Discussion and Practice of Forward Design of Highway Engineering BIM
何其桧 HE Qi-hui
（四川省交通勘察设计研究院有限公司，成都 610017）
（Sichuan Communication Surveying & Design Institute Co.，Ltd.，Chengdu 610017，China）
摘要：BIM技术发展日新月异，建筑行业BIM正向设计正快速普及，起步较晚的公路工程BIM正向设计正在努力探索阶段，现阶段公路工程BIM工作大多是将图纸翻模，普及率并不高，一线设计人员使用意愿不高，所以需要不断探索与实践公路工程BIM正向设计并推广到公路工程中切实应用。
Abstract: The development of BIM technology is changing with each passing day. The BIM forward design in the construction industry is rapidly becoming popular. The BIM forward design of the road engineering is in exploring stage. At present, the BIM work of the highway engineering is mostly to overturn the drawings, and the penetration rate is not high. The first-line designers are not willing to use it. Therefore, it is necessary to continuously explore and practice the BIM forward design of highway engineering and promote it to practical application in highway engineering.
关键词：BIM；公路工程；正向设计；实践
Key words: BIM；highway engineering；forward design；practice
中图分类号：TU17 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）26-0231-02
1 BIM技术优势
当前，以信息技术为代表的新一轮科技革命持续推进，BIM（建筑信息模型）技术作为实现建设项目全生命期信息化、协同化、智能化的重要手段，已成为工程建设管理行业创新发展的强大动力。BIM技术在我国交通运输行业的研发应用尚处起步阶段，不能适应综合交通运输体系提质增效和转型发展的迫切要求。加快推进BIM技术研发和转化应用，对于交通运输行业深入贯彻落实“五大发展理念”，以创新驱动行业进一步解放和发展生产力，转变发展方式，推动供给侧结构性改革具有重大意义。
BIM技术与人工智能技术的融合成为新兴的热门研究领域。人工智能技术在交通运输行业的辅助道路规划、拥堵城市治理、车流分析和预测等方面开展应用，取得了初步的成果。采用深度学习算法，让机器拥有初级智能，提升决策效率，提高设计质量，将设计人员从繁重的绘图、改图中解放出来不再是遥不可及的梦想，而是可见的未来。
传统设计使用二维图纸去描述三维实体工程，其局限性很明显，需要空间想象力，抽象不直观，描述复杂的空间三维实体困难。
利用BIM技术将设计产品以虚拟的三维模型呈现，能够直观、高效地对设计方案作出决策和变更，检查、更正设计中的纰漏、错误，通过模型与周围环境的模拟分析，可以进一步优化设计。能够快速统计工程量，缩短设计周期，提高效益。模型向下游传递，施工方可以进行施工模拟、进度管理、模板加工等，业主方可以进行归档、运营维护、养护管理等，从而增加了设计的附加效益。
2 公路工程BIM正向设计探索
BIM技术应用研究在众多科研机构中展开，有的机构主要从事国外BIM解决方案的本地化，但软件缺乏对我国交通运输行业规范、标准的参照，导致研发成果只能用于零星点缀式的示范性工程，难以大范围推广；有的机构集中力量将建筑领域的BIM成果转化到交通运输行业，但缺乏自主创新，解决方案易用性差；有的机构对设计阶段的BIM技术大力开发，但缺乏对运营、维护阶段的支持。研发方向不明，资源分散、共享意愿不高、交流渠道不畅，最终导致各自为阵。
当前BIM软件平台间的信息数据交互性较差，导致项目规划、设计、施工、运营、维护阶段各自处于“孤立”状态，无法形成全生命期的联动，使得BIM本身具备的集成化、协同化特点无法体现。未来BIM工作模式必将整合所有工程阶段，实现项目建设管理价值的最大化。因此一个具有统一标准能够连接建设工程全生命期不同阶段的数据、过程和资源，为建设项目参与方提供一个集成管理、协同工作、科学决策环境的BIM系统平台，是当前BIM技术急需填补的空白。
工作中公路工程设计BIM应用主要在于三维建模，与传统的设计方式相比，仅丰富了对设计成果的展示，建筑信息模型（Building Information Modeling）是建筑学、工程学及土木工程的新工具，BIM在公路工程中的应用目前更多的是围绕着“M”进行的，在三维翻模的过程中，不仅没有做到缩短设计周期，反而增加了人力物力成本投入，主要原因在于BIM在公路工程还处于探索阶段，BIM中“I”所指的信息的应用还未跟上。
如今，公路工程BIM正向设计是行业迫切需要的，是推动公路工程正式进入BIM时代的必备条件。
公路工程BIM正向设计应该是整合高精度的数字高程模型、数字正射影像、点云、倾斜摄影等数据在一个三维集成环境中，从三维选线，到道路、桥涵、隧道等结构物划分，至工程数量、工程造价的自动生成，直至设计成果交付施工的过程，交付成果应是带有工程信息的三维模型。
