王雨蒙

（濟(jì)南市市政工程設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，山東 濟(jì)南 250101）

BIM技術(shù)在快速路工程中的應(yīng)用研究

王雨蒙

（濟(jì)南市市政工程設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，山東 濟(jì)南 250101）

隨著國(guó)家對(duì)BIM政策的引導(dǎo)與支持，BIM技術(shù)在市政行業(yè)的應(yīng)用越來(lái)越多。主要介紹了新疆烏魯木齊市東外環(huán)快速路工程的概況、工程特點(diǎn)、難點(diǎn)以及BIM技術(shù)在本工程中的應(yīng)用，闡述了BIM技術(shù)在快速道路工程、高架路工程、隧道工程及地下管線工程中的交通仿真、管線碰撞、動(dòng)畫演示、工程量統(tǒng)計(jì)等方面的幫助作用。此外，還對(duì)BIM技術(shù)在市政工程中的具體實(shí)施方案和在其應(yīng)用中總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)進(jìn)行了闡述。

BIM；快速高架路；管線

0 引言

BIM技術(shù)最早始于20世紀(jì)末的美國(guó)，其應(yīng)用在歐美及日本等地區(qū)發(fā)展迅速。目前我國(guó)的BIM技術(shù)應(yīng)用正處于起步階段，應(yīng)用BIM的建筑企業(yè)還不到10%，而在市政行業(yè)中應(yīng)用的更少。但在住建部近日發(fā)布的《2016—2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》中，對(duì)利用信息化技術(shù)提升建筑市場(chǎng)和工程建設(shè)監(jiān)管水平提出了具體要求，把BIM列入“十三五”期間建筑業(yè)信息化的發(fā)展重點(diǎn)。

BIM模型的可視化特點(diǎn)可以讓甲方很容易地了解圖紙方案和優(yōu)劣，提出方案調(diào)整意見和確定方案，以達(dá)到降低決策溝通成本的目的。還可以有效實(shí)現(xiàn)多專業(yè)設(shè)計(jì)模型的集成，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)多階段間信息的流轉(zhuǎn)，減少因設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維行業(yè)割裂造成的信息孤島。

目前在國(guó)內(nèi)還沒(méi)有適用于道路橋梁項(xiàng)目全過(guò)程的BIM解決方案，通過(guò)本項(xiàng)目可以證明BIM技術(shù)在市政行業(yè)的重要性以及必要性，并建立一套適用于道橋項(xiàng)目全過(guò)程的BIM設(shè)計(jì)解決方案。在本項(xiàng)目中可以實(shí)現(xiàn)部分橋梁構(gòu)件的參數(shù)化，解決項(xiàng)目中的協(xié)同問(wèn)題以及解決各個(gè)軟件之間的數(shù)據(jù)互換問(wèn)題。

雖然現(xiàn)在BIM技術(shù)還處在初級(jí)階段，初次設(shè)計(jì)建模時(shí)所耗時(shí)間和精力較多，對(duì)建立三維模型需要配備的電腦硬件配置要求也很高，但是BIM數(shù)據(jù)化的設(shè)計(jì)思路和先進(jìn)理念對(duì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率提高起到了顯著作用，在不久的將來(lái)它將成為設(shè)計(jì)的主流。

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

新疆烏魯木齊東二環(huán)快速路工程，是烏魯木齊綜合交通樞紐的重要組成部分。其主線全長(zhǎng)43 km，伴行輔道、繞行輔道合計(jì)長(zhǎng)度為42 km，還包含高架橋9座，互通立交5座，中小橋6處，通道2處，分離立交9處，天橋7處，渡槽1處及簡(jiǎn)易互通1處。

市政管線主要包括電力、通信（含有線電視）、燃?xì)?、熱力、給水、雨水、污水、中水及防洪設(shè)施其他一些管線及設(shè)施。給水管線長(zhǎng)約60 km，污水管線長(zhǎng)約50 km，雨水管線長(zhǎng)約80 km。

1.2 工程特點(diǎn)和難點(diǎn)

為了方便快速地進(jìn)行選線方案比選，較好地把握工程尺度，進(jìn)行相關(guān)分析，提高模型重復(fù)利用率，可視化匯報(bào)等，確定采用BIM技術(shù)。

