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面向BIM公路安全设计与评价探析

2021-03-04 09:43 来源:公路工程论文 人参与在线咨询

【摘要】本文涉及公路工程设计重要内容———安全设计与评价,对其工作中BIM技术的具体应用进行深入分析,提出BIM技术应用可以使设计工作发生的变化及优势,旨在为实际的安全设计与评价工作提供可靠技术支持,提高设计效率,保证设计质量,提升公路安全保障。

【关键词】BIM;公路安全设计;评价

0前言

BIM即建筑信息模型,原本主要在建筑工程领域应用,而随着BIM技术的不断发展和提高,在其他工程领域也可以应用该技术,尤其是公路工程。在公路工程中应用BIM技术,能切实做好安全设计,并完成综合评价,表现良好的应用价值。

1BIM在公路安全设计与评价中应用的基础

从当前局势看,二维软件设计依然是大多数公路项目的选择,在这种情况下,要想在公路的安全设计与评价过程中最大限度发挥BIM的优势和价值,应先做好一项准备工作,即明确传统二维文件与三维BIM模型之间的关联性,这决定了当前的公路设计能否和BIM真正的融合。采用不同设计软件得到的数据文件,其格式往往存在很大差异,不能实现统一读取,为了对二维文件进行良好的扩展读取,需要以工程设计文件特征为依据,确定标准化的数据模板,其内容有:①平面设计文件:直线数据,如起点和终点的桩号、起点和终点的方位角、转向、长度与各控制点的坐标等;圆曲线数据,如起点和终点的桩号、起点和终点的方位角、路线转向、长度、各控制点的坐标及圆曲线的半径等;缓和曲线数据,如起点和终点的桩号、起点和终点的方位角、路线转向、长度、各控制点的坐标及起点和终点的半径;②纵断面文件:以变坡点数据为主,如变坡点的具体桩号、半径和标高;③超高文件:以分段超高数据为主,如特征桩号两侧路肩和行车道的具体横坡;④宽度文件:以分段宽度数据为主,如桩号、中央分隔带、路面、路肩的宽度;⑤控制工程文件:桥梁数据,如桥梁的名称、起迄桩号、跨径、标高及分幅种类等;隧道数据,如隧道的名称和起迄桩号等。通过对现有二维设计文件进行参数分析,确定标准化的数据模板,以此对二维设计文件进行自动识别,并自动录入数据库,与此同时,采用以BIM为基础的算法,创建三维模型,结合结构物具体设置情况与地形模型,使公路模型得以自动生成[1]。基于BIM的公路自动建模技术如图1所示。

2公路安全设计与评价对BIM的具体应用

2.1BIM在公路工程中应用应先解决的问题。作为建筑信息模型,BIM在公路工程中的应用并不多,要想BIM能够在公路工程设计中得到广泛的应用,应先关注和解决以下几个方面的问题:①设计效率相对较低,现阶段BIM软件还主要从国外引入,无论是操作习惯,还是应用标准,都和国内存在一定差异,本土化软件开发程度较低,相比其他二维设计软件,实际的工作效率并不高;②不能满足成果交付提出的要求,二维图纸依然是工程设计成果交付关键条件,但当前BIM软件具有的出图功能还比较弱,实际的出图质量难以满足成果交付提出的要求;③BIM技术应用对硬件设备有着很高的要求,在BIM模型中,一般包含了海量数据信息,无论是文件存储,还是数据处理,均需提高配置,而且在应用时往往需要对高清影像数据进行处理,这无疑对设备提出了十分严格的要求[2]。

2.2基于BIM的公路设计安全评价与指标优化。通过对不同计算方法实施的综合对比,在规范提出的计算方法前提下对多种参数进行标定,以不同地区和项目具有的特点为依据,对关键参数及计算指标进行设定,使计算方法更加灵活、可控、准确和科学。在得出计算结果以后,采用BIM软件设计开发与我国国情相适应,且能满足标准要求的图纸或数据生成模块,从根本上解决二维成果交付方面的问题。根据现有评价标准,对运行速度是否协调进行智能评价,提出相应的评价方法,以相关计算结果为依据,对运行速度不够协调的路段进行自动识别,同时以评价参数为依据,对路段对应的各项设计指标和结构物设置等均提出合理可行的修改建议,最后对评价结果进行自动输出[3]。

