本文依托某高速公路改扩建项目，针对路面结构复杂多样化的特点，深入分析路面拼宽与抬高各种组合工况。利用BIM技术，借助自主研发的路线专家系统及Civil3D软件，可实现二维设计成果向三维成果的转化，创建准确的改扩建三维路面结构模型。同时，基于三维模型，提取路面加铺、拼宽扩建的工程数量。该方法能够实现自动创建模型和算量，提升了工作效率。通过对比分析实际工程量，该方法较传统算量手段的准确性有较大提升，对类似工程具有一定的借鉴意义。
公路改扩建算量难题与解决思路
针对公路工程路面算量，传统计算方式多以路基段长度乘以宽度，得到路面面层投影面积，再乘以各层路面结构层厚度得到体积。该算量方法适用于路面宽度以及结构层厚度较为固定的新建公路工程。对于公路改扩建工程，拼宽形式多样，有双侧拼宽、单侧拼宽、局部分离新建，路面宽度一直变化；新路纵断面较老路存在局部抬高或下挖，加铺路面各结构层厚度也在一直变化，平纵组合综合考虑后，加铺拼宽工况更是多达四十余种。再考虑到单双拼宽过渡、路面结构铣刨等因素，传统的算量方法已无法适应如此复杂多变的情况，难以得出准确的道路工程量。
随着建筑信息模型（BIM）在公路工程中的不断应用，越来越多的技术积累让BIM技术更加适应公路工程的特点。建筑信息模型对工程对象的完整描述，特别是其对三维构件的描述以及完备的信息，让我们对解决改扩建工程量计算的难题有了新的想法。本文提出一种基于BIM技术，自动创建准确的高速公路改扩建路面三维模型，并根据模型提取各层路面结构的体积，以满足复杂工况工程量计算的需求。
BIM技术解决算量难题
具体实施流程，可以简要归纳为“五步走”：
1. 判断路基段落。根据老路拟合线位与新路线位的平面偏距，判定某段落是属于双侧拼宽、单侧拼宽或分离新建，并结合构造物分布情况，得到路基段路面结构段落。
2. 确定加铺工况。根据新建路与既有道路的标高差值，自动判断每个断面的加铺形式。
3. 调整加铺段落。结合考虑填挖段落以及最小施工长度等原则，调整得到最终与实际施工相同的路面施工加铺方案。
4. 构建三维路面结构模型。根据加铺方案，利用道路BIM软件，构建准确的高速公路改扩建三维路面结构模型。
5. 计算工程量。利用三维模型，自动提取所需工程量，并整理输出。
技术路线
工程应用
某高速公路改扩建项目，全长146.550公里，1996年年底建成通车，于2009年进行大修，现既有路面结构共有“黑加黑”“白加黑”两大种类。扩建方式以双侧扩建为主，单侧扩建为辅，局部进行分离式扩建；纵断面因受通道净高抬升影响以及提速120千米每小时后纵断面调整，局部抬升较高。要求路面加铺拼宽设计时充分考虑旧路抬高情况下新旧路的衔接。结合本项目的项目特点，利用“算量方法”，计算道路各层结构工程量模型，并与实测值进行对比。
平面判定原则
实施技术路线如下：
（1）本项目扩建方式以双侧扩建为主，单侧扩建为辅，局部进行分离式扩建。
根据平面判定原则，在Civil 3D中通过部件编辑器中编写脚本公式，实现自动确定改扩建路线拼宽方式。
平面判定原则转换
从表2中可以看出，基于BIM技术由程序自动判断形成的路线拼宽方式段落统计结果与传统设计统计结果大致一致，但前者更精确。
（2）根据纵面抬高加铺判定原则，确定各加铺方案段落。
纵面抬高加铺判定原则
利用BIM技术得到的加铺方案相关段落设置如表4。
通过对比可见，两种方式得到的加铺方案段落大体一致，由于传统设计中，是通过对逐桩（多为20米一个桩）填挖高来确定的起终点桩号，所以其起终点桩号多处于整20米桩号处，而后者是对全线填挖高采用精确计算得到的起终点桩号，显然其起终点桩号更贴合实际情况。
（3）结合路面拼宽设计图，对各加铺方案编制相对应部件，利用civil3D创建模型，得到三维路面结构模型。
路面拼宽设计图
通过对比可见，三维路面结构模型横断面视图与路面拼宽设计图表达一致。
（4）利用三维路面结构模型批量提取路面加铺、拼宽扩建工程数量，使项目的工程数量能准确统计。选取某下挖段K90+100～K90+180路面工程数量如表5所示，由于该段位于右偏R-5500的圆上，因此左右侧体积存在微差。
BIM模型提取工程数量与传统设计工程数量对比如表6。从对比表可看出，传统设计中左右侧体积值一样，均为近似数，BIM模型提取的工程数量与传统设计工程数量相差不大，而前者数量更为准确。
对本项目利用上述技术路线，能得到全线路面加铺、拼宽扩建工程数量，从而实现利用BIM技术辅助算量。
依托改扩建高速公路项目进行实施，通过平面判定原则确定路线拼宽方式、纵面抬高原则确定各加铺方案，结合路面拼宽设计图编制部件，创建三维路面结构模型，利用模型提取路面加铺、拼宽扩建工程数量，实现自动创建模型和算量，提升工作效率及准确性，为BIM技术在对类似的工程具有一定的借鉴意义。
本文刊载 / 《桥梁 · BIM视界》杂志
作者 / 汪海芳 黄炎
作者单位 / 中交第二公路勘察设计研究院有限公司
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