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摘要：基于Civil3D软件平台来构建公路勘察设计阶段的DEM数字高程模型，有效改善传统测试方式的缺陷，提高公路勘察设计的社会效益和经济效益，极大满足了公路项目管理实际需求。
关键词：BIM;公路勘察设计;数字高程模型;计算精度
公路勘察设计是公路工程质量的基础保障，公路勘察直接关系到公路质量和行车安全。建筑信息模型(BIM)以建设资料为基础，通过三维技术来建立建筑模型结构，实现对项目的可视化效果。基于此，本文基于Civil3D软件平台来构建公路勘察设计阶段的DEM数字高程模型，通过与传统公路勘察设计对比，验证BIM技术在道路勘察设计中的优势。
一、公路勘察设计数字高程模型
1.平面线路的设计
根据平面线路设计线路交点坐标和常规设计方法绘制线路图，在确定线路的起点和终点基础上，确定线路最优解方案。首先对以确定的交点坐标进行调整修饰，在线路生成中，利用Civil3D软件提供的半径参数、直曲表等参数进行线路属性设置，确定线路的百米桩、要素桩，在相应位置标注。线路构建完成后，可利用修改工具对线路属性表进行重新生成。
2.纵断面设计
对构建的线路，根据DEM中的定位信息，获得线路的地面纵断面图形结果，如根据线路的曲线样式、曲率半径、纵坡里程和设计标高等进行纵断面设计。利用人机交互来完成设计，若中间存在误差，则可采取人工处理方式对设计标高、变坡点里程进行修改处理。
3.道路几何参数设置
根据上述体统的公路设计资料和纵断面资料，建立该路段的立体几何模型，如表1所示为道路的几何参数信息表。
其中线路段0+860、0+870和1+100、1+110模型为程序默认过渡段，对于存在的道路参数问题可随时修改，如道路出现边坡相交情况时，可利用Civil3D软件调整边坡挖填方比例修正。道路成型后，为便于道路横断面的后续使用，需生成相应的道路边界。同时，可利用Civil3D软件对构建模型进行进一步渲染着色，建立形象化的公路显示图。
4.横断面设计
本节依据上述建立的曲面模型来设计横断面。横断面精确程度对工程施工过程中的土石方量具有决定性作用，因此，在构建横断面道路模型中应该保证模型的精确度，本文中横断面采样距离确定为30m。模型建立过程中，包括对百米桩横断面、桩横断面等要素。首先建立横断面的相应采样线，选取线路中线点作为中心线，根据道路边界条件来确定横断面左右侧距离，采样线建立后，由软件自动生成横断面图层，建立的横断面模型包括三个曲面信息:地面曲面、数字高程模型和地面加边坡及边界曲面。
5.土石方量计算
在建立的横断面土层基础上计算公路施工的土石方量，通过设置不同的获取方式来计算得到相应的土石方量。其中主要为两个曲面间的土石方量。本文中，两个曲面分别取边坡边界和数字高程模型，计算起始点和终点里程分别选定0+000km和0+860km。文中利用DEM计算的土石填方总量和挖方纵梁分别为为21423m3和23596m3。
6.插值分析
DEM的精度直接影响公路项目的纵断面和横断面设计、土石方量计算和路线设计。数字高程模型的影响因素包括地形条件、数据点、内插方法、分布密度、内插法等因素。本文主要分析插值对DEM的精度影响，影响结果以工程土石放量来衡量。根据实例方法，选取0+000km～0+100km公路段为例，分别采用原始测量点、自然零点插值、克里金插值法来构建建立数字高程模型，对路段的线路、横断面设计、土石放量计算。获得的计算结果见表2所示。
由表2可知，采用克里金插值法获得的土石方量挖填值与实测值最接近，二者相差7.91m3，自然临点插值法与实测值相差19.2m3，而基于原始测量点所获得的总挖填量与实测值相差32.72m3，相差最大。从中可知:在公路建模中采用克里金插值法获得的总挖填量与实际地形表面特征最适应。
二、勘察设计对比
1.地形图比较
传统设计模式下地形图的设计比例尺通常为1∶10000;施工比例尺通常设置为1∶2000。实际测量中，需对公路两侧规定范围详细测量。数字高程模型中，公路后期的横断面和纵断面设计工作都是基于构建的数字高程模型，因此前期测量过程中需要详细测量，为后期设计工作取得良好效果，这样后期实际测量工作便可大大下降，实现了横断面和纵断面的室内测量，且能够有效保证数字高程型的精度，进而满足后期土方量计算准确度。
2.纵断面比较
对于地面纵断面的建立，利用数字高程模型秩序测量桥涵等特殊比分便可以直接获得任意线路的地面纵断面，从而不需在人工野外测设，保证了路面纵断面的科学化和人性化。当设计线路要进行更改或重新计算时，可在数字高程模型中对相应工况参数进行重新设计便可得到地面横断面信息。对于纵断面的设计，同样可以在数字高程模型中进行拉坡、放坡操作便可满足勘察设计要求。
3.横断面比较
在建立的数字高程模型中，横断面的宽度可利用采样线和设置公路设计模型的边界条件来实现。若需要进行线路更改，同样可在数字高程模型中道路模型后获取任意横断面，通过设置要素桩、百米桩来获得横断面的具体数据。采用数字高程模型对横断面的设计工作提高了设计精度，无需野外操作，且减小了相应的测量步骤。实现了公路勘察设计的科学化和人性化。
4.精度比较
数字高程模型由于具有较多的横断面数量，因而所表征的信息与地面表面更接近，因而所获得的结果精度更高。同时，在建立数字高程模型是根据设计需求采用不同的插值法对DEM精度也是具有较大影响的。因此，在后续公路建设的实际设计施工中，可根据工程情况采用适应度插值法建模，从而有效提高公路工程勘察设计精度。
基于Civil3D软件DEM基础上建立的道路地面纵断面图，实现对道路设计纵断面图的放、拉坡操作，有效解决了公路建设过程中的道路边界问题，满足道路横断面设计。实现横断面道路设计中的土石方量的精确计算，相较于常规设计更省时、便捷，精度更高。利用BIM技术的Civil3D建立的公路勘察设计项目，数字高程模型、各类公路横断面、纵断面图以及相应的数据表格集成于DWG文档，实现了对数据图纸的在线修改和规律，满足项目管理实际需求。
参考文献：
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