒng)CAD二維模型的不足，信息收集效率、準確性、全面性顯著提升，并能夠?qū)崿F(xiàn)可視化管理，有效保證公路勘察質(zhì)量[2]。

2 公路勘察設(shè)計的BIM技術(shù)特點

（1）可視化。在公路勘察設(shè)計階段，利用BIM技術(shù)，可實現(xiàn)互相交流、決策的可視化[3]。

（2）可協(xié)調(diào)性。公路工程勘察設(shè)計涉及諸多方面，需要多專業(yè)共同參與、多方協(xié)調(diào)，BIM協(xié)調(diào)性功能能對項目參與各方實施科學(xué)協(xié)調(diào)，結(jié)合協(xié)調(diào)信息，有效防止矛盾的產(chǎn)生。

（3）可模擬性。公路勘察設(shè)計階段，BIM系統(tǒng)能結(jié)合施工組織設(shè)計，對現(xiàn)場具體施工情況實施模擬，以制定出科學(xué)有效的施工方案。

（4）優(yōu)化性。BIM系統(tǒng)能夠提供詳細的公路勘察數(shù)據(jù)，包含公路線形、幾何、構(gòu)造等。利用BIM技術(shù)各類優(yōu)化功能，可解決公路設(shè)計、施工階段的難點問題。

3 公路勘察BIM的3D模型建模

3.1 公路勘察3D模型建模要求

BIM技術(shù)本質(zhì)上是利用一系列的數(shù)據(jù)化工具，將建筑自身信息、周圍信息數(shù)據(jù)化，建立建筑3D數(shù)據(jù)化模型的技術(shù)[4]。公路勘測3D模型建模，應(yīng)完整的吸收、反映工程勘測信息，符合道路設(shè)計、施工需求，具體要求如下：

（1）選線設(shè)計。利用DEM/TIN模塊實現(xiàn)對道路周邊景觀、地形以及地質(zhì)狀況等環(huán)境實施模擬，運用宏觀公路3D模型，對道路整體布局中的橋梁、隧道、休息區(qū)以及道路等設(shè)施進行突出展示，通過改變模型色彩達到施工進度3D模擬標準。

（2）細化設(shè)計交流。結(jié)合實際勘察線路，建立簡單的3D模型，并完成與工程地形、地貌的3D模型相互融合，滿足各參建方的互動交流需求。

（3）關(guān)鍵工序細節(jié)建模。針對道路全線的隧道、橋梁等關(guān)鍵部位應(yīng)構(gòu)建微觀3D模型，全面凸顯構(gòu)造物等關(guān)鍵物體，并在模型中增加橋梁、隧道等模型，能夠有效滿足公路施工質(zhì)量、安全、進度、成本管控要求，并確保滿足交通溝通要求。

（4）增加模型屬性信息。公路3D模型既具有幾何信息，也能增添屬性信息，具體屬性信息包含道路欄桿、鋪設(shè)材料等常規(guī)指標等，有效滿足了道路工程質(zhì)量、進度、成本的管控需求，并在一定程度上實現(xiàn)對道路維護、使用、施工以及管理環(huán)節(jié)的資源配置。建模層次見圖1。

3.2 多細度BIM數(shù)據(jù)建模方法

公路工程具有線路長、工程量大、作業(yè)范圍廣、分部分項工程多等特點，運用多細度BIM施工模型，可有效保證工程設(shè)計質(zhì)量，見圖2。其內(nèi)容主要包含三個層面，即橋隧段微觀模型、標段中觀模型、整體宏觀模型。橋、隧微觀模型，指對道路工程包含的橋梁、隧道等節(jié)點工程，進行精細化建模、管理;中觀模型具體針對路面施工各個標段實施建模與管控;宏觀模型針對整個道路工程施工的全過程進行建模與管控[5]。

道路宏觀模型中，將道路沿線橋梁、隧道、普通路基段，用不同顏色線段描述，概述道路宏觀信息;標段中觀模型，利用標段工程資料、進度信息等，建立標段所包含橋、隧、路的簡化3D模型，表征單個標段進度等信息;精細3D模型，根據(jù)項目詳細信息、詳細工程資料等，建立的橋梁、隧道、道路精細化3D模型，可精確反映具體單位工程詳細信息。道路宏觀模型、標段中觀模型、橋隧圍觀模型，共同構(gòu)成項目完整的BIM模型。

