关键词：BIM技术;GIS技术;参数化建模;多维信息数据库;
近年来，我国高速公路建设里程飞速增长，截止到2019年底，全国高速里程达14.96万km。然而，当前高速公路项目的建造模式存在着诸多不利因素:(1)项目里程长、投资大、建设周期长、参建单位多、地域分散等因素不利于建设管理;(2)项目涉及路基、路面、桥涵、隧道、交通安全设施、机电设施等专业之间易冲突，影响工程质量，各专业衔接不好，后期管养困难;(3)复杂业务流程、繁琐的工程数据给项目参与方之间的信息传递、管理行为的落实和及时正确的决策指令的发布造成客观制约，影响工程建设效率与质量;(4)纸质资料繁杂，信息化、集成化困难，可传递性差，易形成“信息孤岛”，影响运维管理。诸多不利因素，制约着高速公路的精细化建设，阻碍了公路行业向“智慧交通”方向的发展。在此背景下，利用三维模型对建筑进行精确表达的BIM技术应运而生，因其直观性、可分析性、可共享性和可管理性等特点得到飞速发展。目前，BIM被作为数据集成和项目管理的平台，已经从单项的技术应用深入到包含安全、进度、质量等项目管理集成应用中来。
1 项目概况1.1 工程背景双洮高速是吉林省西部纵向大通道，连接东丰至双辽、双辽至嫩江、大庆至广州、松原至通榆四条高速公路。全线采用双向四车道建设标准，路基宽度27.0m，设计速度为120km/h。主要建模内容有全线187.203km道路模型、构造物模型大桥1座、中桥9座、小桥2座、涵洞154道、互通立交8处、分离立交14处、通道19处、天桥84座。
以双洮高速公路项目为依托，利用BIM技术，建立三维地形曲面模型、道路模型、桥梁模型、互通模型等全专业BIM模型，并在模型轻量化基础上，实现GIS系统与BIM模型的融合，建立的高速公路建设信息化管理平台。同时基于B/S架构，开发管理系统，并依托BIM模型建立多维数据库，形象、立体的存储设计、施工过程当中所产生的信息。
2 BIM模型建立双洮高速BIM模型主要由三维地形曲面模型、道路模型、桥梁模型、互通模型等几部分组成。其中，常规桥梁采用全参数化建模是本次BIM建模的一大特点。
BIM建模技术路线流程图如图1。
2.1 三维地形曲面模型在Civil3D软件系统中，三维地形曲面是进行道路建模的基础，是进行流域分析、土石方量计算的基础，其模型的精细程度将直接影响其后续工作的精度。为此，应尽量提高三维地形曲面模型的精细程度，为此采用激光点云文件作为原始数据来创建三维地形曲面模型，创建结果如图2所示。
2.2 道路模型基于Civil3D的道路建模流程为:平面设计、纵断面设计、编辑超高、创建装配、生成道路模型，如图3所示。当道路模型遇到地形曲面起伏较大、与桥头衔接、主线与匝道(或匝道间)衔接时，应进行局部精细化处理，通过调整装配步长、调整部件设计、增设目标曲线等方式来实现。如图4所示。
2.3 桥梁模型桥梁结构采用Revit软件，基于Dynamo代码块和Python节点自研插件，实现参数化建模，便于对结构尺寸、结构形式等进行修改，避免重复建模。建模流程主要是:桥梁结构拆分、桥梁族构件的建立、桥梁结构拼装。
图1 BIM建模技术路线流程图 下载原图
图2 三维地形曲面视图 下载原图
图3 道路模型视图 下载原图
图4 互通连接部及交叉边坡模型 下载原图
2.3.1 常规桥梁结构拆分在对常规桥梁结构进行BIM建模之前，需要根据BIM建模应用在设计、施工或运维等阶段的不同，确定模型的精细度，从而对结构构件进行不同深度的细化、拆分(图5)。如预制部分单独一个参数化构件，现浇的每个单元也需要单独建立参数化模型，公用构造等均需单独参数化建模。
图5 常规桥梁结构拆分 下载原图
2.3.2 桥梁族构件的建立根据不同构件特点及不同阶段需求，梳理模型需要协带的信息及需要控制的参数，对信息和参数进行归类统计，确定命名规则，并进行参数化组织，分别对构件进行参数化建模。
建族(图6)前首先选择合适族样板，开始创建族的实体形状。空心形状和实心形状是Revit最重要的两块命令，其中实心形状用来创建实体模型，空心形状则用来创建异型结构的布尔运算。实心和空心形状都包括拉伸、融合、旋转、放样、放样融合五项基本建模方法，只有选好适当的命令才能简便而快速的创建出想要的形状。
图6 丰富的桥梁族库 下载原图
最后通过参数化的尺寸标注来驱动结构变化，实现桥梁构件的斜交角、桥面横坡与桥梁纵坡等桥梁建模上的难题。