2.3基于BIM的公路设计安全优化。在以往的设计工作中,通过对各项指标的计算,对运行速度的计算和确定是否协调进行必要的量化分析。在BIM技术的支持下,能在三维空间中对车辆以计算确定的运行速度持续运行时的状态进行动态模拟,以此观察不同空间因素受运行速度变化产生的影响,找出运行速度相差相对较大的或和设计速度存在较大差异的路段,以此为公路的线形设计提供良好参考依据,保证公路线形连续性与均衡性[4]。以运行速度的计算和分析结果为依据,通过对BIM技术的合理应用,由于技术自身具有可视化特点,能以很快的速度建立相应的三维模型,通过对驾驶人自身视点高度的灵活设置,能对公路建成之后车辆按照计算运行速度进行行驶时的具体驾驶状态进行动态模拟[5]。在过去对公路安全进行分析评价时,一般只能根据运行速度对应的计算结果来分析设计参数,并没有对沿线范围内环境可能对运行安全造成的影响给予应有的重视。对此,在实际工作中,应在BIM技术的支持下,建立与沿线范围内地形和地物情况完全相同的环境,以此对公路建设完成后车辆所处运行环境进行模拟,通过模拟,能及时找出潜在的各项安全隐患,使安全评价得到理想效果,将安全风险降至最低[6]。

2.4基于BIM的长大下坡段安全分析。在现行相关设计规范当中,对高等级公路工程的长大下坡段提出相应的界定标准,当工程的设计指标超出这一标准时,需在做好安全性评价工作的同时切实加强安全设计工作,这是保证公路运行安全的关键,需要引起相关人员的高度重视,将安全风险降至可接受的水平。规范提出的界定标准为:当平均纵坡小于2.5%时,连续坡长与相对高差均没有限制性要求;当平均纵坡为2.5%时,连续坡长不能超过20km,相对高差不能超过500m;当平均纵坡为3.0%时,连续坡长不能超过14.8km,相对高差不能超过450m;当平均纵坡为3.5%时,连续坡长不能超过9.3km,相对高差不能超过330m;当平均纵坡为4.0%时,连续坡长不能超过6.8km,相对高差不能超过270m;当平均纵坡为4.5%时,连续坡长不能超过5.4km,相对高差不能超过240m;当平均纵坡为5.0%时,连续坡长不能超过4.4km,相对高差不能超过220m;当平均纵坡为5.5%时,连续坡长不能超过3.8km,相对高差不能超过210m;当平均纵坡为6.0%时,连续坡长不能超过3.3km,相对高差不能超过200m。从以上标准可以看出,当路段的平均纵坡增加时,无论是连续坡长还是相对高差的限值都有所减小,这说明为保证连续下坡段的行车安全,需要在平均纵坡相对较大的情况下,在设计中缩短连续坡长,并减小相对高差[7]。根据汽车的动力学基本理论,按照能量守恒定律,为汽车制动系统温度预测创建相应的专业模型,以此通过模拟确定汽车在不同制动方式和汽车不同载重条件下连续下坡段行车制动系统温度参数,通过对这一方法的应用,能客观且准确地反映车辆行使安全状况。在此基础上,借助BIM技术对公路的各项设计指标予以分析,以此准确判断出连续下坡段的具体位置与长度。在进行安全评价分析时,车辆行驶至连续下坡段起点桩号后,对该路段各项参数予以主动提示,包括路段的长度与平面和纵面的指标[8]。完成对路段运行速度的分析计算后,系统以运行速度为依据通过计算确定汽车制动系统温度参数,此时对于设计人员而言,可将制动系统温度计算结果作为依据,在具有良好视距条件的部位设计避险车道,或采用其他形式的安全设施,以此保证路段的行车安全。与此同时,系统能对计算确定的汽车制动系统温度等参数进行自动保存,并在成果输出这一功能的支持下,导出各路段不同运行速度情况下对应的汽车制动系统温度预测结果。

3结语

综上所述,在当前的公路工程设计工作中,如何在BIM技术的支持下切实提高设计效率与质量是公路领域BIM技术应用难题所在。以上结合以往设计工作经验,充分利用BIM技术具有的自动计算功能与辅助分析功能使二维设计文件和BIM数据之间实现互联互通,并提出一套以BIM技术为基础的公路工程行车安全设计及综合评价方法,以此提高设计工作效率与安全性。在之后的工作当中,还能通过对VR技术等的应用开展虚拟驾驶,这对促进BIM技术在公路工程领域中的应用和推动公路设计改革都有十分重要的现实意义。

作者:谢海明 单位:云南省公路科学技术研究院

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