劉志中，裴佑生

(1.安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司 合肥市 230088； 2.公路交通節(jié)能環(huán)保技術(shù)交通運(yùn)輸行業(yè)研發(fā)中心 合肥市 230088)

隨著交通行業(yè)的不斷發(fā)展，高速公路建設(shè)里程不斷增加，互通立交的數(shù)量也迅速增長。在設(shè)計(jì)中，項(xiàng)目受地理環(huán)境、交通等因素制約,互通立交工程越來越復(fù)雜[1]?；ネ⒔恢袠蛳孪藿绺叨群屯＼囈暰嗍潜ＷC公路行車安全的重要設(shè)計(jì)指標(biāo)，工程進(jìn)度則是保證項(xiàng)目按時(shí)竣工的保證[2]。傳統(tǒng)的CAD設(shè)計(jì)方式已經(jīng)不能滿足項(xiàng)目模擬分析要求，近年來，隨著BIM 技術(shù)的發(fā)展，BIM技術(shù)突顯其三維可視化、參數(shù)化建模、可模擬分析性、協(xié)同化設(shè)計(jì)等優(yōu)勢(shì)[1]，逐漸應(yīng)用于項(xiàng)目建設(shè)中，能夠?qū)Ω咚俟吩O(shè)計(jì)和施工階段進(jìn)行可視化模擬分析，并輔助工程進(jìn)度管理。具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益[3]。

在互通立交設(shè)計(jì)及施工中引進(jìn)BIM技術(shù)，重點(diǎn)闡述 BIM技術(shù)在互通立交中的應(yīng)用，為BIM技術(shù)的應(yīng)用和推廣積累經(jīng)驗(yàn)與知識(shí)，為以后相關(guān)工程進(jìn)行借鑒[4]。

1 項(xiàng)目概況

夏閣樞紐互通立交位于巢湖市夏閣鎮(zhèn)高家田埠村，是為連接明巢高速與G5011蕪合高速公路而設(shè)置的大型十字樞紐互通立交；根據(jù)互通區(qū)所處位置的地形地貌，結(jié)合與西側(cè)相鄰巢湖服務(wù)區(qū)間距、蕪合高速縱面等控制因素，采用對(duì)稱部分首蓿葉+半定向十字樞紐互通立交方案，主線及各匝道均上跨G5011蕪合高速公路。明巢高速公路設(shè)計(jì)速度為120km/h，路基寬度27m，雙向四車道。G5011蕪合高速公路設(shè)計(jì)速度為120km/h，路基寬度42m，雙向八車道。夏閣樞紐互通立交明巢高速主線長度為2255m，G5011蕪合高速主線長度為3768.495m，匝道總長10908.714m。

2 BIM三維模型

為了提高信息模型的創(chuàng)建效率、確保信息模型成果質(zhì)量，針對(duì)本項(xiàng)目工程特點(diǎn)，信息模型創(chuàng)建之初創(chuàng)建工程構(gòu)件模板庫與屬性模板庫，作為技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、效率工具的有效補(bǔ)充?；贛icrostation的Cell、OpenRoadsDesigner(ORD)及OpenBridge Modeler(OBM)軟件的Libraries，建立多專業(yè)的常用構(gòu)件的幾何模板庫，如圖1。

圖1 橋梁下部結(jié)構(gòu)模板

基于Bentley軟件平臺(tái)的ORD、OBM、Microstation對(duì)道路、橋梁、涵洞、交安設(shè)施進(jìn)行三維建模，并對(duì)模型賦予材料和工程信息。

2.1 道路三維建模

通過創(chuàng)建的路線平縱線位，根據(jù)實(shí)際工程需求，參數(shù)化控制橫斷面模板，形成項(xiàng)目所需的道路模型。

在已經(jīng)激活的地?；A(chǔ)上，參數(shù)化的道路模型可根據(jù)橫斷面模板中的末端條件直接模擬出真實(shí)邊坡，呈現(xiàn)出更加合理、精確的道路三維模型，如圖2。

圖2 夏閣樞紐互通立交道路三維模型

2.2 橋梁三維建模

根據(jù)總體創(chuàng)建的三維平縱線位，采用三維可視化的設(shè)計(jì)手段，充分考慮橋梁空間結(jié)構(gòu)、與地形地貌間的聯(lián)合作用、造型展示等因素，通過建立橋梁參數(shù)化構(gòu)件庫，包含橋面板、混凝土護(hù)欄、下部結(jié)構(gòu)等構(gòu)件，批量快速建模，如圖3。

