基于BIM的公路勘察设计系统平台建设

基于BIM的公路勘察设计系统平台建设

王迪

潍坊滨海经济技术开发区交通运输局山东潍坊262737

摘要：进入21世纪以后，我国公路交通建设发展迅速，取得了很大的成就，为生产生活、人们出行等提供了方便。随着我国现代化进程的不断推进，高速公路正朝着现代化、智能化的方向发展，这对高速公路的勘察工作，也提出了更高的要求。因此，在公路勘察设计中，需要解决三维模型标准化的建立和共享问题，将BIM技术与公路勘察设计相结合，是实现共同发展目标的手段之一。

关键词：BIM；公路勘察设计；模型建设

引言：随着我国经济发展，人们生活水平不断提高，百姓对于生活质量的要求也越来越高，在建筑方面的需求更是如此。BIM技术应运而生，BIM技术的有效运用能够将复杂的问题简单化，在公路勘察设计中，具有不可忽视的作用。因此被广泛地应用到各个领域中。基于此，在接下来的文章中，将围绕基于BIM的公路勘察设计系统平台建设方面进行详细叙述。

一、公路ＢＩＭ三维模型建模分析

（一）公路三维模型的建模要求

公路项目的全寿命周期BIM中，BIM应用在公路设计阶段就开始介入。勘测设计阶段建立的BIM高速公路三维模型应能适应于选线、初测、施工图设计要求，并尽量满足未来业主在施工、运营、养护管理阶段对可视化管理的BIM应用，达到借助BIM三维模型的可视化特性提高与项目相关利益方的沟通、理解程度与项目设计效率的目的，避免在公路全生命周期中反复重建同一条公路的三维模型，将BIM模型用途最大化。现阶段受限于公路BIM应用的成熟度与深度，设计阶段尚难以建立能满足公路全生命周期全部多样化任务用途的理想化公路三维模型，但可采用分级建模方式如LOD，尽量满足不同任务的用途。按公路设计项目在空间上呈带状分布、点多线长的特点，可根据BIM模型的应用任务建立多级别模型，涵盖模型的几何及属性信息。建模要求建议包括：第一，满足选线设计与宏观管理需求：建立DEM／TIN模型，主要展示工程走廊带自然环境，如地形、地质、地貌、生态、经济等；建立简化的公路三维模型，突出路线总体规划及设计方案，如道路、桥梁、隧道、服务区等，或者以２D形式来展示；能以模型颜色或其他属性的变更，满足如施工进度管理等四维（时间维度）展示要求。第二，满足详细设计沟通需求：根据路线方案设计自动生成中等细节程度三维模型，其道路及机电设施模型的外观、细节等可来源于标准的自有公路设计三维模型库，各部分三维模型能根据设计方案变更快速重建，与项目地形、地质三维模型无缝融合，充分满足项目设计方、业主方的沟通、交流要求。

