BIM技術(shù)在高速公路交通安全評(píng)價(jià)上的應(yīng)用研究

王潤(rùn)澤　胡志勇　徐贊

摘 要：本文利用Civil 3d軟件能創(chuàng)建公路模型的功能，在創(chuàng)建曲面、縱斷面、路線的基礎(chǔ)上，公路模型自身也會(huì)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)更新的特點(diǎn)。不僅能達(dá)到提高效率、控制成本的目的，而且可以將項(xiàng)目管理變得更加細(xì)致。隨著科技的不斷進(jìn)步，高速公路建設(shè)面臨的挑戰(zhàn)也日益增加，公路交通安全更是重中之重。從而對(duì)公路進(jìn)行安全性評(píng)價(jià)也變得尤為重要。BIM在近幾年的行業(yè)發(fā)展中不斷的進(jìn)步，技術(shù)也更加的成熟，在公路交通安全設(shè)施安全評(píng)價(jià)的應(yīng)用上的作用也越發(fā)的明顯了。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);Civil 3d軟件;Autodesk;安全評(píng)價(jià);公路模型

1 公路安全性評(píng)價(jià)的概述

公路技術(shù)安全評(píng)價(jià)是站在公路使用者的方向，按照特定的規(guī)則順序，采用特定的方法定性并且定量的方式，對(duì)公路技術(shù)安全進(jìn)行全面、系統(tǒng)的分析和評(píng)價(jià)。在公路運(yùn)輸行業(yè)中，也稱為公路安全評(píng)價(jià)或行車安全評(píng)價(jià)[1]。

公路安全評(píng)價(jià)的中心思想是預(yù)防為主，以預(yù)防為根本改造為輔助的基本規(guī)則進(jìn)行的。對(duì)可能發(fā)生的事故作出提前的預(yù)判以及處理，從而達(dá)到提高高速公路安全的目的。通過本項(xiàng)目的安全評(píng)價(jià)，可以進(jìn)一步落實(shí)建設(shè)單位和勘察設(shè)計(jì)單位為改善公路安全所作的努力，對(duì)保證和改善公路安全具有重要的積極意義。

根據(jù)《公路項(xiàng)目安全性評(píng)價(jià)規(guī)范》（JTGB05-2015）對(duì)交工驗(yàn)收階段安全性評(píng)價(jià)方法的規(guī)定，本次評(píng)價(jià)必須要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地踏勘和實(shí)地駕駛，才能對(duì)整個(gè)清單進(jìn)行必要的規(guī)范的安全檢查，使其結(jié)果得到肯定。

2 BIM在交通安全設(shè)施安全性評(píng)價(jià)的作用

2.1 Civil 3D軟件的應(yīng)用

目前廣泛使用Autodesk平臺(tái)的Civil 3D軟件進(jìn)行高速公路的BIM建模。Civil 3D有相當(dāng)強(qiáng)大的功能，在公路安全方面最直觀的功能便是三維數(shù)字地形模型。 而利用數(shù)字地形模型，可以更清晰、快速、精準(zhǔn)的繪制縱橫斷面圖、對(duì)尚未發(fā)生的地理圖形進(jìn)行提前的預(yù)判，及時(shí)的發(fā)現(xiàn)問題。 同時(shí)Autodesk Civil3D還整合了3D Map、CAD 等多種軟件，并具有范圍更廣的項(xiàng)目管理功能，為公路施工工程可能發(fā)生的安全隱患提供了完整的解決方案[2]。

Civil 3D中的曲面是該軟件基礎(chǔ)核心部分。在真實(shí)的施工過程中可以用原始地形點(diǎn)直接生成原始地面的數(shù)字三維模型，在地面模型上我們可以更直觀的進(jìn)行規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工等一系列的操作。而且與原本的圖紙相比，曲面更加具有動(dòng)態(tài)鮮明的特點(diǎn)，當(dāng)其被修改時(shí)，便可以自動(dòng)重新的構(gòu)建不需要人為操作。