圖3 夏閣樞紐互通立交所有橋梁三維模型

2.3 交安三維建模

在道路、橋梁模型完成以后，根據(jù)規(guī)范對(duì)互通方案交安設(shè)施進(jìn)行設(shè)計(jì)并三維建模。

主要包含標(biāo)線、標(biāo)牌、護(hù)欄等，標(biāo)志標(biāo)牌可以從既有構(gòu)件庫中直接調(diào)用，輸入合適的指示內(nèi)容，插入到合適的位置上即可，如圖4。

圖4 夏閣樞紐互通交安三維模型

最后通過Microstation軟件對(duì)各專業(yè)模型進(jìn)行匯總，導(dǎo)出到LumenRT進(jìn)行可視化展示。

3 基于三維模型的設(shè)計(jì)校核

3.1 橋下限界高度分析

橋下限界高度是指上部結(jié)構(gòu)最低邊緣到所跨越路面之間的距離，是保證橋下行車安全的必要條件。

根據(jù)三維信息模型，利用BIM可視化的特點(diǎn)，可以直觀地反映橋下凈高是否滿足要求，設(shè)計(jì)方案是否合理。提前發(fā)現(xiàn)不滿足凈高要求的部位，避免后期設(shè)計(jì)變更，從而縮短工期，節(jié)約成本。

本項(xiàng)目道路和橋梁均按施工圖設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行建模，標(biāo)高設(shè)計(jì)準(zhǔn)確。通過建立與道路限界等效的模型，再通過軟件進(jìn)行碰撞分析，通過碰撞結(jié)果判斷凈高是否滿足要求。

本項(xiàng)目為高速公路，橋下限高均為5.5m，經(jīng)過碰撞分析，本項(xiàng)目橋下凈空均滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2 三維視距分析

行車視距是否充分，直接關(guān)系著行車的安全與快速，是分析和評(píng)價(jià)公路設(shè)計(jì)和使用質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。行車視距受平面線形、縱斷面和橫斷面等因素的影響，因此對(duì)公路進(jìn)行三維視距分析是有必要的，便于找出視距不滿足的路段，優(yōu)化設(shè)計(jì)。

視距一般分為停車視距、會(huì)車視距、超車視距和錯(cuò)車視距，本項(xiàng)目為高速公路互通立交，高速公路存在中分帶，匝道無對(duì)向車，故不存在會(huì)車問題，因此，高速公路一般驗(yàn)算停車視距。停車視距應(yīng)滿足表1要求。

表1 停車視距表

根據(jù)《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D20—2017)對(duì)平曲線半徑較小的匝道內(nèi)側(cè)車道進(jìn)行停車視距檢驗(yàn)，視點(diǎn)軌跡線(也即行車軌跡線)為內(nèi)側(cè)車道中心線，視點(diǎn)距路面高1.2m，用于視距檢驗(yàn)的障礙物高0.1m，放置于最內(nèi)側(cè)車道的外邊緣與內(nèi)邊緣之間，障礙物沿行車方向沿視點(diǎn)軌跡線每隔5m長度放置，人眼以第一視角所能看見的最遠(yuǎn)處的障礙物與視點(diǎn)構(gòu)成的三角形為本車道內(nèi)視線棱體頂面，能看見的最遠(yuǎn)障礙物與視點(diǎn)在視點(diǎn)軌跡線上的投影距離為停車視距，如圖5。

本項(xiàng)目對(duì)A、B、C、D、G、H匝道小半徑位置處進(jìn)行了三維視距分析，A匝道、B匝道、C匝道、D匝道停車視距不滿足要求，G匝道、H匝道停車視距滿足要求，報(bào)告如表2。

圖5 三維視距分析圖

表2 夏閣樞紐互通視距分析報(bào)告

經(jīng)過三維視距分析，A、B、C、D匝道停車視距不滿足要求，擬通過對(duì)A、B匝道小半徑處調(diào)整標(biāo)線設(shè)計(jì)，采用單車道；C、D匝道擬調(diào)整設(shè)計(jì)速度為50km/h，經(jīng)過設(shè)計(jì)調(diào)整，行車視距滿足要求。通過視距分析，避免了運(yùn)營期視距不夠?qū)е碌男熊嚢踩珕栴}。

4 基于BIM技術(shù)的工程進(jìn)度可視化管理系統(tǒng)