BIM設(shè)計(jì)的難點(diǎn)主要體現(xiàn)在項(xiàng)目本身的設(shè)計(jì)難度和BIM技術(shù)自身的難度這兩方面。烏魯木齊東二環(huán)快速路工程是城市骨架路網(wǎng)上的高等級(jí)道路工程，其沿線地面環(huán)境復(fù)雜，經(jīng)過(guò)居住區(qū)、河流、部隊(duì)駐區(qū)和地質(zhì)塌陷區(qū)等；涉及到的專業(yè)眾多，有交通工程、道路工程、橋梁工程、隧道工程、排水工程、照明綠化等附屬工程，協(xié)調(diào)難度大。

BIM應(yīng)用的難點(diǎn)有：（1）道路等級(jí)高、功能全、規(guī)模大；（2）建設(shè)條件復(fù)雜，地面環(huán)境、地下環(huán)境復(fù)雜；（3）專業(yè)多：道路、橋梁、高架、隧道、給排水及通信；（4）缺少道橋項(xiàng)目BIM解決案例；（5）在道路設(shè)計(jì)方面，使用Civil 3D的道路設(shè)計(jì)模塊。首先確定道路的偏移路線，然后通過(guò)橫斷裝配偏移及改變橫斷裝配的裝配形式進(jìn)行道路建模。由于道路橫斷變化較多，使用Civil 3D的傳統(tǒng)操作進(jìn)行裝配時(shí)工作量大。在局部更改橫斷時(shí)，要先拆分道路，再更改橫斷裝配，工作流程繁瑣，見圖1。（6）歐特克BIM軟件套包內(nèi)沒(méi)有橋梁模塊，在處理橋梁匝道與主橋相接處，橫向坡度相反過(guò)渡無(wú)法準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)換。在同一款軟件內(nèi)，不能同時(shí)創(chuàng)建箱梁與橋墩，而且還無(wú)法解決橋梁的三維配筋問(wèn)題。（7）在Revit中雖然可以添加下部結(jié)構(gòu)的配筋，但是工作量大，且配筋很難跟整個(gè)模型的參數(shù)相關(guān)聯(lián)。（8）在管線設(shè)計(jì)中，檢查井的樣式不能自行添加修改，而系統(tǒng)自帶的檢查井樣式，很多又不符合我院的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，這樣給設(shè)計(jì)人員帶來(lái)很大的不便。（9）現(xiàn)狀管線、建筑物較多，人工建模需要較長(zhǎng)時(shí)。如果不建成模型無(wú)法看出與橋梁的距離、體量關(guān)系，因此需要找到一種批量、快速建模的方法。（10）三維設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于橋梁體量大，管道多，計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度很慢。（11）目前國(guó)家沒(méi)有出臺(tái)相關(guān)的三維交付標(biāo)準(zhǔn)，三維模型生成的二維工程圖不符合國(guó)家現(xiàn)行的制圖標(biāo)準(zhǔn)，影響施工方與設(shè)計(jì)人員對(duì)BIM的認(rèn)可。

圖1 Civil 3D中道路橫斷裝配

2 BIM組織及應(yīng)用環(huán)境

2.1 BIM應(yīng)用目標(biāo)

通過(guò)本工程的BIM實(shí)施，建立一套適用于道橋項(xiàng)目全過(guò)程的BIM設(shè)計(jì)解決方案。

BIM應(yīng)用的目標(biāo)有：（1）道路、高架橋、互通立交組合結(jié)構(gòu)復(fù)雜。通過(guò)三維設(shè)計(jì)模型，可以檢查道路、橋梁、管線各構(gòu)件之間相互關(guān)系，驗(yàn)證施工時(shí)的可操作性，而且將設(shè)計(jì)方案更好的呈現(xiàn)給甲方，使甲方能更好的進(jìn)行決策。（2）道路線形發(fā)生變化時(shí)，道路的平面、交叉口以及管線也隨著發(fā)生變化。進(jìn)行工程BIM協(xié)同，以滿足工程設(shè)計(jì)過(guò)程中道路線形、橋型、管線等變化。（3）建設(shè)構(gòu)件庫(kù)使模板快速實(shí)例化，提高設(shè)計(jì)效率。（4）形成可以指導(dǎo)其他類似項(xiàng)目的流程和標(biāo)準(zhǔn)。

