总第303期2020第6期
交通科技
Transportation Science&Technology
Serial No.303
No.6Dec.2020
DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2020.06.016
系统的高速公路正向设计
黄亚栋刘阔郭雨鑫
（湖北省交通规划设计院股份有限公司武汉430051）
摘要针对BIM正向设计难度大、设计软件交互体验差等问题，为实现BIM技术在高速公路正
向设计中的应用，文中以宜都至来凤高速公路宜昌段工程为例，基于公路工程设计BIM系统设计
平台，将BIM与GIS技术进行结合，对宜昌段高速公路进行了平、纵、构造物、路基及隧道等的参数 化设计并出图，为BIM技术在高速公路工程正向设计中的应用提供了理论和实例依据°
关键词BIM技术正向设计高速公路公路设计
中图分类号U412.6
建筑信息模型（building information modeling,BIM）技术是在信息化背景下提出来的一种创新工具与生产方式°其已在欧美等发达国家引发了建设行业的变革°我国BIM技术起步相对较晚且发展速度较为缓慢，目前在公路设计方面，仍然以传统设计为主°在公路设计中BIM技术相对于传统二维设计具备以下优势：①公路设计具有可视化;②工程量计算准确性提升；③自动关联减少工作量及提升工作效率;④可多领域协作°目前比较主流的BIM核心建模软件生产商为：Autodesk公司（Revit建筑、Civil3D等）、Bentley公司（Bentley建筑、Power Civll平台等）、Graphisoft公司（Archi CAD、BIMx、Neme-tschex等）、和Gery Technology Dassault公司的CATIA等°这些软件在使用中均存在一些共性问题：用户使用流程复杂，难以入门；不同行业之间的功能模块不尽相同，很难在短时间内完全掌握；互用性差也使得具有不同功能的系统需要单独应用°这些缺点使得采用BIM技术进行正向设计难度非常大，
很难在设计院推广开来[12]°公路工程设计BIM系统则较好地解决了上述BIM设计软件的弊端，为高速公路BIM正向设计提供了较好的技术支撑。该系统针对公路设计全周期，基于GIS、BIM和互联网等技术提供一整套全流程、全专业的数字化、信息化、智能化的
收稿日期;2020-09-15公路工程设计与管理的集成式解决方案°公路工程设计BIM系统有如下7个特点：①三维可视化；②智能设计；③系统性，全面性；④经验库思想；⑤图纸全面性、自动性;®支持各种平台的BIM成果转换格式；⑦团队协同°
本文以宜都至来凤高速公路宜昌段工程为例，以公路工程设计BIM系统软件为基础，详细介绍了BIM技术在高速公路正向设计中的应用，以为今后类似的高速公路工程设计提供理论和实例依据°
1工程概况
宜都至来凤高速公路宜昌段位于宜昌宜都市、五峰县境内，是《湖北省综合交通运输“十三五”发展规划》及《湖北省省道网规划（2011-2030年）《中“横五”通道一一阳新至咸丰高速公路通道的重要组成部分°是实施国家长江经济带发展战略，强化长江中游城市与成渝经济区经济交通联系的需要°是完善鄂湘渝毗邻区路网结构，打通“横五”大通道的需要°
项目区沿线地形复杂，地势起伏较大，沿线多高山峡谷，高速公路建设需穿越高山，跨越沟谷，勘察
设计难度大°项目全长约93.6km，为双向四车道高速公路，设计车速80km/h，路基横断面宽度25.5m，桥隧占比74%，设置互通式立交5处，服务区3处°
本项目设计全面建成全线BIM模型，解决多
处复杂节点的BIM正向设计技术难题，完成了从方案设计到施工图设计阶段的BIM技术应用，为山区复杂环境下大型高速公路BIM技术应用提供了实践依据。
2BIM正向设计
2.1利用BIM+GIS技术建立地形模型
传统的公路设计是在利用无人机沿着设计路线航测得到的带状地形图上进行，这种设计方法无法满足公路设计在区域总体布置上的需求，给公路总体设计带来很大的局限。该项目设计利用BIM+GIS技术进行辅助设计，实现了区域总体大场景下进行公路总体设计。
首先，使用卫星遥感技术（RS）与地理信息技术（GIS）对设计路线两侧5km区域的地形进行三维建模，并在三维的地形曲面上辅助以卫星影像（DOM）［3-5］；其次，在大场景地形曲面内部设计路线两侧300m范围内，使用先进的Lidar机载激光雷达测量技术，沿拟定线位两侧各500m范围采集地面散点坐标、高程数据，其点云图见图1。以此保证在公路设计时的局部设计精度。