（二）数据建模方法

公路工程的勘测设计工作对象主要是新进行修建的公路和进行扩建的旧公路，其需要勘测的信息主要有地形、地貌、地质条件等。在勘测改建公路的时候还需要特殊考虑到原有道路和桥梁建筑。虽然现在我们国家的公路勘测设计工作中建设的三维立体模型，还达不到满足公路工程建设全过程管理的标准，然而如果利用LOD的分级建模要求进行分析，也能够有效避免一些重复建模的情况。在勘测设计工作完成以后的建筑信息模型应用中，主要就是对模型的一些细节进行丰富。在实际的建模工作中，公路工程的建筑信息模型可以来自于实际的野外勘测或者是三维标准模型库中。在现有的技术条件之下，利用计算机CAD技术和勘测技术，能够很好的将公路工程走廊带和一部分已经建成的道路三维模型构建出来。而路线设计方面，路基三维模型的自动化建模现在已经成熟，能够利用在建筑信息模型中。另外，对于地形情况的处理和对已经存在的道路信息进行分辨的时候能够应用的手段主要有3种。第一，高分辨率卫星测量。以0.5m或者是更高的地面分辨率的卫星进行立体化测量，能够对施工地点周边的地形进行有效的反应，把卫星影像作为参照，可以模拟出地表的纹路；将卫星影像遥感用在对地质灾害分析上，对山体滑坡、泥石流以及滑坡等一系列的地质灾害进行三维模型的构建。利用卫星进行测量的方法得到的DEM，具有覆盖面大、数据信息准确、条目类型多的优势，用在公路勘测设计工作中具有极强的可行性，对公路地形进行监测、对地质条件进行分析、对建设线路进行选择都是经过实践证实的；第二，航空摄影测量。这种测量方式所能够达到的地表采集宽度比卫星测量稍小一些，其测量精度也是比较可观的，在DEM建模中能够很好的保证建模准确度。如果比例尺在1：2000的情况下进行DEM建模可以为公路设计的初步阶段提供支持；第三，三维激光测量。三维激光测量技术相对于上述2种测量方法更具有优势，其自带三维坐标，激光能够很轻易的将地表覆盖的植被和障碍物穿透，采集速度非常快并且能够精准的完成定位，不同的采集点之间距离比较小，另外其探测到的数据在传回进行处理的时候需要的时间也比较少，将三维激光测量利用在公路三维建模中是一次成功的尝试[1]。

二、勘察设计阶段BIM应用实践

在我国某地区高速公路路线里程约191ｋｍ，沿线共有17座互通，具有纵向分段、横向分期修建，建设形式多样，路况复杂，交通量大等特点，改扩建实施难度高，技术复杂，工期紧张。项目采用机载激光三维测量获取既有道路的地表信息，并进行了公路BIM可视化应用。在测量过程中，采用Bell206直升机以760、260ｍ不同航高（分别采集设计走廊带及老路路面）进行机载三维激光测量数据采集，总共飞行约29ｈ，获取了高速公路高精度三维地表信息。部分区段亦采用车载三维激光测量设备以公路BIM应用试验为目的获取了道路构造物、基础设施信息（如桥梁、标识标牌等，未纳入项目BIM设计应用）。所有激光点云、DOM数据均采用相同的平面坐标系，激光点云高程采用的1985国家高程基准；项目完成高密度地表激光点云及数字正射影像的数据处理后，基于采集的激光点云和DOM，建立了1∶5000中比例尺、1∶2000及１∶500大比例尺的多级分辨率DEM模型，用于公路设计路线方案比选、路线初步设计等；精细模型主要包括老路路面、桥梁的三维激光点云模型（含激光点云强度模型）。生成的三维模型及0.2ｍ分辨率的彩色DOM在AutoCAD环境下共享给路线设计人员，其中设计部分的激光点云模型数据量约686．5Ｇ，DOM数据量约113Ｇ。不同比例尺的DOM模型在Ｂｅｎｔｌｙ平台下导入后可进行三维可视化展示；在详细设计流程中，设计组人员以路线桩号为索引，根据桩号下载相应的地形数据获取老路路面信息，以及自动提取生成的既有路面车道标线，并根据下载的数据信息直接生成横断面三维地面线，进行纵横断面设计。设计成果可随时共享浏览，并导入到AutoCAD软件中。通过应用，项目设计单位实现了在三维可视化平台下直接基于３Ｄ产品、三维激光点云数据完成了施工图协同设计，在新老信息类型数据接口兼容、设计信息共享、模型三维可视化管理等方面积累一定的设计经验，为设计过程中与业主单位的可视化交流提供了新的技术手段，并在项目中逐步建立了公路ＢＩＭ勘察设计阶段的高速公路相关三维模型族库。

结论

文章主要围绕BIM的公路勘察设计系统平台建设方面进行分析，希望能给相关人士提供参考[2]。

参考文献：

[1]马智亮.BIM技术及其在我国的应用问题和对策[J].中国建设信息，2012（4）.

[2]何关培，李刚.BIM应用将给建筑业带来什么变化[J].中国建设信息，2013（2）.