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基于BIM的公路勘察设计与实践周修波

发表时间：2020/12/18 来源：《基层建设》2020年第24期作者：周修波

[导读] 摘要：随着我国的经济发展，公路桥梁建设速度加快。

        陕西中霖集团工程设计研究有限公司陕西省西安市 710000
        摘要：随着我国的经济发展，公路桥梁建设速度加快。由于BIM技术的出现，有效实施简化了一些勘察设计的问题，并在设计、执行和监测方面发挥了不可替代的作用。因此，BIM技术被广泛的应用于所有的领域。本文介绍了BIM技术与高速公路勘察设计的组合分析。在实际探索中，提出了协同设计的要求，特别是能够很好的协助我们的公路勘察设计工作。
        关键词：公路；BIM；勘察设计；应用
        一、引言
        BIM在国内外建筑行业已广泛应用。通过将BIM模型应用于相关的技术和非技术任务，在建设项目的策划和规划上面，在勘察与设计上面，施工和监督、运营和维护等所有方面都具有非常高的价值。改善了任务的效率和设计施工的质量，并最终提高了整个建设施工的效率和质量。例如，利用BIM进行能源消耗分析，协调设计和建造，紧急维修设备等，由上海632M中心实施，将BIM应用于虚拟建造，并由深圳金融中心管理项目模拟施工，同时我国的住房城乡建设部对于相关的技术标准也在筹划中。
        二、公路BIM三维模型建模分析
        2.1公路三维模型的建模
        在道路公路设计阶段应用BIM是项目整个生命周期所需的。公路在测量设计阶段开发的BIM高速公路三维模型应符合选择线、初步测量、建筑计划和BIM应用程序用于用户的视觉管理。
        目前，仅限于公路BIM应用程序的成熟度和深度，在设计阶段尚不不能够完善的设计一个理想的公路三维模型，以满足公路在整个生命周期内用于各种目的的所有用途。但可以为不同的公路采用分阶段的建模方法，例如LOD模型Ches.Des剖面图根据BIM模型的应用任务、几何信息和属性进行。
        2.1.1满足选线设计与宏观管理需求
        建立DEM TIN模型，以代表项目走廊的自然环境，如地形、地质、地貌、生态、经济等；建立简化的三维高速公路模型，以路线的整体概念，如道路、桥梁、隧道、服务区等。突出显示或以二维形式显示在能够更改模型颜色或其他属性，使其满足四维（时间维度）显示要求。
        2.1.2满足详细设计沟通需求
        根据路径的设计可以自动生成一个中等细节的三维模型，其外观、细节等可从标准路径设计数据库中检索。三维模型的每一部分都可以在与项目地形、三维地质模型充分结合的情况下，根据设计者的通信和通信需要迅速地重新构造，足以满足更方要求。
        2.1.3重要工点地区细节建模需求
        为桥梁、隧道等区域设计三维微型模型的设计，可以显示建筑的基本部件和详细的程度和特性，增加了设施模型的精准度，满足了通信和通信的需要。为后续的设计及随后的工程建设、质量控制、成本控制等提供了便利的条件。
        2.1.4多任务用途的模型属性需求
        除了三维模型的几何信息外，还可以添加关于模型特性的具体信息，可以包括道路的基础设施参数，如路面、栅栏、道路基础设施的相关信息等。可用于日常的道路设计。当然为了满足成本控制和质量的管理，还有信息支持等各个方面的具体需要，设计、建造、运营、养护管理等都需要满足。
        2.2数据建模方法
        2.2.1高分辨率卫星测量
        利用地面分辨率为0.5米和更高的卫星图像立体图，可以模拟三维地形，并利用卫星图像形成地理。直观的，丰富的，适合于地形、地质、生态、情景比较和最初的道路设计应用。
        2.2.2航空摄影测量
        地面采集的宽度小于卫星图像的宽度，并且能够满足在比例尺大于1:2000时在公路建造中DEM模型的需要。
        2.2.3三维激光测量
        三维激光测量技术具有诸如激光点的三维坐标、植被穿透力、准确性、速度、采集点的间隔等特征，同时还具有移动性、灵活性和数据处理的短时间。

