BIM技术在农村路设计中的应用

李会玲

建筑信息模型（Building Information Modeling，以下简称BIM）技术是基于现代信息技术和计算机技术发展融合而成的建筑信息应用技术，利用数字技术存储和传递建筑结构和构造特征，并以3D模式直观表述，实现工程设计、施工、养护、运营管理信息传递共享和工作协同，促进工程建设项目全程信息化。2015年交通运输部制定了《关于推进“四好农村路”建设的意见》，在全国组织开展以建好、管好、护好、运营好农村公路为主要内容的“四好农村路”建设，对于农村路的建、管、养、运分别提出了较高的要求，其中最为基础的是建设好，建设好的基础是设计好。截止2020年，BIM技术已经在多条高速公路的前期设计进行了应用，但是农村路建设的前期设计工作，数字化技术应用程度相对较低，基础工程数据建立的完整性和准确性都较差，对于高标准建设四好农村路的关键在于设计阶段运用BIM技术的应用，建立相对完整的工程数据模型，同时也是整个四好农村路建设项目全程信息化的基础。

BIM技术在农村路设计中的应用程度较低，主要是由于农村路设计的特点决定，农村路设计一般是按照行政区域，分年度分批次打包给中小设计院，每个项目包所包含的路线很多，一般一个批次会包含50条左右，牵涉的主管单位比较多，如县交通局、地管所、乡镇主管领导甚至到村一级领导，项目起终点，途经点的梳理相对重要，稍有不慎容易重复、缺漏等，工作量大。同时由于农村路造价相对较低，所以设计取费也就很低，整个项目的设计成本预算有限，不利于BIM技術在农村路设计中推广应用。本文通过江西一批农村路设计中使用《公路工程BIM设计系统》进行三维设计，并且三维成果交付的应用实例，为BIM技术在四好农村路建设中的应用，探索一条切实可行的道路。

一、软件准备

BIM技术的应用，第一步是BIM软件的选取，有了软件的支持，才是BIM技术在实际工程设计中应用的基础。目前国内公路行业BIM应用类软件不多，多数是以国外绘图平台为基础进行的二次开发，通用性较好但专业性相对较差，上手操作难度较大，建模效率较低，实际应用成本高、周期长，不符合农村路设计的需求。近期同豪土木推出的一款《公路工程BIM设计系统》是一款专门针对我国公路设计的BIM软件，采用的是自主研发的平台，目前在免费试用阶段。该软件包含总体设计子系统、路基设计子系统、桥梁设计子系统、涵洞设计子系统、隧道设计子系统、交安设计子系统、电子沙盘子系统、资料管理子系统、工程造价子系统等九个子系统，涵盖了公路设计的所有专业。

其中总体设计子系统可以完成总体路线专业从方案研究到施工图设计的全部设计工作。在进行平面设计、纵断面设计及超高加宽设计时，系统会自动结合最新规范并辅以智能的分析计算，实时对用户进行提醒。实现了桥梁、隧道、边坡等构造物的三维模型快速生成，工程数量实时提取，同时支持多路线间的方案比选。设计人员能轻松、快速拟定出合理的方案。方案确定后，一键输出二维、三维成果，使设计人员从繁琐的绘图工作中解放出来，将更多精力投入到对方案的研究上，是提高设计效率的利器。由于该款软件是针对公路工程设计的专业软件，所以其设计效率和上手程度都要优于目前其他几个国外平台的软件。