图1Lidar机载激光雷达生成的点云图利用BIM+GIS技术辅助设计，导入数字高程模型Dem、数字影像文件Dom及各种地物矢量文件。构建三维可视化的设计环境，还原项目区实际场景见图2。
图2BIM+GIS生成的总体地形模型
2.2利用BIM技术进行平面设计
在总体设计子系统中平面设计支持导线法、线元法。在项目设计中，设计人员可根据情况分别采用不同的设计方法完成路线的布设；对于复杂线形，采用导线法与线元法穿插使用。在公路工程设计BIM系统中，智能考虑圆、缓和曲线、偏角、超高长度等因素，减少工作量。在立交设计中，智能计算偏移值，快速布设变车道、分合流等，见图3。平纵面实时联动，有助于设计人员对项目线形的整体把控，使设计方案更合理、设计速率更高效。
图3互通平面设计
在平面设计过程中，设计人员利用总体设计子系统中的查询功能，实时查询设计模型中的线形单元的数据信息、交点的设计参数及设计要素信息、某一点处的桩号、坐标、曲率半径、高程等信息。对平面设计成果进行符规检查，根据公路几何设计专业特点和相关规范要求，审核路线相关设计指标是否满足规范要求。
2.3利用BIM技术进行纵断面设计
利用公路BIM设计系统进行动态互动式纵面设计，纵断面设计中自动添加、更新控制点，快速创建变坡点并智能设置竖曲线，还搭配了智能的符规检查系统，能够智能检测纵坡、坡长、超高过渡、“平包纵”等是否违规。立交设计中智能接坡，并进行超高计算，纵断面设计示意见图4。
图4纵断面设计
2.4利用BIM技术进行构造物布设
在完成路线的平纵面设计后，结合该项目地形地质特点,BIM设计人员定制了适合该项目的相关路基模板，在路基模板库内通过添加、删除边坡模板，根据填挖方情况，定制符合该项目实际需要的边坡参数。
根据地形填挖情况，在纵断面设计界面内指定桥梁、隧道、涵洞等的布置桩号，桥、隧布置过程中，实时显示构造物在平面及纵断面的位置情况,
使构造物布置更加合理，准确，其桥梁处界面示意见图5。
图5桥梁布设
在平纵横设计完成后即可进行模型的快速创建及传统模式下的横断面带帽工作。软件可智能合理地确定道路加宽、超高方式及路基边坡坡率和防护、排水等方案，在三维视图下初步生成道路三维模型。通过查看道路三维模型，检验道路设计的合理性。
2.5利用BIM技术进行高填深挖路段设计
将总体信息导入路基系统，对路基边坡、防护及排水进行参数化设计，实时更新参数化BIM模型，便于设计人员查看与对比。对支挡进行参数化设计，相较于二维图纸能更直观地表达设计意图，选取高填深挖路段设计界面展示见图6o
图6高填深挖路段设计
针对高填深挖路段设计，在三维环境下，可直观地查看边坡防护设置的合理性，并对边坡防护进行可视化的修改，并能实时显示道路属性及相关工程数量。
2.6利用BIM技术进行隧道正向设计
在进行隧道BIM正向设计时，按照洞身内轮廓设计、洞口设计、隧道顶坡边坡设计，以及洞门设计流
程进行。该软件中的隧道BIM设计功能是基于我国现行标准库进行的，程序内置标准库，设计人员只需要输入相关参数，即可自动生成满足设计规范的隧道模型。在进行隧道洞门设计时，隧道洞门布设三维可视化，与地形交互，填挖方尺寸一目了然，极大地方便了隧道洞门布设方案的初步拟定。
在进行隧道纵向设计时，考虑隧址区域内地质、围岩情况，对隧道的衬砌、超前支护等进行设计，对隧道偏压情况、洞门、信号灯、鼓风机、内部照明进行三维漫游检验，提高隧道设计质量。建立隧道延米模型，可实时查看路面、衬砌、围岩、排水沟等结构的组成及工程量。
2.7自动生成二维图纸
利用公路BIM设计系统可以一键自动生成dwg格式及对应的PDF版图纸并成册，图纸包括工程可行、初步设计、施工图等各个阶段的图纸。
一键出图前，需先进行图纸设置和图册设置，其中图纸设置可完成出图风格和出图比例设置工作，图册设置是通过图册编辑，完成图纸名称、文 件名称、图号等信息的统一管理。在完成通用图纸设置及图册设置后，即可进行图纸的一键出图。图纸一键出图既可以实现所有图册的一次性集中出图，也可实现某条线路的单册图纸出图。
3结语
1)BIM正向设计技术应用于公路设计全过程，可更清晰地展现设计人员的设计意图，提升设计水平。
2)将GIS+BIM技术应用于正向设计，可将设计方案展示在实地环境中，利于优化设计方案，节约项目成本。
3)BIM正向设计中的多专业协同设计方式，可以及时对道路视距、净空进行分析，并验证设计合理性，进而提高设计质量。
4)采用参数化设计方式进行BIM正向设计，实现了设计参数与BIM成果实时联动，可提高工作效率。
参考文献
[1]张万庭.基于BIM技术的公路路线设计分析[].人
民交通2018(11)60-61.