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适于三维模型道路，从各种应用平台获取三维激光测量信息；最高层可以提供任何几何信息角度空载和汽车载量测量平台可以安全和快速地测量而不干扰交通。如果在现有公路上安装了地面检查站道路扩建工程，机载激光测量的道路高度测量精度可达到S2cm，充分满足道路扩展设计的精度要求，并建立预三维模型顺式同时在AUTOCAD环境中使用了自动化的三维模型技术来产生三维的形成模型。
        例如在公路走廊中的隧道周围地层，使用了经过改进的钻探数据。方法学激光测量、高卫星测量航空分辨率和摄影技术可以收集地质色彩的数字图像，并丰富关于模型特性的信息，同时获得地球表面上的三维信息。
        三、勘察设计阶段BIM协同设计要求
        3.1模型空间坐标系统的统一
        建议三维模型，如DEM、道路设计三维模型和辅助运输设施使用统一的空间坐标系统，即用于地面勘测的平面和远程坐标系统，以便跟踪地面勘测。中国公路设计的现行做法，有助于分析模型碰撞的探测及随后的施工和运营管理。
        3.2满足道路模型的建模精度
        考虑到在中国公路改建和扩建项目中对测量、建造和保存管理的精确要求，建议现有的三维模型，如公路的路面的几何精密度，这样可以用于测量、建造和保存。目前，中国有能力通过三维激光测量技术满足建筑设计的精确要求，在以前是不可想象的。
        3.3模型的可视化管理
        BIM模型的几何、属性信息比CAD图形信息更加丰富，利用 Revit, Bently等软件进行BM应用二次开发时，信息组织应包含项目的所有几何和特性信息，并建议根据任务的不同需要，以简单、有效和丰富的方式对项目信息进行三维视图，在LOD分类模型的基础上，可视化是BIM的最重要价值。
        3.4专业BIM的协同设计
        数据的互操作性应当是为提供三维建模数据、数据共享和信息更新制定标准的核心，重点是优化数据设计过程。执行的成效在同一软件和硬件层次上，BIM的使用人员的能力水平，从现有路径设计软件到BIM设计软件的转换，从设计软件到工程管理和操作维护软件等。还应考虑到信息共享和兼容性，并建立一个信息共享和兼容性管理系统。维修标准化数据接口和模型交付标准，以改善BIM的转换和效率。
        四、基于BM的公路勘察实践研究
        例如，沿着总长50公里的公路有20座纵向桥梁，公路状况复杂，使勘察测量更加困难。此外建造时间更长，技术能力有限，妨碍了道路扩建工程的顺利进行。为此，BIM技术可以应用于高速公路的建造，从车载激光三维测量开始。为了获得对高速公路基本信息的全面了解，并通过视觉功能使信息更加可见为了提高道路信息的准确性还可以使用多个高空数据集来更好地调整扩建工程以适应当前的现实。某些公路地区，也可以使用车辆上的三维激光测量设备进行测量。这使得能够获得关于公路结构和基础设施的完整信息。
        数据采集完成后，利用数据定义相应的坐标系，并根据激光点云的高度数据确定1:50000和1:2000的比例尺，1:500等不同比例尺的模型，通过这些模型可以使高速公路设计更加直观和真实，可以实现针对不同的设计理念进行综合的比较，使高速公路的改建扩建维修维护等工程更加的科学和合理。不过需要注意在建立三维模型时，需要适当的人员跟根据不同的标准模型输入Bently的综合管理平台，以利用BIM可视化的特性特点在制定详细的改扩建的设计中使工作人员可以先行对路线的相应地形数据进行勘察和标记，根据标记在进行相应的校核，已达到准确性。针对横断面的三维基线，可以为公路的纵、横向线形提供坚实的依据。在完成整体的设计中还可以使用CAD图片软件，将设计情况展示出来传递设计的成果，实现设计成果的联合使用。
        五、结论
        鉴于上述情况，运输部门基础设施的质量正日益受到重视，并在一个全新的时代中得到考虑，公路的研究和开发也变得更加重要。我们的建筑工程的发展对国家建设非常重要。合理使用BIM技术可以保证整个项目的质量，作为道路研究的一部分。
        参考文献：
        [1]司维平.基于BIM的公路勘察设计与实践[J].科技资讯,2020,18(20):72-73+76.
        [2]曹啟昕.基于BIM的公路勘察设计与实践[J].智能城市,2020,6(11):39-40.
        [3]张军.基于BIM的公路勘察设计与实践探讨[J].建材与装饰,2019(02):270-271.