本工程中BIM實(shí)施的應(yīng)用點(diǎn)有：基于道路曲線的橋隧結(jié)構(gòu)創(chuàng)新建模方法；方案比選；構(gòu)件庫(kù)的開發(fā)與應(yīng)用；全專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)；基于BIM的交通仿真；碰撞檢查；工程數(shù)量統(tǒng)計(jì)；基于BIM模型的全專業(yè)的二維出圖；Revit環(huán)境下快速建模工具的開發(fā)與應(yīng)用；三維場(chǎng)景虛擬漫游。

2.2 實(shí)施方案

使用Civil 3D進(jìn)行地形數(shù)據(jù)的處理，創(chuàng)建地形曲面，給衛(wèi)星圖片添地理坐標(biāo)。使用ArcGIS軟件進(jìn)行現(xiàn)狀建筑及現(xiàn)狀管線批量生成；道路、管線使用Civil 3D進(jìn)行建模，橋梁上部結(jié)構(gòu)使用Civil 3D進(jìn)行創(chuàng)建，下部結(jié)構(gòu)使用Revit進(jìn)行創(chuàng)建，并在Revit中進(jìn)行橋梁模型整合；標(biāo)志標(biāo)牌、路燈（新疆雪蓮燈）等模型統(tǒng)一在Revit中創(chuàng)建完成。

在模型創(chuàng)建完成后，在Civil 3D中進(jìn)行高程分析、流域分析、視距分析、超高分析等工作；使用Infraworks進(jìn)行模型整合、方案展示等工作。

工作流程見圖2。

圖2 BIM工作流程圖

2.3 團(tuán)隊(duì)組織

成立BIM團(tuán)隊(duì)，設(shè)置BIM項(xiàng)目經(jīng)理和各專業(yè)BIM工程師，同時(shí)還有工程經(jīng)驗(yàn)豐富的各專業(yè)工程師擔(dān)任專業(yè)技術(shù)支持團(tuán)隊(duì)。人員包含全專業(yè)，具有一定的專業(yè)知識(shí)和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，學(xué)習(xí)能力強(qiáng)，溝通能力好，能夠很好的完成技術(shù)、知識(shí)和流程的傳遞，并且能夠幫助他人成長(zhǎng)，從而逐步實(shí)現(xiàn)企業(yè)向全專業(yè)、全人員、全流程的BIM設(shè)計(jì)生產(chǎn)格局轉(zhuǎn)變，見表1。

表1 BIM團(tuán)隊(duì)人員配備表

2.4 應(yīng)用措施

根據(jù)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行專業(yè)拆分，每個(gè)項(xiàng)目組成員分配具體的任務(wù)；依據(jù)建模流程制定協(xié)同模式、工作流程；根據(jù)設(shè)計(jì)需求，確定每個(gè)成員的工作內(nèi)容、深度、進(jìn)度安排。

2.5 軟硬件環(huán)境

BIM軟件對(duì)于計(jì)算機(jī)的硬件要求較高，至少使用4核CPU，8GB內(nèi)存，64位系統(tǒng)，獨(dú)立顯卡1G緩存，最好有一臺(tái)服務(wù)器，以便于運(yùn)行大型項(xiàng)目。

通過(guò)前期的調(diào)研、咨詢與學(xué)習(xí)，本項(xiàng)目決定使用Autodesk平臺(tái)的幾款核心軟件進(jìn)行BIM設(shè)計(jì)，主要使用的軟件有 Infraworks、Civil 3D、Revit、Navisworks、ArcGIS軟件。

3 BIM應(yīng)用

3.1 BIM建模

建模涵蓋全線43 km的地形、建（構(gòu)）筑物、橋梁、道路、管線等設(shè)計(jì)內(nèi)容。

3.2 BIM應(yīng)用情況

首先，創(chuàng)建地形三角網(wǎng)格曲面，繪制道路中心線和縱斷面，添加道路偏移，然后裝配道路、橋梁管線模型。采用Civil 3D軟件，根據(jù)CAD地形圖中的等高線、高程數(shù)據(jù)點(diǎn)、河流及湖泊位置快速、精確建立數(shù)字地面曲面模型。