本项目的实施应用，还融合了无人机技术及倾斜摄影技术，随着我国无人机领域的快速发展，无人机航飞成本大幅下降，目前基本达到了普及的水平，利用用无人机+倾斜摄影的方式，可以轻松的获得路线走廊带的高清影像，经过实测，高清影像的平面和高程精度，基本满足公路工程设计的要求，这为快速获取高清影像，代替费时费力的传统测量工作，成为可能。无人机航飞成果的处理，本次采用ContextCapturer软件，这是一款实景建模软件，是Bentley公司于2015年收购的法国Acute3D公司的产品，在同等条件下，实景建模软件ContextCapture提供的模型数据量只是同类系统系统的大概1/4的数据量。之所有能达到这样的效果是因为，在ContextCapture中对算法进行了优化，这样的数据承载量，可以降低对硬件的要求，同时运算的效率更高，同时，结合ContextCapture多任务并行处理的架构，会大大提供应用的效率，适合批量农村路设计中大量航飞数据的处理，同时也支持导出《公路工程BIM设计系统》所支持的数据格式。

二、应用BIM技术后，农村公路设计的流程

流程：

1.用《公路工程BIM设计系统》资料子系统，进行现场跑点，确定路线起终点，使用GPS轨迹记录路线走向，同时对于路线途径的关键控制点进行采集，采集方式使用照片、视频、语音等多媒体手段，并自动归类整理;

2.用资料系统记录的GPS轨迹，在卫星图片环境中找业主确定路线的起终点及路线走向，并展示对路线有影响的控制因素，大致确定路线方案;

3.根据确定的路线方案，利用无人机+倾斜摄影技术沿线进行飞图;

4.航飞成果导出后采用ContextCapture Center Master软件（简称CC），处理成osgb格式的三维成果;

5.将osgb格式的三维成果导入《公路工程BIM设计系统》总体子系统，构建三维实景环境，在三维环境中直接提取坐标、高程等设计基础资料，进行路线方案详细设计;

6.路线方案设计完成后，可在总体系统中以三维实景的方式进行汇报，汇报过程中可以自动生成三维漫游影像，已实景漫游的形式，确定路线方案;

7.方案确定后，路基、桥涵所需高程信息直接在数模上获取，进行专业设计;

8.设计完成后，航飞成果转为正射影像作为底图导出，所有专业支持自动出图，并整理成册，模型数据可多种格式导出，为下游环节传递和共享BIM数据。

优点：

1.用资料系统调查完，所有路线的起终点，途经点等特征点包括现场照片都自动整理，直接导出表格，拿去找业主签字，那就可以大幅提高效率，而且也能避免重复、遗漏、起终点理解不准确、资料传递出现错误等;尤其适合于路线较多且短的农村路项目;

2.提高地形测量效率，节省传统地形图测量的时间与成本;

3.降低成本。将传统的实地测量横地面线，改为三维数模上由程序自动剖切横地面线，三维地模导入公路BIM系统，直接设计，不用生成地形图。

4.提高质量。在实景数模环境下，控制因素直观、丰富，确定路线方案更加合理，借助于BIM设计软件，实时生成设计模型，整个设计过程就是虚拟建造的过程，项目建成后对环境的影响，一目了然，大大提高了设计成果的质量。

5.设计成果以三维的形式展示，配合高清正射图，使方案汇报以一种全新的方式，轻松完成。

6.出图图面整洁统一，自动成册效率高。

本项目共涉及5个乡镇，28条道路，共计里程68.004km。整个设计过程用了50天完成，由于BIM技术的应用，设计流程大大简化，设计成本和周期略有降低，但是设计质量和效果有了较大的提升，整个设计过程可随时将设计方案以三维表达的形式展现给业主，使设计方案确认环节的沟通效率大大提升，还同时降低了业主决策的难度，使整个设计过程更加顺畅。随平面图纸一同提交的三维模型数据，为BIM技术在农村路的施工、管养和运营阶段的应用，提供了数据基础。

三、目前还存在的一些问题：

1.三维地模构建的数据量太大，6公里农村路，数据量达到20G，这个级别的数据处理量，对于计算机硬件的要求比较高;

2.《公路工程BIM设计系统》刚刚推出了V1.0版本，个别功能还有待完善，本文所用为试用版，后期收费会对设计成本有所增加。

（作者单位：河南牧业经济学院 信息工程学院（软件学院））