2.3.3 桥梁结构拼装公路为狭长场地，应用大地坐标，多为曲线线型，坐标与高程沿路线而变化，并且需要与GIS结合，这就要求通过坐标控制桥梁的位置，通过纵、横坡控制结构线型变化，因此必须借助于Dynamo进行桥梁拼装，从而驱动参数化族，实现桥梁按空间曲线拼装。由于只应用Dynamo节点块进行桥梁程序化开发，会造成流程较复杂，因此采用Dynamo节点块和Python节点相结合来实现(图7)，可以大大简化流程，将计算程序通过Python语言编写到节点之内，看着整个程序流程会更清晰。最终我们通过Dynamo程序运行，创建桥梁模型，如图8所示。
图7 基于Dynamo+Python的桥梁结构拼装程序 下载原图
图8 桥梁拼装完成图 下载原图
3 基于BIM的高速公路管理平台开发以GIS平台为基础，采用B/S架构，开发基于BIM技术的高速公里建设管理平台系统。在系统开发完成并部署服务器后，用户可通过浏览器对系统进行访问。主要包括模型管理、过程管理、资料管理等功能模块。
3.1 模型管理针对双洮高速建设项目诸多特点，施工过程中信息量大、工期长、施工管理动态性较强且跟踪难度大等，在系统中设置模型管理模块，对施工过程中的工程信息和构件模型进行有组织的编码、归类和存储，对动态的工程信息收集整理。通过系统WBS目录结构列表、搜索功能或直接在模型上选取，都能够快速、准确、即时地查找到模块，从而查询模块的属性信息、材料信息、进度信息、设计信息等全部信息，如图9所示。
模型管理模块具有以下主要功能:(1)模型在系统中按施工阶段分部分项工程划分模块，其信息以最小构件为单元挂载，以此进行精细化管理(2)系统WBS结构列表与三维模型一一对应，不论点击列表还是三维模型均能查找到相关信息;(3)系统支持按桩号搜索三维模型。
3.2 施工过程管理施工过程管理主要包括路基压实过程管理、智能钻孔桩控制、路面摊铺管理、智能拌和站管理、施工现场监控等，如图10所示。
图9 构件管理界面 下载原图
(1)系统通过与智能压路机的对接，使全线路基压实情况基本完全保存下来;通过智能压实设备上传的数据，计算出单次填压的路基厚度是否超过规定范围，解决填筑超厚和压实度不够等问题。
(2)系统通过与智能摊铺机的对接，将GNSS基站发送的差分信号、和激光发射器发射的高程信息，进行处理计算，实现GNSS平面厘米级和高程毫米级定位。提高平整度、实现无桩化、数字化、精准化施工。
(3)系统通过与智能钻孔桩的对接，能以“厘米级精度”，实时采集和监控桩基钻孔过程中的桩位坐标、垂直偏差、钻进深度等数据，预警提示超标数据;解决钻孔桩偏位、倾斜以及进尺深度不足等问题。
(4)系统通过与拌和站主控电脑对接，实现对配合比、拌和温度、拌和时间等生产过程进行实时跟踪和有效控制。
图1 0 构件管理 下载原图
在实际的应用中，我们通过收集动态施工进度、动态试验检测数据，实现了对施工进度等方面的直观表达。同时，施工过程中产生的异常情况，也能及时的反馈给建设方和业主方。
3.3 资料管理资料管理模块采用基于BIM技术的多维信息数据库，主要是模型数据库，它采用Mysql关系型数据库为基础，将构成BIM模型的主要数据表格化后存入到数据库当中，建立模型数据库。此外，与模型相关的其他数据库还有文档数据库、空间数据库、多媒体数据库、日志数据库。这些文件纷繁复杂，都是以BIM技术为核心的数据载体，将BIM模型与各种数据库始终保持较强的关联性，在保证强关联的前提下，实现了通过模型从数据库检索出其他相关模型的目的。以多次冗余备份为主的数据安全手段提供了更好的屏障。
资料信息管理模块具有以下特点:(1)资料的全面准确管理;(2)通过模型搜索查找路径清晰准确。
4 结语本文依托双洮高速公路项目，通过建立BIM模型通用族库，创建项目的三维地形曲面模型、道路模型、桥梁模型、互通模型等BIM模型，开发出工程信息管理系统，建立高速公路建设信息化管理平台。依托BIM技术的可视化模型，可以形象、立体的存储设计、施工过程当中所产生的信息。在项目运维时期，通过对这些信息经过检索与加工，又能从模型中“吐出”，实现设计、施工信息的可追溯。可以说，其自身可“吞吐”数据信息的能力，就是我们挖掘BIM技术的最为宝贵的资源。
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