[]王昊平.基于BIM技术的高速公路设计应用研究
[D].南京：东南大学2018.
[3]熊桂开，朱丽丽，薛梅.GIS-BIM技术在山地城市路
网优化设计中的应用[].重庆交通大学学报(自然
科学版)2017(4)90-95.
[4]相诗尧，姚守峰，陈婷婷，等.无人机航测技术在公
路各设计阶段中的应用研究[J].山西建筑，2019
(2)：106-107
[5]薛梅，李锋.面向建设工程全生命周期应用的CAD/
GIS/BIM在线集成框架[J].地理与地理信息科
学2015(6)30-34.
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78郭进雪：基于分形理论的滑坡变形破坏特征及演化分析2020年第6期
部位于135〜175m库水波动区具有较大变形°滑坡的稳定性分析表明，滑坡在欠稳定与稳定之间变化(F s=1.05〜1.25)°
3)滑坡呈现渐进牵引式破坏，由裂缝不同演化阶段分形数值表可初步判断2012年白水河滑坡仍处演化阶段①，即初始蠕变阶段，与实际相吻合。
参考文献
[]黄鹏程，王鸣，易武，等.库水作用下谭家河滑坡变形特征分析水电能源科学，2018(8)119121. []张大权，江兴元，邹妞妞，等.降雨渗流对堆积型滑坡稳定性影响的数值模拟：以贵州大榕滑坡为例科学技术与工程，2019(26)338344.
[]胡显明，晏鄂川，周瑜，等.滑坡监测点运动轨迹的
分形特性及其应用研究岩石力学与工程学报,
2012，31(3)：570-576
[]杨涛，孙立娟，成启航，等.牵引式滑坡后缘破裂面形成机制试验研究岩石力学与工程学报,018,
37(增刊2):3812-3849.
[]李晓，张年学，盛祝平，等.武隆鸡尾山滑坡发生机制与裂缝成因分析岩石力学与工程学报,020,
39(1)：1-12
[]桂蕾，殷坤龙.基于多重分形理论的滑坡地表监测位移分析中南大学学报(自然科学版)，2014
(11)：3908-3914
[]谭小刚，张洪伟.基于小尺度分形维数的裂缝图像分割方法公路交通科技，2018,35(5)3439.
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Realization of Forward Design Based on
Highway Engineering Design BIM System
HUANG Yadong,LIU Kuo,GUO Yu狓n
(Hubei Provincial Communications Planning and Design Institute Co.,Ltd.,Wuhan430051,China)
Abstract：Aimingatthedi f icultiesofBIMforwarddesignandpoorinteractiveexperienceamongdif-ferent d
道路bim
esign software,Yichang section in Yidu—Lafeng expressway was taken as an example to real-ze the application of BIM technology in expressway forward design BIM and GIStechnology were combinedbasedontheBIM system designplatform ofhighwayengineeringdesign Theparametric designanddrawingofplane，longitudinal，structure，subgradeandtunnelofYichangsectionexpress-way were realized based on the design platform of BIM system software for highway engineering design ThetheoreticalandpracticalbasisfortheapplicationofBIMtechnologyintheforwarddesignof expresswayengineeringareprovided
Keywords：BIM technology；forwarddesign；expressway；highwaydesign
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