張軍華， 易 昕

(安徽省交通規(guī)劃設(shè)計研究總院股份有限公司;公路交通節(jié)能環(huán)保技術(shù)交通運輸行業(yè)研發(fā)中心，安徽 合肥 230088)

德州至上饒國家高速公路是北京至臺北高速公路的并行線，其中德州至上饒國家高速公路合肥至樅陽段(以下簡稱合樅高速)為安徽省規(guī)劃的“五縱八橫”高速公路網(wǎng)中“縱三”[1]。項目地處安徽省中南部，項目起點接已建德上高速公路淮南至合肥段和滬陜高速公路合肥至六安段，沿途經(jīng)過合肥市、六安市、安慶桐城市及銅陵市。終點接池州長江公路大橋北岸路線，總長度134.158 km。

近年來，以建筑信息模型(BIM)[2,3]等為代表的新技術(shù)迅速發(fā)展，其中BIM 技術(shù)被業(yè)內(nèi)人士看作是繼CAD 普及應(yīng)用后，工程技術(shù)領(lǐng)域又一次技術(shù)革新[4]。2017年9月11日，為貫徹實施《交通運輸信息化“十三五”發(fā)展規(guī)劃》，發(fā)揮現(xiàn)代信息技術(shù)在工程管理中的作用，交通運輸部開展公路BIM技術(shù)應(yīng)用示范工程建設(shè)，合樅高速作為全壽命周期BIM技術(shù)應(yīng)用示范工程入選?？傮w要求與任務(wù)如下：①提高公路設(shè)計技術(shù);②提高公路建設(shè)管理水平;③推進公路管理養(yǎng)護信息化。

本文以合樅高速的呂亭南樞紐互通為例，對BIM技術(shù)在互通立交設(shè)計中的應(yīng)用研究進行介紹。呂亭南樞紐互通是合樅高速與合安高速銜接的樞紐型互通立交。

1 BIM技術(shù)應(yīng)用流程

BIM技術(shù)作為以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，引領(lǐng)土木行業(yè)信息技術(shù)走向更高層次的一項新技術(shù)，在提高設(shè)計水平及質(zhì)量、縮短公路工程項目設(shè)計周期[5]、降低成本等方面具有廣泛的應(yīng)用價值。

BIM技術(shù)應(yīng)用流程如圖1所示。

圖1 BIM技術(shù)應(yīng)用流程示意圖

2 BIM技術(shù)在互通立交方案設(shè)計中的應(yīng)用

2.1 協(xié)同設(shè)計管理平臺

通過ProjectWise協(xié)同管理平臺，使整個項目的文件能夠規(guī)范進行目錄結(jié)構(gòu)管理，方便運維管理人員進行圖紙文檔的管理；提供了安全和高效的數(shù)據(jù)管理，保證了數(shù)據(jù)信息的安全性、完整性、一致性和準(zhǔn)確性，方便管理以及進行權(quán)限控制、文檔的查詢和資料交互。

2.2 傾斜攝影測量+GIS應(yīng)用

在項目前期，基于業(yè)主需求同時出于設(shè)計輔助考慮，針對合樅高速全線134 km開展了無人機傾斜攝影測量作業(yè)，傾斜攝影技術(shù)和其他輔助新技術(shù)為基礎(chǔ)的公路勘測新流程，經(jīng)過實踐證明符合當(dāng)前公路建設(shè)的要求，解決了現(xiàn)有公路勘察設(shè)計工作任務(wù)重、周期短的矛盾，極大提高勘察設(shè)計的質(zhì)量和效率，為實現(xiàn)更科學(xué)的方案比選及優(yōu)化設(shè)計提供重要的技術(shù)支撐[6]。

本項目對重大工點(呂亭南樞紐互通立交)建立了平均帶寬750 m的項目實景模型，為后期的BIM+GIS應(yīng)用提供了可靠依據(jù)。

輔助外勘:依靠傾斜攝影模型的高精度和全要素性，輔助設(shè)計人員進行了外業(yè)中調(diào)查和內(nèi)業(yè)查漏糾錯工作。對于無法到達或者很難到達的踏勘區(qū)域，傾斜攝影技術(shù)提供了便捷的調(diào)查方式，降低了外業(yè)人員風(fēng)險，同時對于需要反復(fù)踏勘的情況，可以實現(xiàn)一次飛行循環(huán)利用，降低了成本，提高了效率。

BIM+GIS應(yīng)用:利用傾斜攝影測量技術(shù)生成的高精度實景模型加上GIS平臺的精準(zhǔn)定位，可以為設(shè)計過程各階段提供豐富的設(shè)計參考，極大減小了在傳統(tǒng)二維地形圖上進行方案設(shè)計的局限性和不可靠性。

2.3 可視化三維設(shè)計及展示

BIM 技術(shù)具有模擬仿真性、直觀可視性和協(xié)同一致性等先進特性[7]。利用可視化三維設(shè)計將大量的設(shè)計工作從傳統(tǒng)二維CAD平臺逐步轉(zhuǎn)化成三維BIM平臺，可充分發(fā)揮設(shè)計師的想象力。對于早先因為2D表現(xiàn)力不足以及疏漏的地方，借助可視化三維模型可以讓設(shè)計人員提高準(zhǔn)確率及工作效率，從而提高設(shè)計質(zhì)量，且能夠在設(shè)計匯報評審過程中能夠讓業(yè)主、建設(shè)方等實時了解掌握設(shè)計形態(tài)。

