胡哲卿

（1同濟(jì)大學(xué) 上海 200092 2天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院 天津 300191）

城市互通式立交橋梁概念設(shè)計(jì)BIM應(yīng)用研究

胡哲卿1,2

（1同濟(jì)大學(xué) 上海 200092 2天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院 天津 300191）

本文介紹了某市立交橋梁工程方案階段概念設(shè)計(jì)的BIM可視化應(yīng)用，闡述了互通式立交橋梁BIM設(shè)計(jì)的一般流程與主要BIM應(yīng)用點(diǎn)，如地模制作、路線設(shè)計(jì)、可視化應(yīng)用等，為市政行業(yè)BIM應(yīng)用提供了相關(guān)參考。

BIM；互通式立交；可視化

0 前言

建筑信息模型（BIM）是以三維圖形為主的電腦輔助設(shè)計(jì)，是用數(shù)字化模型來(lái)表示建造物的構(gòu)件，它可以讓項(xiàng)目各參與方通過(guò)模擬項(xiàng)目的各階段，實(shí)現(xiàn)全生命周期內(nèi)效率與質(zhì)量的提高，減少錯(cuò)誤的發(fā)生。橋梁工程在市政行業(yè)所占比重大，所以開展橋梁工程中的BIM應(yīng)用研究的意義十分重要。

1 工程概況

某市立交橋梁工程的建設(shè)拉近了中心城區(qū)與高新區(qū)，加快了二者的融合。完善規(guī)劃路網(wǎng)，提升道路等級(jí)的一條快速通道。項(xiàng)目總投資19億元。道路長(zhǎng)度8.5公里，其中快速路8.5公里，主干路0.4公里，期間共設(shè)置橋梁3座。本次BIM應(yīng)用采用Bentley軟件對(duì)其中一處互通式立交部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2 總體應(yīng)用流程

該工程為八匝道互通式立交工程，橋梁上部結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆箱梁結(jié)構(gòu)，下部結(jié)構(gòu)為圓形墩柱接承臺(tái)與樁基礎(chǔ)，總建模面積 33萬(wàn)平米。橋梁結(jié)構(gòu)建模面積約 18.5萬(wàn)平米。

BIM設(shè)計(jì)首先要進(jìn)行地模制作。再根據(jù)現(xiàn)狀查勘環(huán)境建立關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，如拆遷房屋，相接順橋梁，下穿道路等。最后將航拍圖片與地模結(jié)合形成較真實(shí)的地形環(huán)境。

使用PowerCivil軟件進(jìn)行橋梁建模設(shè)計(jì)，通過(guò)縱斷編輯器可以將平曲線與縱斷線型結(jié)合生成直觀的三維橋梁中線，可直接查詢樁號(hào)、高程、坡度等信息。利用橫斷面編輯器將橫斷面模板深化設(shè)計(jì)，可添加橫斷面布設(shè)、橫坡度、寬度、結(jié)構(gòu)使用材料等相關(guān)信息。將創(chuàng)建的橫斷面模板附于道路線形中，形成完整的三維立交橋梁模型。

最后將模型通過(guò)專業(yè)軟件渲染后，可以實(shí)現(xiàn)效果圖與實(shí)景漫游動(dòng)畫，便于方案匯報(bào)與比選。確定好方案后，使用BridgeMaster軟件進(jìn)行常規(guī)現(xiàn)澆箱梁設(shè)計(jì)，通過(guò)設(shè)置橋梁結(jié)構(gòu)基本參數(shù)，自動(dòng)生成上部、下部結(jié)構(gòu)與附屬圖紙與模型，生成的模型可以實(shí)現(xiàn) PowerCivil軟件的互導(dǎo)。橋梁結(jié)構(gòu)的鋼筋模型需要配合 ProConcrete與ProStructures軟件實(shí)現(xiàn)。

