王潤澤　胡志勇　徐贊

摘 要：本文利用Civil 3d軟件能創(chuàng)建公路模型的功能，在創(chuàng)建曲面、縱斷面、路線的基礎(chǔ)上，公路模型自身也會實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)更新的特點(diǎn)。不僅能達(dá)到提高效率、控制成本的目的，而且可以將項(xiàng)目管理變得更加細(xì)致。隨著科技的不斷進(jìn)步，高速公路建設(shè)面臨的挑戰(zhàn)也日益增加，公路交通安全更是重中之重。從而對公路進(jìn)行安全性評價(jià)也變得尤為重要。BIM在近幾年的行業(yè)發(fā)展中不斷的進(jìn)步，技術(shù)也更加的成熟，在公路交通安全設(shè)施安全評價(jià)的應(yīng)用上的作用也越發(fā)的明顯了。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);Civil 3d軟件;Autodesk;安全評價(jià);公路模型

1 公路安全性評價(jià)的概述

公路技術(shù)安全評價(jià)是站在公路使用者的方向，按照特定的規(guī)則順序，采用特定的方法定性并且定量的方式，對公路技術(shù)安全進(jìn)行全面、系統(tǒng)的分析和評價(jià)。在公路運(yùn)輸行業(yè)中，也稱為公路安全評價(jià)或行車安全評價(jià)[1]。

公路安全評價(jià)的中心思想是預(yù)防為主，以預(yù)防為根本改造為輔助的基本規(guī)則進(jìn)行的。對可能發(fā)生的事故作出提前的預(yù)判以及處理，從而達(dá)到提高高速公路安全的目的。通過本項(xiàng)目的安全評價(jià)，可以進(jìn)一步落實(shí)建設(shè)單位和勘察設(shè)計(jì)單位為改善公路安全所作的努力，對保證和改善公路安全具有重要的積極意義。

根據(jù)《公路項(xiàng)目安全性評價(jià)規(guī)范》（JTGB05-2015）對交工驗(yàn)收階段安全性評價(jià)方法的規(guī)定，本次評價(jià)必須要進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)地踏勘和實(shí)地駕駛，才能對整個(gè)清單進(jìn)行必要的規(guī)范的安全檢查，使其結(jié)果得到肯定。

2 BIM在交通安全設(shè)施安全性評價(jià)的作用

2.1 Civil 3D軟件的應(yīng)用

目前廣泛使用Autodesk平臺的Civil 3D軟件進(jìn)行高速公路的BIM建模。Civil 3D有相當(dāng)強(qiáng)大的功能，在公路安全方面最直觀的功能便是三維數(shù)字地形模型。 而利用數(shù)字地形模型，可以更清晰、快速、精準(zhǔn)的繪制縱橫斷面圖、對尚未發(fā)生的地理圖形進(jìn)行提前的預(yù)判，及時(shí)的發(fā)現(xiàn)問題。 同時(shí)Autodesk Civil3D還整合了3D Map、CAD 等多種軟件，并具有范圍更廣的項(xiàng)目管理功能，為公路施工工程可能發(fā)生的安全隱患提供了完整的解決方案[2]。

Civil 3D中的曲面是該軟件基礎(chǔ)核心部分。在真實(shí)的施工過程中可以用原始地形點(diǎn)直接生成原始地面的數(shù)字三維模型，在地面模型上我們可以更直觀的進(jìn)行規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工等一系列的操作。而且與原本的圖紙相比，曲面更加具有動(dòng)態(tài)鮮明的特點(diǎn)，當(dāng)其被修改時(shí)，便可以自動(dòng)重新的構(gòu)建不需要人為操作。

公路模型是 Civil 3D 中的最新的強(qiáng)大功能。它能夠直接設(shè)計(jì)出公路所需要的曲面、路線和縱斷面，然后創(chuàng)建出更真實(shí)的公路模型。 就像 Civil 3D 中的其他對象一樣，如果修改了與本工程相關(guān)的曲面，或是更改了原有的路線或縱斷面，公路模型自身也會隨著更改作出相應(yīng)的調(diào)整[3]。

所有專業(yè)技術(shù)指標(biāo)均采用人工計(jì)算，計(jì)算精度低，工作比較多，需要多專業(yè)進(jìn)行配合，工作時(shí)間也相應(yīng)的變長了。將BIM技術(shù)與公路工程安全評價(jià)相結(jié)合，提出并量化了各行業(yè)安全評價(jià)的關(guān)鍵指標(biāo)，更加客觀、清晰地闡明了各職業(yè)安全指標(biāo)的權(quán)重，為決策者提供了依據(jù)決策依據(jù)。并為設(shè)計(jì)人員提供更加直觀的方法，從人來評價(jià)變成系統(tǒng)評價(jià)，傳統(tǒng)和BIM技術(shù)的結(jié)合提供了一個(gè)更加廣闊的思路[4]。

2.2 結(jié)合思路分析

2.2.1 運(yùn)行視距的安全分析

線路視距是保證行車安全的設(shè)計(jì)指標(biāo)，也是公路建設(shè)的強(qiáng)制性規(guī)范。路線上的車道應(yīng)具有足夠的視野，以便駕駛員能夠在第一時(shí)間對危險(xiǎn)作出應(yīng)對，增加了行車的安全度。在公路規(guī)范中，高等級公路的可見性采用停車視覺距離并且對二級高速公路的視距進(jìn)行了行車安全視距分析并提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)手法是無法與安全相結(jié)合的，公路定向的幾何施工指標(biāo)僅滿足規(guī)范要求，但是很可能對安全方面會產(chǎn)生一定的忽視，從而安全問題發(fā)生的概率大大增加了。

