丁健華 張方晴

(中設設計集團股份有限公司 南京 210014)

城市快速路作為城市交通的重要組成部分，對于緩解城市交通壓力，促進城市經(jīng)濟發(fā)展具有重要作用。但由于城市快速路項目多為改造項目，受周邊環(huán)境影響較大，傳統(tǒng)的設計手段已很難滿足復雜的設計需求。2017年，交通運輸部辦公廳發(fā)布《關(guān)于推進公路水運工程BIM技術(shù)應用的指導意見》(交辦公路[2017]205號)，提出了公路水運工程BIM技術(shù)應用的發(fā)展目標，促使BIM技術(shù)在交通行業(yè)的應用深度、廣度快速提升。本文即以徐韓公路快速化改造工程項目為例，對BIM技術(shù)在城市快速路改造項目中的應用進行研究。

1 工程簡介

1.1 項目概況

徐韓公路快速化改造工程位于徐州市東北部鼓樓區(qū)、銅山區(qū)及徐州市經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)。項目道路分為徐韓公路和金港路兩段，其中徐韓公路段起點位于秦洪立交(三環(huán)北路與三環(huán)東路交叉)，沿現(xiàn)狀G310向北至京臺高速，全長約3.556 km，金港路段西起秦洪立交，東至錦繡路，全長約2.46 km。設計中主線采用城市快速路標準，設計車速100 km/h,輔路采用城市主干路兼一級公路標準，設計車速60 km/h，設計內(nèi)容主要包括秦洪互通立交橋(見圖1)、徐韓公路高架橋、徐州北互通立交橋、金港路高架橋。

圖1 秦洪互通立交橋

1.2 項目特點

徐韓公路快速化改造工程為改造項目，沿線條件十分復雜，主要表現(xiàn)為以下幾點。

1) 沿線經(jīng)過住宅區(qū)、工廠區(qū)、鐵路區(qū)等，其中，徐韓公路沿線主要以農(nóng)業(yè)用地、居住用地及工業(yè)用地為主，金港路沿線主要以工業(yè)用地為主。

2) 沿線相交道路多。徐韓公路共有相交道路14條，另外徐韓公路與京杭大運河相交，現(xiàn)狀下穿鄭徐客專，北側(cè)緊鄰京滬鐵路(見圖2)；金港路共有相交道路3條。

圖2 徐韓公路沿線情況

3) 現(xiàn)狀管線條件復雜。徐韓公路現(xiàn)狀設有埋地國防光纜、架空桿線、路燈管線等；金港路現(xiàn)狀設有雨污水管線、路燈管線、給水管線、埋地弱電、電力管線、國防光纜、架空220 kV、10 kV電力鐵塔及弱電信號塔。

4) 地質(zhì)條件復雜。根據(jù)沿線地質(zhì)調(diào)查，徐韓高架及徐州北互通存在巖溶發(fā)育區(qū)，巖溶發(fā)育程度為強發(fā)育，巖溶多以溶(隙)洞為主，見圖3。

圖3 沿線地質(zhì)情況

2 傳統(tǒng)設計方案的不足

基于以上項目特點，徐韓公路快速化改造工程在設計中存在諸多難點，傳統(tǒng)的設計方法面對復雜城市快速路改造項目時，已難以滿足設計需求，主要體現(xiàn)在驗證設計成果的合理性、復雜節(jié)點設計等方面，具體情況[1]如下。

2.1 路線設計的合理性無法驗證

由于項目沿線條件復雜，設計中需考慮各種因素，導致路線設計線型復雜。在復雜項目傳統(tǒng)路線設計過程中，平縱曲線往往分開設計，因此經(jīng)常會出現(xiàn)平面線形設計很好，縱曲線也符合規(guī)范要求，但平縱曲線結(jié)合后出現(xiàn)不利點的情況。在這種情況下，就需要借助BIM技術(shù)，以三維的形式設計或者進行路線驗證，以達到設計最優(yōu)的目標，同時通過模擬駕駛，體驗真實的駕駛感受。

2.2 紅線核查效率和準確性低

傳統(tǒng)設計在進行紅線核查時，對橋梁上部構(gòu)件、人行道外邊線與紅線之間的距離，通常是以關(guān)鍵點核查的方式，對可能超出紅線的位置進行測定，通常一個項目需要核查幾百個關(guān)鍵點，不僅工作繁瑣，還容易出現(xiàn)錯漏。為提高核查的效率和準確性，需要借助新手段來進行核查工作。