3 BIM應(yīng)用特點(diǎn)

3.1 地模制作

在地模制作中，可將實(shí)地勘測(cè)獲得的地形數(shù)據(jù)導(dǎo)入PowerCivil建模軟件，搭建數(shù)字地理模型，形成三角網(wǎng)地模，最終優(yōu)化為曲面地形。在方案階段就可以進(jìn)行拆遷房屋的精細(xì)化比選。比較傳統(tǒng)的二維平面，可以快速得知所需點(diǎn)位的高程，不會(huì)因?yàn)椴杉叱厅c(diǎn)位不夠而帶來(lái)設(shè)計(jì)精度不足的問(wèn)題。

通過(guò)真實(shí)的地形模型可以還原項(xiàng)目周邊環(huán)境，模擬石德鐵路與立交匝道、輔道車輛下穿通過(guò)，展現(xiàn)斜拉橋與立交相對(duì)位置關(guān)系等。將現(xiàn)狀周邊環(huán)境與新建三環(huán)立交放在同一模型中，從而選擇出線形平順美觀、市民出行方便的最優(yōu)方案。

3.2 路線設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的路線設(shè)計(jì)是通過(guò)“平面線形”和“縱斷面線形”表達(dá)出來(lái)。需要用樁號(hào)分別查詢平面與縱斷面信息，然后組合。圖面復(fù)雜繁亂，不夠直觀。BIM設(shè)計(jì)將平面線形和縱斷面線形疊合成為三維道路線形，可從中直接查詢樁號(hào)、高程、坡度等信息。同時(shí)可以從三維道路線形中提取每條路線的縱斷面線，從而作出修改或查詢相關(guān)信息，并實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一修改。

BIM橫斷面模板將二維橫斷面圖、路面結(jié)構(gòu)圖、路基處理圖融合，可從模型中查詢橫斷面布設(shè)情況、橫坡度、道路寬度、每層結(jié)構(gòu)使用材料等相關(guān)信息。創(chuàng)建的橫斷面模板激活到道路線形中，形成集二維平面圖、縱斷面圖、橫斷面圖、路面結(jié)構(gòu)圖、路基處理圖于同一模型。在立交分、合流處有時(shí)匝道與主線存在高差無(wú)法順接，這在二維設(shè)計(jì)中是很難發(fā)現(xiàn)的，使用PowerCivil軟件在模型階就可以調(diào)節(jié)此處路面高程，對(duì)設(shè)計(jì)加以完善，避免了施工錯(cuò)誤。

通過(guò)BIM數(shù)據(jù)庫(kù)可以實(shí)現(xiàn)任一階段上工程基礎(chǔ)信息的快速獲取，快速計(jì)算每個(gè)組件的工程量，提升施工預(yù)算的精度與效率，有效提高施工管理效率。

3.3 可視化應(yīng)用

立交設(shè)計(jì)圖紙是將各個(gè)構(gòu)件的信息在圖紙上的線條表達(dá)，但是由于空間、結(jié)構(gòu)體系的復(fù)雜性，同時(shí)二維圖紙很難確定主線、匝道以及輔道各個(gè)流向之間的互通關(guān)系。采用BIM技術(shù)逐漸實(shí)現(xiàn)互通立交設(shè)計(jì)的可視化，使得以往的線條構(gòu)件變?yōu)槿S的立體實(shí)物圖形展示在人們的面前。BIM可視化能夠使構(gòu)件之間形成互動(dòng)與反饋性，貫穿了項(xiàng)目的整個(gè)生命周期。

使用BIM模型可清晰直觀地展現(xiàn)道路建成后交通標(biāo)線情況與主線匝道之間的空間層次及橋墩分布情況清晰分明。也可以從不同角度不同方位模擬車輛通過(guò)，進(jìn)行墩柱外觀選型等等。

BIM信息模型在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程都是可視化的，所以，可視化的結(jié)果不僅可以用來(lái)類似效果圖的展示及匯報(bào)材料的生成，更重要的是項(xiàng)目設(shè)計(jì)、建造過(guò)程中的溝通、討論、決策都在直觀的狀態(tài)下進(jìn)行。利用BIM的三維技術(shù)可以進(jìn)行碰撞檢查、凈空檢測(cè)，從而優(yōu)化設(shè)計(jì)，精確控制凈高，大大減少在施工階段返工和存在錯(cuò)誤損失的可能性。