由于道路、橋梁中心線都是空間曲線，而且設(shè)計(jì)道路寬度頻繁變化、匝道曲面過(guò)渡困難、高程依靠樁號(hào)，使得Revit等建模工具難以完成橋隧結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，通過(guò)探索，我們將Civil3D和Revit功能進(jìn)行結(jié)合解決了這一建模難題。

道路模型的創(chuàng)建在Civil 3D中完成。Civil 3D能夠設(shè)計(jì)公路、鐵路、溝渠、橋梁或其它任何與曲面關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)的地物。平面線形設(shè)計(jì)用Civil 3D曲線法定義道路、橋梁、互通匝道線形。縱斷設(shè)計(jì)直接在設(shè)計(jì)地形上截取現(xiàn)狀地面線，然后進(jìn)行縱斷拉坡設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)過(guò)程中可以通過(guò)實(shí)時(shí)查看三維模型，輔助項(xiàng)目設(shè)計(jì)。

橫斷面主要是根據(jù)道路板塊形式進(jìn)行劃分，如：快慢車道、綠化帶、人行道等。

Civil 3D道路平面交叉口可以根據(jù)交叉線路不同，設(shè)計(jì)不同的交叉口樣式，如T形，十字等?？梢赃M(jìn)行交叉口、公交車站局部拓寬車道設(shè)計(jì)，添加導(dǎo)流道，進(jìn)行交叉口豎向設(shè)計(jì)。

如果修改與道路關(guān)聯(lián)的曲面，如編輯了道路中心線或縱斷面，道路模型會(huì)進(jìn)行實(shí)時(shí)的更新，減少后期修改模型的工作量。

橋梁通過(guò) Civil 3D的 Autodesk Subassembly Composer編輯創(chuàng)建橋梁的上部結(jié)構(gòu)橫斷裝配，見圖3。在Civil 3D中根據(jù)地形以及設(shè)計(jì)需求，調(diào)整橋梁的平曲線、縱曲線，并通過(guò)創(chuàng)建出的橫斷裝配，裝配出橋梁上部結(jié)構(gòu)模型，提取出實(shí)體。橋梁的下部結(jié)構(gòu)模型以及部分附屬設(shè)施則由Revit創(chuàng)建生成。在Autodesk InfraWorks中進(jìn)行橋梁上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的整合，調(diào)整模型坐標(biāo)，布置附屬設(shè)施。

圖3 橋梁上部結(jié)構(gòu)橫斷模型裝配

參照道路中心線，以及生成的三維地形和三維道路曲面，進(jìn)行給水、排水、燃?xì)?、熱力、電力、電信等專業(yè)管線的設(shè)計(jì)。在道路中心線發(fā)生變化時(shí)，參照道路中心線設(shè)計(jì)的管線能隨著更新。

三維管線設(shè)計(jì)是在實(shí)際位置采用真實(shí)尺寸建立的模型，設(shè)計(jì)過(guò)程中，管道可以進(jìn)行碰撞檢測(cè)，調(diào)整管道滿足規(guī)范凈距要求。

對(duì)于現(xiàn)狀雨水和污水管管線部分，先通過(guò)Excel整理出井編號(hào)、坐標(biāo)、管線連接方向、管徑等基本數(shù)據(jù)，整理完成后導(dǎo)入ArcGIS進(jìn)行二次處理，最后導(dǎo)入InfraWorks中生成管線三維模型。

使用Civil 3D生成的道路、橋梁、管線模型可以與Infraworks等軟件進(jìn)行交互展示，更好地體現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖。

在項(xiàng)目前期，專家一般關(guān)心線形走向和設(shè)計(jì)規(guī)范參數(shù)，業(yè)主則關(guān)心占地面積、拆遷和工程造價(jià)，而公眾更關(guān)心環(huán)境問(wèn)題，利用BIM進(jìn)行不同方案的比較，BIM技術(shù)完整地展示了方案的技術(shù)特點(diǎn)，可以更容易地被專家、甲方和公眾理解，解決了專業(yè)人士與非專業(yè)人士的溝通問(wèn)題，提高了方案決策的科學(xué)性。

城市交通問(wèn)題十分復(fù)雜，交通仿真能夠分析在出行需求、車道特性、交通組成、交通信號(hào)等約束下道路交叉口的交通運(yùn)行情況，幫助提高交通設(shè)施利用效率，確定合理的道路斷面和交叉口形式?；贐IM模型的交通仿真分析解決匝道、交叉口的設(shè)計(jì)問(wèn)題，可以避免基于經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)有可能產(chǎn)生的交通擁堵問(wèn)題，節(jié)省投資。