我們根據(jù)國內(nèi)高速公路建設(shè)管理的需要，基于最新的BIM+GIS技術(shù)框架，自主開發(fā)面向建設(shè)管理工作的應(yīng)用平臺(tái)，提高了工程建設(shè)項(xiàng)目管理工作信息化水平，并成功在多個(gè)公路、市政建設(shè)管理項(xiàng)目中進(jìn)行應(yīng)用。

我們將基于現(xiàn)有研發(fā)成果，針對(duì)本項(xiàng)目特點(diǎn)，定制開發(fā)出一套基于BIM的工程進(jìn)度可視化管理系統(tǒng)，主要包含工程進(jìn)度4D可視化表達(dá)、基于地理空間數(shù)字化的進(jìn)度表達(dá)、基于構(gòu)件的進(jìn)度業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)檢索、基于二維圖表的工程進(jìn)度宏觀統(tǒng)計(jì)、進(jìn)度對(duì)比分析等功能。

(1)工程進(jìn)度的4D可視化表達(dá)：利用三維模型以不同顏色及透明度可視化地展示項(xiàng)目整體施工進(jìn)度，BIM專員通過后臺(tái)功能錄入的實(shí)際施工信息，利用三維模型進(jìn)行可視化表達(dá)，幫助項(xiàng)目建設(shè)方管理人員、視察領(lǐng)導(dǎo)對(duì)項(xiàng)目整體施工進(jìn)度進(jìn)行形象、宏觀、實(shí)時(shí)了解，如圖6。

圖6 工程進(jìn)度的4D可視化表達(dá)

(2)基于構(gòu)件的進(jìn)度業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)檢索：基于三維模型構(gòu)件進(jìn)行實(shí)際進(jìn)度信息檢索、開工完工記錄等施工信息的查詢檢索。

(3)基于二維圖表的工程進(jìn)度宏觀統(tǒng)計(jì)：按照時(shí)間維度和空間維度，對(duì)工程計(jì)劃進(jìn)度數(shù)據(jù)、工程實(shí)際進(jìn)度數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算完成數(shù)量、百分比，并以柱狀圖、折線圖等方式進(jìn)行實(shí)時(shí)的表達(dá)，如圖7。

圖7 進(jìn)度對(duì)比分析

(4)進(jìn)度對(duì)比分析：將系統(tǒng)收集的工程計(jì)劃進(jìn)度數(shù)據(jù)、工程實(shí)際進(jìn)度數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，分析工程內(nèi)所有構(gòu)件的按計(jì)劃實(shí)施情況，并自動(dòng)實(shí)時(shí)地統(tǒng)計(jì)逾期未開工、逾期未完工的構(gòu)件，同時(shí)支持系統(tǒng)消息和短信兩種方式的提醒功能。

基于工程WBS分解(工程分部分項(xiàng)檢驗(yàn)批劃分)及三維模型構(gòu)件，通過對(duì)計(jì)劃和實(shí)際進(jìn)度數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、整合及統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)現(xiàn)工程進(jìn)度的4D模擬、實(shí)際進(jìn)度與計(jì)劃進(jìn)度的對(duì)比分析，輔助業(yè)主組織施工、設(shè)計(jì)、監(jiān)理等部門分階段進(jìn)行施工進(jìn)度檢查。根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，本項(xiàng)目工程進(jìn)度滿足要求。

5 結(jié)語

本項(xiàng)目在高速公路互通立交設(shè)計(jì)和施工中引入BIM技術(shù)，建議全專業(yè)的三維信息模型，并通過BIM可視化分析，主要結(jié)論如下：

(1)通過BIM技術(shù)進(jìn)行橋下限界高度分析，本項(xiàng)目橋下凈空均滿足設(shè)計(jì)要求。

(2)通過BIM技術(shù)對(duì)匝道進(jìn)行三維視距分析，發(fā)現(xiàn)A、B、C、D匝道停車視距不滿足要求，擬通過對(duì)A、B匝道小半徑處調(diào)整標(biāo)線設(shè)計(jì)，采用單車道；C、D匝道擬調(diào)整設(shè)計(jì)速度為50km/h，經(jīng)過設(shè)計(jì)調(diào)整，行車視距滿足要求。

(3)自主研發(fā)基于BIM技術(shù)的工程進(jìn)度可視化管理系統(tǒng)，基于工程WBS分解(工程分部分項(xiàng)檢驗(yàn)批劃分)及三維模型構(gòu)件，對(duì)工程進(jìn)度進(jìn)行對(duì)比分析，實(shí)現(xiàn)工程進(jìn)度的管理。