张昊

（中国公路工程咨询集团有限公司（武汉）桥隧分公司，武汉 430050）

1 引言

随着技术的不断进步，公路路线的选线方式也在不断革新。很多信息技术应用到了线路设计中，一方面使工程项目的建设加快，另一方面加快了道路工程的发展。传统的线形设计是将道路分3部分设计，即平面设计、横断面设计和纵断面设计。3个部分的设计分开进行，考虑到实际的地形因素，部分参数无法满足实际需求，因此，需要将道路的选线结果展示出来，清晰呈现选线结果。BIM技术可以将设计路线建模，使道路设计可视化，在可视化的模型中能够看出设计的弊端，方便改正，因而在道路选线中被广泛应用[1]。

2 BI M技术概述

2.1 BI M技术简介

BIM技术是一项系统的管理技术，在公路工程中可以将道路以三维的形式展现出来，使人们更直观地看到公路桥梁完工后的成品，使业主和设计人员都能更加了解工程项目。BIM为设计人员提供了完善的三维模型构建系统，使三维建模更加简单，提高了建模效率。BIM技术在整个设计施工全过程都可以起到重要的作用，从前期规划到施工图设计到道路施工及完工后的运营和维护，可以控制优化整个过程[2]。同时，BIM技术还可以控制成本预算，为工程节省开支，提高工程施工的安全性，保障施工进度。图1为BIM技术在公路工程中的应用全过程示意图。

图1 BI M技术在公路工程中的应用全过程

2.2 BI M技术功能

2.2.1 三维可视

BIM技术最显著的特征是将二维图纸立体化。三维模型能完整展现出设计人员的想法，通过三维模型，人们可以有效判断建筑设计方案的优缺点，便于业主沟通。通过BIM技术还能以视频的方式展现整个施工过程，使所有的施工程序都可视化，实现各方的有效沟通，对不合理的地方提前进行整改，提高工作效率和沟通效率，减少因各方沟通不畅带来的不必要返工。图2为某公路路线BIM模型。

图2 某公路路线BI M模型

2.2.2 参数建模

在公路工程中，传统的方式是采用CAD制图，以基本的几何要素和坐标来控制公路路线的形态，而BIM实现了参数建模，以参数来制作模型，更加科学地建立结构构件。BIM以图形元素建立模型，所有的构件以元素的形式展现，与CAD相比，可以减少模型改动的次数，BIM可以根据工作人员的需求调整参数，以此得到新的构件[4]。构件之间的不同，也可以通过BIM模型直观地展现出来。

2.2.3 碰撞检查

在公路路线设计中，有一项重要的设计检查内容——碰撞检查。检查结构构件，避免在后期的施工活动中出现碰撞问题。因此，碰撞检查是一项检验构件是否合理的技术。在BIM模型中可以精准实现，构件与其他构件之间的碰撞检查，减少施工中的碰撞问题，保证构架合理，消除不合理的问题。例如，在BIM中可以完成公路路面下方排水管道的协调配合，为施工提供安全的施工环境。

3 在公路路线设计中BI M技术存在的问题

3.1 缺乏必要的技术标准

BIM在建筑行业的应用较为广泛，且应用的可信度也逐渐被接受，因此，相关的技术标准也已经逐步完善。而在公路设计中，BIM的应用范围较小，配套的技术标准和规范还没有完全跟上，在设计时会因为无据可循而放弃使用。因此，我国道路方面的BIM规范还需要不断完善。

3.2 BI M技术方面的人才不足

BIM的应用是建立在其他学科之上，目前很多大学虽然开设了BIM的相关课程，但涉及的内容较浅，实际案例少，无法达到BIM的熟练应用，并且专业人才欠缺。另外，部分设计人员认为公路选线设计属于线形几何工程，BIM的应用不能发挥更多的作用，不愿意接受新兴技术也使得BIM技术人才匮乏。