3.3 公路勘察道路信息采集方式

公路勘察道路信息采集方式主要包含下列幾個方面：

（1）衛(wèi)星測量：地形3D模型能夠借助衛(wèi)星圖像實現(xiàn)三維圖形構(gòu)建，地面構(gòu)造制作可通過衛(wèi)星測量完成;采用衛(wèi)星遙感技術(shù)，可快速、準確解碼、翻譯地質(zhì)災(zāi)害信息，建立災(zāi)害3D模型;也便于獲得范圍更大的DEM，數(shù)據(jù)更加多樣直觀，更加適用于公路地形[6]。

（2）3D激光測量：3D激光測量技術(shù)充分利用了激光技術(shù)、計算機技術(shù)、機電技術(shù)優(yōu)勢，具有穿透性強、數(shù)據(jù)處理速度快的特點;通過激光照射，可快速得到采集目標的三維激光點云，在實際應(yīng)用時可有效穿透植被等障礙，在公路3D建模中應(yīng)用普遍。通過不同測量平臺的3D激光測量信息見表1。

（3）小型設(shè)備運輸機低空測量;該技術(shù)在DEM、DOM數(shù)據(jù)采集中應(yīng)用較多，能夠最大限度地完成地面信息的收集和整理;通過車載3D激光測量，能有效完成對路面附屬結(jié)構(gòu)的信息收集和整合;通過地面3D激光測量，能夠完成各個位置地面物體的信息收集和整合。通過衛(wèi)星及激光測量技術(shù)，能夠科學(xué)有效的獲得地表物體表面的3D數(shù)據(jù)，并借助收集到的地表物體彩色影像信息，進一步豐富和充實模型屬性空間。

3.4 勘察設(shè)計階段BIM管線綜合設(shè)計要求

運用BIM技術(shù)，可將收集到的各專業(yè)數(shù)據(jù)，有機整合到工程BIM模型，通過3D模型實現(xiàn)管線綜合布設(shè)。

BIM管線在公路施工圖設(shè)計環(huán)節(jié)，實現(xiàn)管線綜合設(shè)計，可有效加快施工進度，縮短建設(shè)周期，降低施工成本。

3.5 勘察設(shè)計階段BIM協(xié)同設(shè)計要求

BIM技術(shù)通過3D公路模型，實現(xiàn)公路勘測、設(shè)計、施工信息的共享、轉(zhuǎn)換，保證了項目實施各階段的信息連續(xù)性，打通了項目參與各方溝通壁壘，有效提升了協(xié)同設(shè)計的科學(xué)性、高效性[7]。

（1）公路全壽命周期，勘察設(shè)計主要包含交通、橋梁、隧道、線路等多個BIM子模型，因此公路設(shè)計實現(xiàn)了由傳統(tǒng)2D技術(shù)向3D可視化模型的轉(zhuǎn)變，有效完成了各專業(yè)的協(xié)同設(shè)計，其工作的根本是模型可視化展示、信息精準化呈現(xiàn)。協(xié)同設(shè)計實現(xiàn)流程見圖3。

（2）統(tǒng)一模型空間坐標。設(shè)計階段，應(yīng)根據(jù)工程勘測資料，統(tǒng)一公路3D模型、DEM、沿線配套設(shè)施平面、高程坐標，保證空間坐標的統(tǒng)一性，便于對其實施模型交流檢測、研究和使用管理。

（3）模型建模精度。公路勘測BIM模型，以工程勘測信息、設(shè)計信息為建立依據(jù)，是工程勘測、設(shè)計的成果資料，模型精度應(yīng)滿足設(shè)計、施工精度要求[8]。

（4）模型可視化。BIM模型包含公路幾何信息、屬性信息、進度信息等項目信息，可通過Revit系統(tǒng)，將項目建筑、管道、設(shè)備協(xié)同設(shè)計，借助LOD分級模型，通過3D技術(shù)，能夠全面、高效地對各種要素信息進行可視化管理。

