BIM技术在道路工程设计的应用

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摘要：为顺应新时代的现代化信息技术的发展需求，提高设计的效率及信息交流的准确性，苏州某道路工程在设计阶段创建bim+GIS电子沙盘及可视化平台；基于BIM技术的安全检查，主要体现在互通枢纽净空及视距核查、交通标志方案模拟安全检查、中央分隔带防眩模拟检查等；对预留预埋件进行三维一体化设计以及小箱梁正向设计等实现精细化设计。将BIM技术应用于该项目，为道路工程在勘察设计阶段应用BIM技术提供参考。

关键词：BIM技术；BIM可视化平台；安全检查及设计；精细化设计

1应用项目概况

苏州某道路工程路线起于吴江区七都镇，接已建的S230环太湖公路，向南跨越G50沪渝高速公路，继续向南在八都社区和震泽镇之间布线、上跨G318沪聂线、长湖申线（规划Ⅲ级航道），下穿待建沪苏湖高铁桥，在桃源镇西侧布线，止于苏浙省界，终点顺接待建的浙江段道路；其建设对进一步完善区域快速路网布局，加强苏浙城际交通联系，提升路网整体效益，推动长三角一体化发展，改善苏州西部地区交通出行条件，服务沿线旅游资源开发，促进区域经济社会发展具有重要意义。该项目位于苏南地区、经济发达、土地指标紧张、人均耕地少，经综合比选主线一般路段采用桥梁方案，主线桥梁占比达90.1%，工程规模大，工点密集，工程建设条件较复杂，以该复杂道路工程项目作为BIM技术应用的示范性项目。

2BIM可视化平台设计

2.1BIM模型的创建在初步设计阶段采用Infraworks软件建立BIM模型，在施工图阶段采用Catia软件建立BIM模型。初步设计阶段建模按照LOD200精度、施工图阶段建模按照LOD300精度。根据

建模标准建立项目全线模型，作为BIM可视化平台应用基础。同时根据地质测绘资料构建全线地质模型，通过可视化展示，辅助设计对不良地质进行判别。

2.2BIM+GIS电子沙盘创建

项目通过无人机倾斜摄影如图1所示、机载激光点云扫描如图2所示，多种技术生成周边最真实的GIS环境，在环境中体现了周边地物与道路的相对平面关系及高程关系，可用于展示现场实际情况。结合BIM+GIS的技术，形成道路全路线方案、桥型方案、互通布设方案的模型成果，在三维环境中进行可视化展示提升沟通效率。基于一体化的BIM+GIS基础平台还可实现全寿命周期的管理可视化。随着互联网技术的不断发展，在Web端展示BIM+GIS模型已成为BIM应用系统的主流需求，因此，对基于WebGL的BIM+GIS模型可视化方法研究是一体化BIM系统的基础。通过研究与开发实现对BIM模型数据Web环境中的轻量化展示。该项目实现了倾斜摄影、激光点云等GIS数据的融合展现。运用计算机图形学的相关知识，使用射线相交法、矩阵运算、轨迹球镜头控制等方法实现模型的交互，其中包括缩放、拖拽、旋转、场景漫游等[1]。将LOD优化算法引入WebGL技术中，使GPU渲染效果和渲染速度相对平衡。通过基于Cesium的三维模型网络服务研发，最终实现BIM+GIS模型的Web端可视化平台运行。在已有模型上添加准确、完整的设计信息，形成可视可查、可用的数字化设计成果，为跨阶段的数据共享提供基础。此外，该项目还开发了设计管理平台和踏勘用App，用于展示工程方案和周边控制因素，App的实现方便了现场踏勘数据的实时记录。

3基于BIM技术的安全检查及设计

在BIM模型的基础上，结合交通仿真，在设计阶段可有效地模拟道路建成后的交通运营状况，得到满足实际需求的交通工程，提高道路运营的安全性。

3.1互通枢纽净空、视距核查

充分利用模型的三维可视化特点，结合软件功能，行车漫游，对净空、视距等指标进行核查，避免部分匝道纵面控制净空不足的问题，同时验证道路是否存在视距不足、眩光影响等二维设计无法体现的设计要素。对于线形复杂匝道，建立高精度模型，对分合流鼻段进行车流模拟，空间视距分析，提前发现问题，提升设计品质。净空核查如图3所示，采用Fuzor软件的净高分析功能，视距核查如图4所示，采用Infraworks软件中的视距分析功能。