公路空間視距計(jì)算模型：

如圖1所示，以p1為駕駛員視點(diǎn)，遠(yuǎn)處路面最左側(cè)目標(biāo)點(diǎn)為p2，最右側(cè)目標(biāo)點(diǎn)為p3，構(gòu)成視線三角面。將公路模型中任意一塊或幾塊曲面進(jìn)行離散，在通過計(jì)算，便可以在沒進(jìn)行實(shí)際操作的情況下得到理論上比較可靠的空間視距，具體過程便不做詳細(xì)說明了[5]。

BIM行車視距的分析模塊：

通過對結(jié)果的分析，作出了BIM瞄準(zhǔn)線分析模塊。利用應(yīng)有的設(shè)計(jì)資料創(chuàng)建三維的公路模型。根據(jù)車速的空間視距模型，從視距的較低路段開始，消除可能發(fā)生的安全隱患。見圖2。

2.2.2 邊坡穩(wěn)定性分析

高速公路最重要的便是邊坡的穩(wěn)定性分析、深厚路塹邊坡穩(wěn)定性分析、高填方邊坡穩(wěn)定性分析和陡填方邊坡穩(wěn)定性分析。BIM技術(shù)可以快速提取邊坡開挖和填筑前后的剖面數(shù)據(jù)，也可以從三維地質(zhì)模型中提取沿線滑坡的剖面數(shù)據(jù)，對邊坡的穩(wěn)定性及其安全性進(jìn)行評價(jià)[6]。

2.2.3 長陡下坡路段安全性分析及工程實(shí)例

大型載重汽車由于重量比較大，制動(dòng)對汽車的損耗比較大，所以頻繁制動(dòng)會帶來一定的安全隱患[7]。因此，長陡下坡路段的安全分析是公路工程安全評價(jià)的關(guān)鍵內(nèi)容[8]。

長陡下坡界定標(biāo)準(zhǔn)：

現(xiàn)在，國內(nèi)外的學(xué)者，作為安全性的分析方法，長期使用急斜面的汽車用剎車鼓的溫度性能分析。在剎車測試中，測量在下坡的各種工作條件下剎車鼓的溫度變化，計(jì)算車的剎車距離和剎車鼓的溫度之間的關(guān)系。將工作速度納入貨物制動(dòng)溫度模型中，對水平和垂直的安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了綜合研究。本文結(jié)合能量守恒定律和傳熱理論，開發(fā)基于BIM技術(shù)的長期緊急剎車性能分析模塊?？紤]到汽車剎車鼓溫度變化引起的側(cè)線位置調(diào)整，通過動(dòng)作模擬分析各種氣象條件下側(cè)線位置調(diào)整的合理性和設(shè)計(jì)參數(shù)。

BIM應(yīng)用工程實(shí)例：

BIM系統(tǒng)研究的核心就是對程序的語言算法進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)工作，所以它對系統(tǒng)的工作性能和最終結(jié)果的準(zhǔn)確性起著至關(guān)性的作用。公路工程的安全評價(jià)系統(tǒng)包括多種運(yùn)算方法，但重中之重仍然是長大縱坡算法。該算法的主要方式還是利用能量守恒定律來模擬熱衰減過程，從而發(fā)現(xiàn)連續(xù)下坡路段的安全隱患。能夠準(zhǔn)確的確定長、陡、連續(xù)下降的位置和長度[9]。

（1）連續(xù)長坡下坡算法首先需檢驗(yàn)路段平均縱向坡面，平均縱坡按公式（1）計(jì)算：

（1）

公式中為平均縱坡，L為路線長度m，H為兩端高差m。

變速制動(dòng)器溫度模型按公式（2）計(jì)算：

（2）

其中，

通過對道路BIM技術(shù)的研究和系統(tǒng)的應(yīng)用，將PowerCivil建立的道路模型作為載體，自動(dòng)分析設(shè)計(jì)文件，預(yù)測行車速度。通過行車視距空間分析、小半徑自動(dòng)識別、折返、隧道入口等方法，對汽車制動(dòng)鼓溫度、線路平面、縱斷面、橋梁、隧道等指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算和評價(jià)。對于互通式立交匝道視距較小的區(qū)域，應(yīng)根據(jù)各階段安全評價(jià)的重點(diǎn)，科學(xué)制定安全評價(jià)報(bào)告的結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)的公路行業(yè)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法相比，公路項(xiàng)目安全評價(jià)體系更直觀、有效、實(shí)用，減少了“錯(cuò)、漏、錯(cuò)”現(xiàn)象。只有在不斷的減少人為客觀因素的參與，人為因素造成的“碰撞和缺陷”，讓系統(tǒng)自動(dòng)的客觀的來預(yù)測可能發(fā)生的問題、安全隱患、危險(xiǎn)狀況，才能更加系統(tǒng)的、更加具有針對性的得出解決方案。BIM技術(shù)對高速公路安全運(yùn)營的積極作用逐漸顯現(xiàn)。

3 結(jié)論

公路安全評價(jià)的重要性毋庸置疑，“公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”越來越受到企業(yè)的重視。高等級公路路面不僅參考了這一標(biāo)準(zhǔn)，而且普通路面也越來越受歡迎。在安全要求日益被重視的今天，人工計(jì)算已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代的安全需求。現(xiàn)代安全觀念不斷更新和發(fā)展，從安全設(shè)備和安全生產(chǎn)管理到設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行和維護(hù)全過程的管理和控制。過去的各種技術(shù)概念和方法必須與BIM相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)我們盡快成為交通強(qiáng)國的宏偉愿景。

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