2.3 新舊交接處設計難度大

項目沿線與既有路、橋交接較多，且現(xiàn)狀存在多種管線，因此在設計的過程中，經(jīng)常會存在新舊交接的設計，如與既有路、橋的交接設計，與現(xiàn)狀管線的交接設計等，但是由于測量數(shù)據(jù)存在一定的誤差，通常采用設計預留、施工現(xiàn)場調(diào)節(jié)的方式，但這種方式具有較高的不確定性，因此需要新的技術(shù)手段來進行精細化設計。

2.4 復雜地質(zhì)區(qū)的設計優(yōu)化

該項目存在串珠型溶洞，對設計施工產(chǎn)生不利的影響。傳統(tǒng)的設計多以剖面形式反映地質(zhì)情況，較難立體直觀地反映溶洞的真實樣貌，影響設計與施工的效率。因此在復雜地質(zhì)路段，需采用三維的設計方法進行快速設計，同時為施工提供技術(shù)支持。

3 BIM技術(shù)應用方法

根據(jù)項目的特點和傳統(tǒng)設計中存在的問題，借助BIM、GIS等新技術(shù)手段的應用，同時通過工程實踐，對城市快速路改造項目BIM技術(shù)應用方法進行總結(jié)。

3.1 基于BIM+GIS技術(shù)的路橋設計

通過建立傾斜攝影模型，在三維空間環(huán)境下測定橋梁上部結(jié)構(gòu)、人行道外邊線與周邊環(huán)境、現(xiàn)有建筑、用地紅線之間的位置關(guān)系(見圖4)，對超出紅線的位置進行方案優(yōu)化[2]。同時通過將BIM設計模型與現(xiàn)狀模型融合，對新舊交接處道路、橋梁進行設計驗證，并模擬真實的駕駛感受[3]，確保設計方案的精確性，見圖5。

圖4 基于BIM+GIS的項目控制線核查

圖5 基于BIM+GIS的新舊工程銜接設計

基于以上設計方法，通過BIM+GIS的融合應用，為城市快速路改造項目的方案比選、方案優(yōu)化提供了有力的技術(shù)支撐。

3.2 復雜地質(zhì)的三維設計

由于項目沿線地質(zhì)包含溶洞，對設計施工極為不利，而采用BIM技術(shù)建立三維地質(zhì)模型可實現(xiàn)地層三維可視化，并且可以查詢地層信息。項目通過建立高架橋梁段三維地質(zhì)模型(見圖6)，實現(xiàn)溶洞可視化，直觀了解到該段溶洞多為串珠型溶洞。利用BIM模型采用平面與剖面結(jié)合的設計方法[4](見圖7)，可以提升效率。

圖7 三維地質(zhì)剖切面

圖6 三維地質(zhì)模型拆分地層

同時借助BIM模型對施工進行交底，建議施工時對溶洞進行處理，找到穩(wěn)定的中風化灰?guī)r持力層，后期勘察結(jié)合地質(zhì)雷達、高密度電法等手段，進一步探查施工區(qū)的溶洞分布范圍。

3.3 管線BIM設計方法

改造項目管線設計需重點考慮已有管線的分布情況，因此在設計中應做好管線的避讓和高程交接，同時還應注意與路橋等主體結(jié)構(gòu)的關(guān)系，避免發(fā)生碰撞。本項目在設計中通過建立現(xiàn)狀與設計管線的BIM模型，在設計的過程中進行管線之間、管線與主體之間的各項核查工作，對管線高出路面的部分進行改遷(見圖8)，管線與主體碰撞的部分進行調(diào)整(見圖9)，為后期節(jié)省了大量變更工作量。

圖8 管線突出路面的部分

圖9 管線與主體碰撞的部分

4 結(jié)語

本文結(jié)合徐韓公路快速化改造工程項目，通過對城市快速路改造的特點進行總結(jié)，探索了一套BIM技術(shù)在城市快速路改造設計中的應用方法。①通過BIM+GIS技術(shù)的應用，在三維環(huán)境下對紅線進行核查、新舊交接處進行設計等，從而優(yōu)化設計方案；②建立地質(zhì)模型，對復雜地質(zhì)情況進行分析并設計，從而實現(xiàn)精細化設計；③對管線與主體結(jié)構(gòu)進行核查，發(fā)現(xiàn)設計中的錯誤并及時解決，提升設計的質(zhì)量。

BIM技術(shù)作為設計的新工具，只有與設計深度融合，充分發(fā)掘傳統(tǒng)設計中不易解決的問題，才能真正發(fā)揮BIM技術(shù)應用的價值，更好地為設計服務。