淺談BIM技術(shù)在樞紐互通中的應(yīng)用

盧卓君

(湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410008)

為加快建設(shè)數(shù)字中國(guó)，我國(guó)已實(shí)施大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略，BIM技術(shù)作為近年來(lái)出現(xiàn)的新興信息技術(shù)在公路交通行業(yè)中也得到了大量應(yīng)用，但是大多數(shù)公路工程應(yīng)用的BIM技術(shù)都較為片面。尤其是在互通立交設(shè)計(jì)上的運(yùn)用較少。本文以某樞紐互通設(shè)計(jì)為例，基于“公路工程設(shè)計(jì)BIM系統(tǒng)”及“橋梁BIM設(shè)計(jì)師”等BIM正向設(shè)計(jì)軟件，將BIM技術(shù)運(yùn)用到樞紐互通設(shè)計(jì)中進(jìn)行方案比選，可以提高方案合理性，減少設(shè)計(jì)出圖出量的繁瑣工作，通過(guò)BIM成果實(shí)現(xiàn)所見即所得，高效地形成最終方案，提高了樞紐互通設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量，為今后類似的樞紐互通設(shè)計(jì)提供實(shí)例參考依據(jù)。

1 項(xiàng)目概況

某高速公路起點(diǎn)位于××鎮(zhèn)與某高速相接，路線總體自南向北布線，主線K采用高速公路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)速度為100 km/h，路基寬度26 m，雙向四車道。其中××樞紐互通立交位置位于某市××鎮(zhèn)，是某高速與已有高速公路M線(技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為設(shè)計(jì)速度100 km/h，路基寬度33.5 m，雙向六車道)的互通立交。根據(jù)××樞紐互通的工可批復(fù)的位置，結(jié)合互通各轉(zhuǎn)向交通量、現(xiàn)狀地形地質(zhì)地貌條件以及工程規(guī)模，現(xiàn)階段擬定2個(gè)同精度比較方案。

方案一：對(duì)角象限雙環(huán)式樞紐互通

對(duì)角象限雙環(huán)式樞紐互通范圍內(nèi)共設(shè)匝道橋梁1 109.522 m/4座，主線橋748.307 m/1座。設(shè)計(jì)荷載為公路-Ⅰ級(jí)。主線上跨已有高速公路，其他橋梁由A、B、C、D匝道橋等5座橋組成。本方案擬建互通C匝道橋及D匝道橋(單向雙車道10 m)分別下穿M線高速，上跨主線K高速。此方案匝道橋梁較長(zhǎng)，但山體開挖較小，土石方量較少；匝道平面指標(biāo)較高，行車舒適性、安全性較好。

方案二：完全苜蓿葉樞紐互通

苜蓿葉樞紐互通范圍內(nèi)共設(shè)主線橋754.521 m/1座。設(shè)計(jì)荷載為公路-Ⅰ級(jí)。主線橋梁上跨M線已有高速路。此方案設(shè)橋梁較少，但A、B、C、D環(huán)形匝道(單向單車道9 m)坡度較陡，土石方量較大；增設(shè)2條集散車道。工程量較大。

2 BIM技術(shù)在樞紐互通中的應(yīng)用

2.1 利用“公路工程設(shè)計(jì)BIM系統(tǒng)”進(jìn)行互通方案的正向設(shè)計(jì)

首先，將測(cè)繪的地形圖，利用總體子系統(tǒng)建立數(shù)字高程模型(DEM)，進(jìn)而獲得三維地形。影像數(shù)據(jù)主要是由其他地圖軟件下載來(lái)的低精度衛(wèi)星影像圖(DOM)。將DEM及DOM數(shù)據(jù)導(dǎo)入總體子系統(tǒng)中，構(gòu)建出三維可視化的設(shè)計(jì)環(huán)境，從而進(jìn)行公路正向設(shè)計(jì)。