2.4 構(gòu)件信息分類及編碼

BIM三維模型由諸多構(gòu)件組成，而構(gòu)件作為組成BIM模型的基本單位，在儲存和調(diào)用模型構(gòu)件信息時，就必須通過構(gòu)件編碼進行區(qū)別與索引。BIM模型中通過構(gòu)件編碼可以將諸多構(gòu)件進行識別分類，在后續(xù)的工程階段中，相關(guān)專業(yè)人員可以通過構(gòu)件編碼對所需信息進行直接調(diào)取。

在設(shè)計階段對構(gòu)件信息進行分類與編碼對項目全壽命周期BIM技術(shù)應(yīng)用具有重要意義，一方面可以對項目各個階段的BIM模型管理提供便利，另一方面可以作為將BIM模型與實際工程數(shù)量相匹配的橋梁與媒介。

2.5 工程量復(fù)核及清單表生成

在設(shè)計階段中對構(gòu)件信息進行分類與編碼之后，采用Bentley平臺基于MS軟件的二次開發(fā)工具，可以實現(xiàn)批量化和自動化提取模型和構(gòu)件的相關(guān)屬性、導(dǎo)入/導(dǎo)出材料用量信息、標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)量表等，并依托傳統(tǒng)二維設(shè)計方法生成的工程數(shù)量表進行工程量復(fù)核。

由于模型和構(gòu)件存在部分屬性的數(shù)量難以從三維模型中自動獲取，如各種直徑的鋼筋用量、各種小型零配件和預(yù)埋件的材料用量等。所以仍需要設(shè)計人員來提供這部分屬性的數(shù)量，通過模型導(dǎo)出的數(shù)量Excel表進行填寫和編輯，再反饋至模型中各構(gòu)件中。設(shè)計人員通過對照各專業(yè)提供的工程數(shù)量表統(tǒng)一進行整理、拆分以及合并，對模型和各個構(gòu)件相關(guān)屬性的數(shù)量進行統(tǒng)計，得到標(biāo)準(zhǔn)化的屬性表，并在屬性表中對各屬性進行編碼，然后通過編碼即可實現(xiàn)這部分屬性的批量導(dǎo)入和導(dǎo)出。

模型和構(gòu)件的所有屬性完全導(dǎo)入掛接之后，即可根據(jù)分部分項劃分、構(gòu)件分類和各構(gòu)件的各種材料用量屬性信息自動生成標(biāo)準(zhǔn)化清單表，實現(xiàn)工程量自動統(tǒng)計功能。

2.6 設(shè)計校核(含限界復(fù)核)

通過對項目進行設(shè)計校核(含限界復(fù)核)BIM技術(shù)應(yīng)用，提高了深化設(shè)計圖紙的質(zhì)量，減少圖紙中錯漏碰缺的發(fā)生，尤其是BIM技術(shù)應(yīng)用于凈空的優(yōu)化，優(yōu)勢明顯[8]。減少了設(shè)計階段因“錯、漏、碰、缺”而造成相關(guān)延誤和損失，使設(shè)計圖紙切實符合施工現(xiàn)場操作的要求，并能更進一步輔助全壽命周期BIM質(zhì)量管理應(yīng)用。

2.7 BIM+VR設(shè)計應(yīng)用

將數(shù)字三維BIM模型在VR設(shè)備中進行交互性展示，通過利用BIM+VR技術(shù)進行設(shè)計交底、匯報展示、協(xié)調(diào)交流等應(yīng)用，提高項目設(shè)計直觀性和設(shè)計效率，也極大地方便了與業(yè)主等參與方的溝通交流和設(shè)計問題反饋[9]。

2.8 BIM應(yīng)用體系及標(biāo)準(zhǔn)制定

通過規(guī)范BIM應(yīng)用體系、編制相應(yīng)的BIM技術(shù)應(yīng)用實施導(dǎo)則及標(biāo)準(zhǔn)，明確了各項BIM技術(shù)應(yīng)用在設(shè)計階段中的定位和需求，使項目設(shè)計階段BIM技術(shù)應(yīng)用有序高效地完成，同時也為后期數(shù)據(jù)信息模型交付處理提供了有效標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)，提高了項目設(shè)計階段BIM技術(shù)應(yīng)用的效率和質(zhì)量。

2.9 公路工程構(gòu)件庫建立

通過本項目在設(shè)計階段BIM技術(shù)應(yīng)用的不斷深入，基于公路工程的三維模型構(gòu)件愈發(fā)豐富，通過對這些不斷增加的虛擬化參數(shù)化可控構(gòu)件的積累和歸檔，逐步建立公路工程參數(shù)化構(gòu)件庫，通過儲備調(diào)取提高參數(shù)化構(gòu)件的重復(fù)利用性。部分構(gòu)件類模型如圖2所示。

圖2 構(gòu)件模型

3 結(jié)束語

本項目依托于合樅高速呂亭南樞紐互通設(shè)計，對BIM技術(shù)應(yīng)用進行研究。BIM技術(shù)應(yīng)用實現(xiàn)了從傳統(tǒng)二維設(shè)計逐步轉(zhuǎn)向三維正向設(shè)計，提高了設(shè)計的效率和精準(zhǔn)度；推動和規(guī)范了BIM+GIS技術(shù)在公路工程中的廣泛應(yīng)用；實現(xiàn)了公路工程設(shè)計過程全階段BIM技術(shù)應(yīng)用；實現(xiàn)了協(xié)同化設(shè)計，在實踐中不斷摸索公路全壽命周期BIM技術(shù)應(yīng)用經(jīng)驗和方案，具備重要的示范和指引作用。