传统的二维设计文本资料繁杂，施工方理解真实设计意图较困难，成果交付之后，设计企业需要花费大量的时间与施工方沟通解释。BIM技术的诞生，将促使二维施工图纸逐渐退出历史舞台，BIM模型数据库将作为设计成果向业主交付，施工方可凭借BIM模型数据库全方位多角度了解项目设计意图，实现交通运输行业建设模式的革新。
3 公路工程BIM正向设计实现
实现公路工程BIM正向设计，首先要解决建模效率问题，不能让建模效率低下占用设计时间。BIM的理念就是解放生产力，将工程师们从二维设计的重复繁琐的画图工作中解放出来，将大部分精力投入到方案可行性、方案优劣比选中来，提高设计质量及设计效率。
公路工程快速建模相对房建建模难实现的主要原因是公路工程是一个带状构造物，比房建工程的工点构造物复杂一些，公路工程设计的其他构造物都是受这条道路中线控制的。还有一些结构等受地形控制，如道路边坡、桥台锥坡等，都需与地形地面交互。地形的复杂也使得公路建模的复杂程度增加。
公路工程BIM正向设计要具有易学易用、快捷高效、引擎强大等特点。易学易用才能让工程师们快速转变思维，推动BIM正向设计发展；快捷高效是是打败传统设计模式重复繁琐的画图工作必要条件。引擎强大是BIM正向设计整合的是极高精度的数字高程模型、数字正射影像、点云、倾斜摄影等数据等数据，需要一个强大的大体量承载能力的引擎驱动，才能将BIM正向设计向三维选线推广。
随着工程项目信息化发展，经过长时间的探索，将BIM技术应用在交通领域设计阶段已成为发展趋势。在设计阶段的工程信息存在数据量大、关联性强、技术面广等特点，需要由一个功能完善、加载效率高效的GIS平台作为支撑，推动公路工程辅助设计、正向设计、数据信息化交互等多方面发展。根据公路工程建模体量巨大，涉及面广等特点进行了多平台、多软件测试，最终选定了图新三维数字地球、Autodesk InfraWorks 2020两款软件来实现公路工程BIM正向设计。
公路工程设计阶段运用BIM技术，有效整合不同来源的测绘基础数据，保证模型的最高精度，对重要工点建立三维地质模型，为设计提供强有力的基础技术支撑；快速精确建立三维模型，通过BIM可视化技术辅助选线，优化路线平纵，利用虚拟建造技术，构建空间视距测算模型，实现道路视距指标的检验与校核，智能设计出图、大幅提高了设计效率和设计质量。
4 公路工程BIM正向设计实践
经过公路工程BIM正向设计的探索及实现方法理论研究，将正向设计运用于实际项目中是急需解决的问题。
四川省甘洛县受持续强降雨影响，S217线波波奎村段出现路基垮塌，道路上方土体出现不同程度开裂。经过多次回填，原路基本保通。2019年8月6日清晨，该路段再次垮塌，所在坡体出现滑坡征兆，既有道路多次尝试原路保通均失败。
由于甘洛县遭受特大暴雨灾害，全县正处于全域抢险救灾的紧张工作局面，各种物资和车辆正源源不断进入甘洛。甘洛县境内无高速公路，国省干道仅G245、S217两条，在成昆线、G245交通要道断道情况下，S217是连接高速公路的重要通道，S217的极端重要性不言而喻。
通过实地勘察、驻点摸排，现场初步确定经房群背后改线，再接入原路的保通便道方案。该方案时间紧迫，工程难度低，现场初步确定方案后需要进行具体的工作，当即决定使用快速高效的BIM正向设计软件Autodesk InfraWorks 2020与Autodesk Civil 3D配合进行方案选取，快速制定改线路线方案，计算土石方量，测算临时征地红线图，保证合理可实施。
抢险救灾最注重的就是时间，此时按照传统的公路工程设计，可能会错过宝贵的抢险救灾时间，采用Autodesk InfraWorks 2020快速搭建集成三维模型，直接进行三维化设计。地理信息三维化完成后，也就意味着真实的三维环境展现在设计师面前，结合数字高程模型、数字正射影像，能给设计师带来一个直观的方案选取环境，方案如何符合规范，如何避让房屋等，一目了然，避免了二维平面过程中出错的风险，提高设计效率。
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如图1所示，进行三维路线设计，对平面线型、纵断面线型进行调整，同时可以边坡放坡规则定制，快速实现保通便道横断面设计，可实时查看用地红线，土石方数量，提高方案决策效率，路线方案选定之后，将该路线方案导出至Autodesk Civil 3D中，利用Autodesk Civil 3D生成路线中桩逐桩坐标表、用地红线坐标表，土石方数量表，直曲线表、竖曲线表等用于应急抢险先期临时征地，放线施工，临时计量，设计验证等工作，为抢险救灾争取宝贵的时间，也是一次公路工程BIM正向设计实践。
公路工程BIM正向设计的发展，从实现三维路线方案选择入手，具有简单易用的三维路线方案选择系统之后，进入下一阶段道路曲面生成，随即辐射至道路、桥梁、隧道等不同结构的实时联动，打通完整的BIM正向设计“生态链”，将BIM融入到公路工程设计工作中来。
5 结束语
随着技术工程师们在公路工程BIM设计领域不断的探索、实践，公路工程BIM正向设计理念将会被更多一线设计人员所认可，并应用于更多的项目，在公路工程设计行业发挥更大的作用，将解放设计人员生产力，大大减少设计人员花在二维图纸绘图的大量重复繁琐的精力，真正回归于设计本身，将智慧注入方案比选、设计优化中，做出更好的设计成果，提高设计效率，提升设计品质，展现BIM设计价值。
参考文献：
[1]王文虎，张易辰.公路设计BIM正向设计理念探讨[J].工程技术研究，2019，4（05）：190-191.
[2]赵云峰，高伟连，孟宪忠.BIM技术在公路工程项目管理中的应用研究[J].价值工程，2019，38（11）：170-172.
[3]周浩文，何永鑫，李吉.BIM技术在高速公路互通式立交施工中的应用[J].价值工程，2019，38（17）：274-276. |