4 BI M技术在公路路线设计中的应用

道路选线设计包括平面设计、横断面设计和纵断面设计。3个部分需协调统一，才能使得道路线路设计更加优化。BIM通过建模的方式使线路设计更加清晰，设计人员可以通过BIM来发现设计中的不合理之处，提高设计质量和效率。并且可视化的模型可以加强设计方与业主的交流和沟通，减少了因认知差异导致的返工。BIM技术在道路设计中的应用主要有以下几个方面。

4.1 道路中心线设计中的应用

在开展道路BIM建模过程中，道路平面一般通过直线、圆曲线和缓和曲线等几何线形加以表示。在道路平面设计过程中，应综合考虑车辆行驶轨迹、安全舒适性、驾驶员视距及景观协调性等因素。在开展设计时，首先，导入预先做好的三维地形模型，其次，输入路线的起点、终点及控制点，最后，将各控制点通过前述几何线性加以连接。

公路大多分布在山区或人烟稀少的地区，对横断面的要求不高，但关于线路的走向却有着较高的要求。合理布置道路线路走向，可以降低施工难度，降低造价。道路平面设计中最主要的是确定中心线。中心线确定之后，再根据公路的行车速度来确定道路直线、圆曲线和缓和曲线的相关指标。长直线和短直线有对应的界限值，圆曲线的半径和缓和曲线的长度不能超过一定值，这些指标均需满足规范，如实在无法满足要求，要根据实际情况进行调整。具体操作如图3所示。

4.2 道路纵断面的设计中的应用

道路的纵断面设计可以体现出道路各部分高差，合理控制每一条路的坡度以及竖曲线长度。BIM以实际地形为基本的设计资料，根据地形的走向直接形成地面线。另外，设计的道路中心若不满足要求或不合理，BIM也会自动更新至最优状态，可节省了大量的时间。设计完成后，若设计师觉得不够合理，可点编辑重新绘制道路直线长度、圆曲线半径和缓和曲线长度，然后拾取边坡点，在布局对话框中修改其桩号、道路的竖曲线半径、高程、道路坡度与道路坡长等参数。纵断面设计的基本流程为如图4所示。

图3 道路设计的基本流程

图4 纵断面设计的基本流程

4.3 道路横断面的设计中的应用

为了尽可能高度准确地反映道路模型，在利用BIM设计横断面时，操作设计人员需充分及综合地考虑运用什么样的部件进行组合装配才能更好地展现道路横断面[5]。图5为横断面图设计的基本流程。

图5 横断面图设计的基本流程

道路横断面通常由行车道、中央分隔带等组成。在BIM建模过程中，通过建立道路横断面模板，将横断面上的特征点、端点等加以组合，从而实现对道路路基、路面的模拟。道路的特征点一般是指道路中心点，同时伴随特征点的有约束关系，常见的约束关系有水平值、竖向值、角度等参数。对道路横断面的边坡通常无法采用固定的约束关系建模，并且对于填方和挖方的边坡建模存在较大差异，因此，一般设置端点条件对边坡具体位置加以确定。路面边缘点与边坡坡脚二者之间的逻辑关系就是端点条件。在建模阶段，边坡坡度通过约束两点间的斜率加以实现，边坡长度则可将端点加以延长至地面线实现。

在BIM界面内点击道路下拉菜单，单击鼠标可创建道路命令，然后按照其提示选择路线、纵断面以及标准横断面装配。另外，在弹出对话框中，可根据道路宽度变化创建出与之对应的区域，并为道路组件搭建相应的逻辑目标。

5 结语

对于公路路线设计来说，有效应用BIM技术能够建立对应的三维立体建筑信息模型，加强工程设计体系对于道路工程信息数据的控制力，也能有效排除外部影响因素对于公路工程设计与建设带来的影响。此外，BIM技术的应用能够建立有关的数据交流平台，将公路设计和施工有关的各个部门进行结合，加强各部门的交流沟通，避免沟通带来的设计质量问题。在公路线路设计中，需要充分掌握BIM技术的优势以及应用要点，了解有关软件的应用难点和重点，才能为公路路线设计与施工带来更为全面的技术支持，确保施工建设的顺利开展。