公路模型是 Civil 3D 中的最新的強(qiáng)大功能。它能夠直接設(shè)計(jì)出公路所需要的曲面、路線和縱斷面，然后創(chuàng)建出更真實(shí)的公路模型。 就像 Civil 3D 中的其他對(duì)象一樣，如果修改了與本工程相關(guān)的曲面，或是更改了原有的路線或縱斷面，公路模型自身也會(huì)隨著更改作出相應(yīng)的調(diào)整[3]。

所有專業(yè)技術(shù)指標(biāo)均采用人工計(jì)算，計(jì)算精度低，工作比較多，需要多專業(yè)進(jìn)行配合，工作時(shí)間也相應(yīng)的變長(zhǎng)了。將BIM技術(shù)與公路工程安全評(píng)價(jià)相結(jié)合，提出并量化了各行業(yè)安全評(píng)價(jià)的關(guān)鍵指標(biāo)，更加客觀、清晰地闡明了各職業(yè)安全指標(biāo)的權(quán)重，為決策者提供了依據(jù)決策依據(jù)。并為設(shè)計(jì)人員提供更加直觀的方法，從人來評(píng)價(jià)變成系統(tǒng)評(píng)價(jià)，傳統(tǒng)和BIM技術(shù)的結(jié)合提供了一個(gè)更加廣闊的思路[4]。

2.2 結(jié)合思路分析

2.2.1 運(yùn)行視距的安全分析

線路視距是保證行車安全的設(shè)計(jì)指標(biāo)，也是公路建設(shè)的強(qiáng)制性規(guī)范。路線上的車道應(yīng)具有足夠的視野，以便駕駛員能夠在第一時(shí)間對(duì)危險(xiǎn)作出應(yīng)對(duì)，增加了行車的安全度。在公路規(guī)范中，高等級(jí)公路的可見性采用停車視覺距離并且對(duì)二級(jí)高速公路的視距進(jìn)行了行車安全視距分析并提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)手法是無法與安全相結(jié)合的，公路定向的幾何施工指標(biāo)僅滿足規(guī)范要求，但是很可能對(duì)安全方面會(huì)產(chǎn)生一定的忽視，從而安全問題發(fā)生的概率大大增加了。

公路空間視距計(jì)算模型：

如圖1所示，以p1為駕駛員視點(diǎn)，遠(yuǎn)處路面最左側(cè)目標(biāo)點(diǎn)為p2，最右側(cè)目標(biāo)點(diǎn)為p3，構(gòu)成視線三角面。將公路模型中任意一塊或幾塊曲面進(jìn)行離散，在通過計(jì)算，便可以在沒進(jìn)行實(shí)際操作的情況下得到理論上比較可靠的空間視距，具體過程便不做詳細(xì)說明了[5]。

BIM行車視距的分析模塊：

通過對(duì)結(jié)果的分析，作出了BIM瞄準(zhǔn)線分析模塊。利用應(yīng)有的設(shè)計(jì)資料創(chuàng)建三維的公路模型。根據(jù)車速的空間視距模型，從視距的較低路段開始，消除可能發(fā)生的安全隱患。見圖2。

2.2.2 邊坡穩(wěn)定性分析

高速公路最重要的便是邊坡的穩(wěn)定性分析、深厚路塹邊坡穩(wěn)定性分析、高填方邊坡穩(wěn)定性分析和陡填方邊坡穩(wěn)定性分析。BIM技術(shù)可以快速提取邊坡開挖和填筑前后的剖面數(shù)據(jù)，也可以從三維地質(zhì)模型中提取沿線滑坡的剖面數(shù)據(jù)，對(duì)邊坡的穩(wěn)定性及其安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)[6]。

2.2.3 長(zhǎng)陡下坡路段安全性分析及工程實(shí)例

大型載重汽車由于重量比較大，制動(dòng)對(duì)汽車的損耗比較大，所以頻繁制動(dòng)會(huì)帶來一定的安全隱患[7]。因此，長(zhǎng)陡下坡路段的安全分析是公路工程安全評(píng)價(jià)的關(guān)鍵內(nèi)容[8]。