4 BIM勘察設(shè)計應(yīng)用實例

某高速公路改擴建工程，全長約201 km，沿線共設(shè)互通立交15座，該道路工程車流量大，結(jié)構(gòu)形式多樣，縱、橫向施工縫較多，地理環(huán)境較為復(fù)雜[9]。通過車載激光3D測量系統(tǒng)對路面基礎(chǔ)設(shè)施及附著物等重要信息進行采集，并通過BIM可視化技術(shù)對公路信息實施分析和處理，表2所示為公路BIM技術(shù)應(yīng)用地表數(shù)據(jù)采集信息。

信息采集測量時，DOM信息、激光點云平面坐標系一致，通過對采集信息進行分析、整理，建立DEM模型。通過對比不同方案DEM模型，對不同線路設(shè)計方案進行綜合比選、調(diào)整，使線路線形方案更適應(yīng)沿線地形特征。在DEM模型中，利用Bentley系統(tǒng)導(dǎo)入彩色DOM，完成公路信息的3D可視化顯示;設(shè)計師按照樁號獲取相應(yīng)的路面信息，最終獲得路面3D地表線，實施路面設(shè)計，并將設(shè)計效果傳送至CAD系統(tǒng)。應(yīng)用Bentley系統(tǒng)，結(jié)合橋梁、隧道精細化模型，實現(xiàn)公路BIM模型可視化設(shè)計。依托道路3D BIM模型，運用可視化系統(tǒng)，實現(xiàn)各專業(yè)協(xié)同設(shè)計[10]。

5 結(jié)論

該文結(jié)合某高速公路改擴建工程，研究了BIM技術(shù)在公路勘察設(shè)計階段的應(yīng)用。通過衛(wèi)星測量和3D激光測量等高端技術(shù)手段，構(gòu)建了某高速公路改擴建工程的BIM 3D模型，借助Bentley系統(tǒng)對模型信息進行細化，實現(xiàn)公路工程3D可視化設(shè)計及施工圖協(xié)同設(shè)計。同類工程在進行公路勘察BIM技術(shù)運用過程中，應(yīng)結(jié)合公路勘察3D模型建模流程、要求，合理選擇道路信息采集方式，保證信息采集、分析的質(zhì)量和效率，科學(xué)建立道路3D可視化模型，保證管線綜合設(shè)計質(zhì)量，提升協(xié)同設(shè)計效率。

參考文獻

[1]孫恒. 公路勘察設(shè)計中BIM技術(shù)的應(yīng)用[J]. 交通世界， 2021（34）： 84-85.

[2]周鋒. BIM技術(shù)在公路勘察設(shè)計中的應(yīng)用[J]. 四川水泥， 2021（6）： 259-260.

[3]單超. 公路勘察設(shè)計中BIM技術(shù)的應(yīng)用[J]. 交通世界， 2021（8）： 28-29.

[4]曹啟昕. 基于BIM的公路勘察設(shè)計與實踐[J]. 智能城市， 2020（11）： 39-40.

[5]龍小林. 基于BIM技術(shù)的公路勘察設(shè)計品質(zhì)提升方法研究[J]. 工程技術(shù)研究， 2020（1）： 204-205.

[6]魏青瑞. 新時代BIM技術(shù)在提升公路勘察設(shè)計質(zhì)量中的運用解析[J]. 運輸經(jīng)理世界， 2021（10）： 64-66.

[7]司維平. 基于BIM的公路勘察設(shè)計與實踐[J]. 科技資訊， 2020（20）： 72-73+76.

[8]陳旭飛. BIM在公路勘察設(shè)計中的應(yīng)用研究[J]. 交通世界， 2020（19）： 40-41.

[9]任娜娜， 周鵬光. BIM技術(shù)在巖溶區(qū)公路勘察設(shè)計中的應(yīng)用[J]. 低溫建筑技術(shù)， 2021（3）： 156-159.

[10]郭家芳. BIM技術(shù)在提升公路勘察設(shè)計質(zhì)量中的應(yīng)用研究[J]. 工程技術(shù)研究， 2019（24）： 211-212.