在道路上行駛的車輛，視距是影響交通安全的重要指標(biāo)，通過(guò)行車視角漫游模擬真實(shí)環(huán)境，使街景舒適美觀，兩側(cè)建筑物、山體對(duì)行車視距、視角不遮擋，交通設(shè)施布置更合理，發(fā)現(xiàn)規(guī)劃、設(shè)計(jì)中存在的不合理之處，從而幫助規(guī)劃、設(shè)計(jì)部門快速進(jìn)行改進(jìn)。基于BIM模型的視距分析，可以高效、準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題。

4 運(yùn)用效果

BIM技術(shù)應(yīng)用后的效果有：（1）完整建立項(xiàng)目周邊地面和地下環(huán)境，減少傳統(tǒng)設(shè)計(jì)有可能產(chǎn)生的設(shè)計(jì)變更；（2）實(shí)現(xiàn)同一平臺(tái)上的協(xié)同設(shè)計(jì)；（3）能夠完成精確的三維模型，進(jìn)行良好的三維展示；（4）能夠利用三維模型檢查錯(cuò)誤，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量；（5）道路、橋梁、管線一體化設(shè)計(jì)，統(tǒng)籌考慮相互之間的位置關(guān)系；（6）實(shí)現(xiàn)了部分橋梁構(gòu)件的參數(shù)化，將加快今后類似工程的設(shè)計(jì)速度；（7）依據(jù)交通仿真分析，提高了方案的科學(xué)性和合理性；（8）通過(guò)交通安全分析，合理的設(shè)置標(biāo)牌和標(biāo)線，提高安全和舒適性；（9）通過(guò)凈空分析使用，最大限度的降低了工程高度，節(jié)約造價(jià)；（10）可視化的方案展示，更容易被專家、業(yè)主和公眾理解，從而提高了方案決策的科學(xué)性。

5 總結(jié)

5.1 創(chuàng)新點(diǎn)

BIM應(yīng)用的創(chuàng)新點(diǎn)有：（1）橋梁、道路、管線基于坐標(biāo)、平縱曲線、樁號(hào)在BIM中準(zhǔn)確定位；（2）實(shí)現(xiàn)橋墩、柱子等參數(shù)化；（3）BIM分析優(yōu)化設(shè)計(jì)方案；（4）解決了現(xiàn)狀管道、設(shè)計(jì)排水管道、壓力管道導(dǎo)入到AIW中存在的問(wèn)題；（5）解決了橋梁、道路、管線的項(xiàng)目協(xié)同設(shè)計(jì)問(wèn)題；（6）解決了AIW中交通標(biāo)線問(wèn)題；（7）解決了Arcgis中建筑材質(zhì)問(wèn)題；（8）解決了道路橫斷變寬的過(guò)渡問(wèn)題；（9）解決了匝道與主橋銜接問(wèn)題；（10）探索出交叉口豎向出圖；（11）實(shí)現(xiàn)現(xiàn)狀建筑、現(xiàn)狀管線批量、快速建模；（12）打通多軟件之間的數(shù)據(jù)傳遞。

有些方法為我院獨(dú)創(chuàng)，有力地促進(jìn)了BIM項(xiàng)目設(shè)計(jì)質(zhì)量和速度。

5.2 經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

該項(xiàng)目比較復(fù)雜，工程體量過(guò)大，項(xiàng)目前期未能做出更為合理的細(xì)分，導(dǎo)致計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度降低，影響了工作效率。

目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有建立起B(yǎng)IM模型檢查的制度和規(guī)范，也沒(méi)有模型檢查的有效軟件工具和方法。既缺乏有效的模型檢查手段，又缺少可行的模型檢查標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)在主要是依靠人工的審查方式對(duì)模型的幾何及非幾何信息進(jìn)行確認(rèn)，由于沒(méi)有模型檢查的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，檢查中的錯(cuò)誤和遺漏、工作效率低等問(wèn)題難以避免。

U412.37

B

1009-7716（2017）04-0226-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.04.067

2017-02-08

王雨蒙（1992-），女，山東濟(jì)南人，助理工程師，從事建筑設(shè)計(jì)工作。