在立交設(shè)計(jì)中，我們只需先批量建立好各個(gè)匝道路線及定義好各路線的標(biāo)準(zhǔn)斷面后，軟件通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)斷面模板進(jìn)行智能計(jì)算偏移值，直接利用加減速車道命令即可快速布設(shè)變速車道、分合流等，免去了手動(dòng)計(jì)算偏移值的繁瑣步驟。平面設(shè)計(jì)完成后，匝道縱斷面根據(jù)與其關(guān)聯(lián)的控制性縱坡參數(shù)自動(dòng)接坡接順主線及主匝道坡度，平縱面實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)，匝道之間各種凈空高度等位置關(guān)系通過(guò)控制點(diǎn)的自動(dòng)獲取功能方可直接標(biāo)記出來(lái)，這相對(duì)于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中不斷查看標(biāo)高后再回到縱斷面進(jìn)行標(biāo)記的方法要更加智能方便。最后，通過(guò)一鍵總體功能對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的路線進(jìn)行初步“戴帽子”從而生成邊坡、構(gòu)造物等三維模型。通過(guò)以上功能就完成了本項(xiàng)目樞紐互通平縱橫設(shè)計(jì)，大幅提升了樞紐互通設(shè)計(jì)效率。

圖1 平、縱、橫聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)

2.2 利用“公路工程設(shè)計(jì)BIM系統(tǒng)”進(jìn)行互通路基設(shè)計(jì)

將總體子系統(tǒng)中的路線數(shù)據(jù)導(dǎo)入路基子系統(tǒng)，然后設(shè)置路基斷面的填、挖方邊坡及防護(hù)工程等參數(shù)模板庫(kù)，即可快速生成路基BIM模型；可動(dòng)態(tài)查看路基橫斷面，模板庫(kù)可供后期項(xiàng)目隨時(shí)調(diào)用，可實(shí)時(shí)刷新設(shè)計(jì)模型；可以交互式進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)排水設(shè)計(jì)、支擋、土石方調(diào)配工作，并自動(dòng)生成設(shè)計(jì)所需的路基成果文件及橫斷面圖紙；大型項(xiàng)目可以靈活地對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行拆分合并，實(shí)現(xiàn)多人并行設(shè)計(jì)。

2.3 利用“公路工程設(shè)計(jì)BIM系統(tǒng)”進(jìn)行互通交安設(shè)計(jì)

通過(guò)導(dǎo)入路線、路基成果數(shù)據(jù)及模型文件后，借助于強(qiáng)大的經(jīng)驗(yàn)庫(kù)思想，實(shí)現(xiàn)了交安設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)化和智能化，設(shè)計(jì)完成后一鍵提交三維模型及二維圖紙?；谌S實(shí)景設(shè)計(jì)環(huán)境，使得交安設(shè)計(jì)過(guò)程形象生動(dòng)，方案核查簡(jiǎn)單直觀，設(shè)計(jì)效率大幅提升。本項(xiàng)目樞紐互通的標(biāo)志、標(biāo)線及護(hù)欄等設(shè)置均采用一鍵設(shè)計(jì)功能，快速完成方案一、二的設(shè)計(jì)及出圖對(duì)比。

2.4 利用“橋梁BIM設(shè)計(jì)師”進(jìn)行互通橋梁設(shè)計(jì)

由于傳統(tǒng)橋梁設(shè)計(jì)中經(jīng)常存在方案變更困難、出圖效率低下、質(zhì)量缺乏保障等問(wèn)題，導(dǎo)致設(shè)計(jì)工作較慢，反復(fù)修改較多。為提高工作效率，本項(xiàng)目利用“橋梁BIM設(shè)計(jì)師”進(jìn)行橋梁BIM設(shè)計(jì)。橋梁BIM設(shè)計(jì)師可實(shí)現(xiàn)模型可視化、設(shè)計(jì)參數(shù)化、信息共享化，可快速完成大多數(shù)常規(guī)橋梁的設(shè)計(jì)工作。本項(xiàng)目的匝道跨線主橋及匝道橋，通過(guò)利用橋梁BIM系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)和經(jīng)驗(yàn)庫(kù)技術(shù)，一座大橋僅需數(shù)秒就可生成三維模型，當(dāng)發(fā)生路線變更、橋梁跨徑參數(shù)調(diào)整時(shí)，均可快速完成設(shè)計(jì)更新和出圖，如圖2所示。

圖2 匝道橋模型設(shè)計(jì)