3.2标志标牌设计方案模拟

基于BIM技术的交通标志方案模拟，能全面直观地反映整个交通路段标志的实际情况，并能高效调整交通标志的模型参数和相对位置，及时反馈并修正设计方案，不但可以减少由于设计方案不合理可能对施工过程产生的影响，还能有效提升道路的管理和运行水平。在标志标牌设计中，须考虑醒目度、视角、观察角、观察距离及背景等因素，利用BIM软件模拟工程与周边环境的三维空间，通过驾驶模拟、漫游等形式提供身临其境的视觉、空间感受，及时发现不易察觉的标志标线设计缺陷或问题，减少由于事先设计不周而造成的损失，有利于设计与管理人员对设计方案进行辅助设计与方案评审。3.2.1技术要求及准备工作技术要求及准备工作包括以下3点：1）准备资料。道路平纵横设计图纸；交通安全设施设计图；带状地形图；倾斜摄影数据。2）道路、桥梁、交安设施严格按设计图纸进行1︰1比例建模。3）车辆视线及前灯光线高度按照相关规范要求。3.2.2建模范围建模范围如下：1）道路主体模型。按照设计图纸和现场实测资料进行建模，平纵线形严格按设计图纸，道路的宽度、坡度等与实际一致，新建道路模型根据设计进展情况进行更新链接。2）桥梁建模依据三维道路中线和地面线，建立下部结构单元和上部梁结构。3）周边环境模型可反映周边地形环境，位置准确，地形逼真，可使用倾斜摄影模型。4）道路上的交通标示线与实际一致，道路两边的指示牌及指示牌上的文字和颜色等与实际一致。5）车辆模型。主要考虑驾驶员视线高和前灯光线高，分别建立大车和小车模型。3.2.3标志标牌模拟应用根据标志标牌设置原理，建立大小型车辆模型，创建车辆相机高度，前灯高度，按照小型车—小型车、小型车—大型车、大型车—大型车的组合，分别在不同车道进行车辆模拟运行，同时设置雨天、晴天、夜间等不同天气情况，检验标志标牌设置效果如图5所示。

3.3中央分隔带防眩模拟

在道路的竖曲线路段，防眩设施高度的计算须考虑竖曲线半径、纵坡、路拱或超高等影响因素。特别是凹形竖曲线路段，防眩设施的高度应根据竖曲线半径、纵坡、横坡等因素适当增加防眩设施高度。凸形竖曲线的高位路段对相向行驶处于低位路段的驾驶员会产生眩光，即使相距超出远光灯理论光照范围，在上下坡道中驾驶员也会看到对向车辆前照等远光灯的强烈光源，如果交通量较大就会出现连续的眩光照射，须对该路段的防眩高度进行验算和完善，保证夜间行车安全[2]。不仅如此，夜间道路上的眩光现象会造成驾驶员视觉短期失能，对驾驶员的判断与操作产生非常不利的影响，从而引发严重的交通事故，因此道路中央分隔带防眩设施参数对行车安全有重要的影响。通过BIM技术建立道路、桥梁、交安设施的三维模型，并赋予相应的材质和属性，模拟车辆在不同车道、不同位置时防眩设施的效果，对该路段的防眩高度进行验算和完善，确保防眩设施设计方案的合理性。3.3.1技术要求及准备工作技术要求及准备工作：1）准备资料。道路平纵横设计图纸；交通安全设施设计图；带状地形图；倾斜摄影数据。2）道路、桥梁、交安设施严格按设计图纸进行1︰1比例建模。3）车辆视线及前灯光线高度按照相关规范要求。3.3.2建模范围建模范围如下：1）选择典型路段，创建包括周边环境的工程主体模型和附属设施模型，模拟真实的道路交通环境。2）道路主体模型。按照设计图纸和现场实测资料进行建模，平纵线形严格按设计图纸，道路的宽度、坡度等与实际一致，新建道路模型根据设计进展情况更新链接。3）桥梁建模依据三维道路中线和地面线，建立下部结构单元和上部梁结构。4）周边环境模型可反映周边地形环境，位置准确，地形逼真，可使用倾斜摄影模型。5）中分带防眩设施。防眩设施位置，大小尺寸、间距等按照设计图纸1︰1比例建模。6）车辆模型。主要考虑驾驶员视线高和前灯光线高，分别建立大车和小车模型。3.3.3防眩模拟应用根据防眩模拟原理，建立大小型车辆模型，创建车辆相机高度，前灯高度，按照小型车-小型车，小型车-大型车，大型车-大型车的组合，分别在不同车道进行车辆模拟运行，全程检验路段防眩效果如图6所示。

4基于BIM的精细化设计

4.1预留预埋件三维一体化设计

应用BIM技术对预留预埋件进行集中可视化交底，让施工作业人员对于设计的理解更为透彻，为具体施工提供虚拟化参照，避免错误发生。

4.2小箱梁正向设计

该项目主线桥梁以小箱梁为主，基于BIM的参数化、标准化设计的设计进行三维出图，通过数字化成果为后期数字化加工和管理提供基础。采用BIM正向设计手段，对复杂桥梁结构进行精细化设计，利用BIM模型对复杂空间预应力钢束进行碰撞检查与优化设计，所见即所得，解决二维设计中存在的“错、漏、碰、缺”问题，避免碰撞问题遗留到施工阶段，整体提高设计精准度、精细化以及现场的施工交底效率。

5结语

BIM技术的应用使道路工程在设计过程中道路设计效果更加直观、可视化。在设计阶段建立了BIM可视化平台，还应注重设计阶段的BIM成果向后续施工、运营维护阶段的传递。基于BIM的安全设计、精细化设计，更有利于提升项目的品质，实现优质耐久、安全舒适、经济环保的目标。苏州某道路设计项目旨在践行“创新、协调、绿色、开放、共享”发展理念，打造苏州市道路工程BIM技术应用的示范，推动设计理念的转变，为后续大力推广BIM技术在道路工程中的应用起到一定的示范作用。

参考文献

[1]张晗玥.基于WebGL的BIM模型可视化方法研究[D].西安：西安建筑科技大学，2017.

[2]孙军，张帆.高速公路中央分隔带植树防眩的探讨[J].中外公路，2014（1）：322-325.

作者：刘琦 单位：华设设计集团股份有限公司