3.4 海綿城市技術(shù)應(yīng)用

在這個(gè)項(xiàng)目中我們也首次將海綿城市的設(shè)計(jì)理念通過(guò)BIM 技術(shù)表達(dá)出來(lái)，同時(shí)應(yīng)用Infoworks軟件對(duì)排水效果進(jìn)行驗(yàn)證，使方案得以順利通過(guò)。項(xiàng)目的整套排水系統(tǒng)由低影響開發(fā)設(shè)施和傳統(tǒng)市政管線共同組成，最大限度發(fā)揮綠地調(diào)蓄及土壤下滲作用的同時(shí)，也可以在大雨暴雨時(shí)路面無(wú)積水，保證排水安全。路面取消傳統(tǒng)雨水收水井，雨水通過(guò)過(guò)水側(cè)石進(jìn)入下凹式綠化帶調(diào)蓄。當(dāng)水位到達(dá)溢流高度時(shí)則通過(guò)溢流口進(jìn)入下滲式收水井。

結(jié)合該市土質(zhì)及地下水位分析，雨水進(jìn)入溢流井后通過(guò)盲管及井底的滲孔可直接進(jìn)入地下，如雨量過(guò)大則通過(guò)收水支管溢流進(jìn)入市政雨水管道，這樣保證了排水安全。

3.5 BIM-4D、5D模擬

4D進(jìn)度模擬：可以使參與方從模型中很快地了解投標(biāo)單位對(duì)工程施工組織的編排情況、主要的施工方法、總體計(jì)劃等，從而對(duì)投標(biāo)單位的施工經(jīng)驗(yàn)和實(shí)力做出初步評(píng)估。

5D造價(jià)控制：提供按照流水段、進(jìn)度計(jì)劃、時(shí)間、構(gòu)件等豐富的物資量統(tǒng)計(jì)功能，并提供施工常用物資需用計(jì)劃表，為物資采購(gòu)、限額領(lǐng)料提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)支撐。

在項(xiàng)目的后續(xù)應(yīng)用中，我們將加入Revit軟件，廣聯(lián)達(dá)軟件。配合Bentley軟件i-model模型綜合應(yīng)用BIM-4D、5D等技術(shù)，創(chuàng)建多維度的信息模型。繼續(xù)研究項(xiàng)目多參與方、多層次的協(xié)同管理技術(shù)、深化BIM應(yīng)用功能。實(shí)現(xiàn)該工程從決策到后期運(yùn)維的全生命周期的集成、動(dòng)態(tài)和可視化管理。

4 結(jié)束語(yǔ)

BIM技術(shù)是畫圖習(xí)慣與設(shè)計(jì)觀念上的革新、是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境以及團(tuán)隊(duì)協(xié)同新意識(shí)的培養(yǎng)，是構(gòu)思和交流設(shè)計(jì)的強(qiáng)大工具，也是贏得市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的有利武器。運(yùn)用道路模型可以進(jìn)行碰撞檢查、凈空檢測(cè)、可視化漫游等等，線形平順美觀以及行車安全的最優(yōu)方案，真實(shí)直觀的表達(dá)設(shè)計(jì)意圖，大大加快了項(xiàng)目進(jìn)程，提高應(yīng)用效率。

未來(lái)BIM技術(shù)將推動(dòng)整個(gè)設(shè)計(jì)行業(yè)進(jìn)入數(shù)據(jù)時(shí)代，從三維信息模型3D模擬，到加入時(shí)間進(jìn)度的4D，再到成本概念植入的5D，BIM技術(shù)將繼續(xù)前進(jìn)到帶有可持續(xù)分析的6D，最終實(shí)現(xiàn)基于BIM運(yùn)維管理的7D模擬，將實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目全壽命周期的應(yīng)用。

[1]盧琬玫.BIM技術(shù)及其在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究[D].天津大學(xué)碩士學(xué)位論文，2013

[2]郭鑫.革命與轉(zhuǎn)型—BIM技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用[J].中國(guó)城市規(guī)劃年會(huì)論文集，2014

TU7

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1007-6344（2017）02-0093-01