2.5 一鍵出圖

利用“公路工程設(shè)計(jì)BIM系統(tǒng)”及“橋梁BIM設(shè)計(jì)師”均可以自動(dòng)生成圖紙并成冊(cè)。若設(shè)計(jì)方案有調(diào)整，可僅對(duì)調(diào)整部分重新出圖，若方案改動(dòng)較大，也可一鍵全部重新成冊(cè)。該功能非常強(qiáng)大，解放了設(shè)計(jì)員繁瑣的修圖工作，尤其是互通連接部及標(biāo)高圖，以往傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作中往往需要手動(dòng)調(diào)整，如遇方案變更時(shí)還需反復(fù)地手改圖紙，非常耗時(shí)。運(yùn)用該軟件一鍵出圖功能，無(wú)論是總體、互通、路基、交安、橋梁等設(shè)計(jì)都能自動(dòng)化地輸出圖紙成果，效率極高，手動(dòng)修改量小，讓工程師從繁重的圖表工作中得以解放；從而提高了互通設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量。

2.6 利用BIM沙盤系統(tǒng)進(jìn)行漫游匯報(bào)

設(shè)計(jì)完成后，電子沙盤子系統(tǒng)可即時(shí)集成路線、路基、交安、橋梁等BIM模型，也可以自行添加地物等模型生動(dòng)還原項(xiàng)目場(chǎng)景，還可開展行車模擬和漫游以評(píng)估項(xiàng)目效果，沙盤可表達(dá)豐富的設(shè)計(jì)意圖，使方案匯報(bào)更加直觀。最后能將漫游成果導(dǎo)出視頻，應(yīng)用于項(xiàng)目匯報(bào)成果展示，有利于業(yè)主及甲方等單位對(duì)本項(xiàng)目設(shè)計(jì)成果的肯定及支持。

2.7 方案比選

本項(xiàng)目利用BIM與GIS技術(shù)深度融合并充分應(yīng)用在選線、互通、路基、交安、橋梁等正向設(shè)計(jì)中，通過(guò)“公路工程設(shè)計(jì)BIM系統(tǒng)”及“橋梁BIM設(shè)計(jì)師”等BIM設(shè)計(jì)軟件，對(duì)本項(xiàng)目方案一及方案二進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)比選和出圖出量，最終比較結(jié)果見表1。

經(jīng)過(guò)綜合比選，方案一雖然匝道橋梁較長(zhǎng)，但土石方數(shù)量、防護(hù)排水?dāng)?shù)量、占地較方案二少，且工程造價(jià)略低于方案二，考慮到方案一匝道平面指標(biāo)較高，行車較順直，行車安全性、舒適性較好，故初步設(shè)計(jì)階段推薦方案一。

通過(guò)利用BIM技術(shù)進(jìn)行樞紐互通的正向設(shè)計(jì)和方案比選，優(yōu)化了原有工作方式，顯著提升了設(shè)計(jì)工作的效率和準(zhǔn)確性；實(shí)現(xiàn)了勘察設(shè)計(jì)的精益化管理，通過(guò)設(shè)計(jì)流程信息化，實(shí)現(xiàn)了樞紐互通主要專業(yè)的參數(shù)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了由BIM模型自動(dòng)生成標(biāo)準(zhǔn)化的圖紙及圖表。在完成BIM模型設(shè)計(jì)后，可參數(shù)化、自動(dòng)化地獲取公路主體、各個(gè)專業(yè)的設(shè)計(jì)參數(shù)，自動(dòng)計(jì)算并生成二維CAD圖紙以及常用Excel成果表格，扭轉(zhuǎn)了由二維圖紙翻模應(yīng)用BIM的流程；實(shí)現(xiàn)了三維模型及設(shè)計(jì)參數(shù)真正意義的二維與三維聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了基于同一數(shù)據(jù)源的BIM正向設(shè)計(jì)和二維與三維一體化設(shè)計(jì)，主要專業(yè)的成果數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)各專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)，最終得出樞紐互通最佳方案。

表1 工程量比較表

3 結(jié) 語(yǔ)

該樞紐互通項(xiàng)目采用了“公路工程設(shè)計(jì)BIM系統(tǒng)”及“橋梁BIM設(shè)計(jì)師”等BIM設(shè)計(jì)軟件對(duì)樞紐互通進(jìn)行了正向設(shè)計(jì)和方案比選，成功將BIM技術(shù)應(yīng)用于樞紐互通設(shè)計(jì)中，不僅能更快更好地選定方案和直觀展現(xiàn)出最終推薦方案，而且工程造價(jià)更加合理、設(shè)計(jì)質(zhì)量顯著提高，為后續(xù)樞紐互通應(yīng)用BIM正向設(shè)計(jì)提供了參考，有利于推動(dòng)和規(guī)范BIM技術(shù)在樞紐互通設(shè)計(jì)中的廣泛應(yīng)用。