長(zhǎng)陡下坡界定標(biāo)準(zhǔn)：

現(xiàn)在，國(guó)內(nèi)外的學(xué)者，作為安全性的分析方法，長(zhǎng)期使用急斜面的汽車用剎車鼓的溫度性能分析。在剎車測(cè)試中，測(cè)量在下坡的各種工作條件下剎車鼓的溫度變化，計(jì)算車的剎車距離和剎車鼓的溫度之間的關(guān)系。將工作速度納入貨物制動(dòng)溫度模型中，對(duì)水平和垂直的安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了綜合研究。本文結(jié)合能量守恒定律和傳熱理論，開發(fā)基于BIM技術(shù)的長(zhǎng)期緊急剎車性能分析模塊?？紤]到汽車剎車鼓溫度變化引起的側(cè)線位置調(diào)整，通過動(dòng)作模擬分析各種氣象條件下側(cè)線位置調(diào)整的合理性和設(shè)計(jì)參數(shù)。

BIM應(yīng)用工程實(shí)例：

BIM系統(tǒng)研究的核心就是對(duì)程序的語言算法進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)工作，所以它對(duì)系統(tǒng)的工作性能和最終結(jié)果的準(zhǔn)確性起著至關(guān)性的作用。公路工程的安全評(píng)價(jià)系統(tǒng)包括多種運(yùn)算方法，但重中之重仍然是長(zhǎng)大縱坡算法。該算法的主要方式還是利用能量守恒定律來模擬熱衰減過程，從而發(fā)現(xiàn)連續(xù)下坡路段的安全隱患。能夠準(zhǔn)確的確定長(zhǎng)、陡、連續(xù)下降的位置和長(zhǎng)度[9]。

（1）連續(xù)長(zhǎng)坡下坡算法首先需檢驗(yàn)路段平均縱向坡面，平均縱坡按公式（1）計(jì)算：

（1）

公式中為平均縱坡，L為路線長(zhǎng)度m，H為兩端高差m。

變速制動(dòng)器溫度模型按公式（2）計(jì)算：

（2）

其中，

通過對(duì)道路BIM技術(shù)的研究和系統(tǒng)的應(yīng)用，將PowerCivil建立的道路模型作為載體，自動(dòng)分析設(shè)計(jì)文件，預(yù)測(cè)行車速度。通過行車視距空間分析、小半徑自動(dòng)識(shí)別、折返、隧道入口等方法，對(duì)汽車制動(dòng)鼓溫度、線路平面、縱斷面、橋梁、隧道等指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算和評(píng)價(jià)。對(duì)于互通式立交匝道視距較小的區(qū)域，應(yīng)根據(jù)各階段安全評(píng)價(jià)的重點(diǎn)，科學(xué)制定安全評(píng)價(jià)報(bào)告的結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)的公路行業(yè)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法相比，公路項(xiàng)目安全評(píng)價(jià)體系更直觀、有效、實(shí)用，減少了“錯(cuò)、漏、錯(cuò)”現(xiàn)象。只有在不斷的減少人為客觀因素的參與，人為因素造成的“碰撞和缺陷”，讓系統(tǒng)自動(dòng)的客觀的來預(yù)測(cè)可能發(fā)生的問題、安全隱患、危險(xiǎn)狀況，才能更加系統(tǒng)的、更加具有針對(duì)性的得出解決方案。BIM技術(shù)對(duì)高速公路安全運(yùn)營(yíng)的積極作用逐漸顯現(xiàn)。

3 結(jié)論

公路安全評(píng)價(jià)的重要性毋庸置疑，“公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”越來越受到企業(yè)的重視。高等級(jí)公路路面不僅參考了這一標(biāo)準(zhǔn)，而且普通路面也越來越受歡迎。在安全要求日益被重視的今天，人工計(jì)算已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代的安全需求?，F(xiàn)代安全觀念不斷更新和發(fā)展，從安全設(shè)備和安全生產(chǎn)管理到設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行和維護(hù)全過程的管理和控制。過去的各種技術(shù)概念和方法必須與BIM相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)我們盡快成為交通強(qiáng)國(guó)的宏偉愿景。

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