盧卓君

(湖南省交通規(guī)劃勘察設計院有限公司，湖南 長沙 410008)

為加快建設數(shù)字中國，我國已實施大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略，BIM技術作為近年來出現(xiàn)的新興信息技術在公路交通行業(yè)中也得到了大量應用，但是大多數(shù)公路工程應用的BIM技術都較為片面。尤其是在互通立交設計上的運用較少。本文以某樞紐互通設計為例，基于“公路工程設計BIM系統(tǒng)”及“橋梁BIM設計師”等BIM正向設計軟件，將BIM技術運用到樞紐互通設計中進行方案比選，可以提高方案合理性，減少設計出圖出量的繁瑣工作，通過BIM成果實現(xiàn)所見即所得，高效地形成最終方案，提高了樞紐互通設計的效率和質量，為今后類似的樞紐互通設計提供實例參考依據(jù)。

1 項目概況

某高速公路起點位于××鎮(zhèn)與某高速相接，路線總體自南向北布線，主線K采用高速公路建設標準，設計速度為100 km/h，路基寬度26 m，雙向四車道。其中××樞紐互通立交位置位于某市××鎮(zhèn)，是某高速與已有高速公路M線(技術標準為設計速度100 km/h，路基寬度33.5 m，雙向六車道)的互通立交。根據(jù)××樞紐互通的工可批復的位置，結合互通各轉向交通量、現(xiàn)狀地形地質地貌條件以及工程規(guī)模，現(xiàn)階段擬定2個同精度比較方案。

方案一：對角象限雙環(huán)式樞紐互通

對角象限雙環(huán)式樞紐互通范圍內共設匝道橋梁1 109.522 m/4座，主線橋748.307 m/1座。設計荷載為公路-Ⅰ級。主線上跨已有高速公路，其他橋梁由A、B、C、D匝道橋等5座橋組成。本方案擬建互通C匝道橋及D匝道橋(單向雙車道10 m)分別下穿M線高速，上跨主線K高速。此方案匝道橋梁較長，但山體開挖較小，土石方量較少；匝道平面指標較高，行車舒適性、安全性較好。

方案二：完全苜蓿葉樞紐互通

苜蓿葉樞紐互通范圍內共設主線橋754.521 m/1座。設計荷載為公路-Ⅰ級。主線橋梁上跨M線已有高速路。此方案設橋梁較少，但A、B、C、D環(huán)形匝道(單向單車道9 m)坡度較陡，土石方量較大；增設2條集散車道。工程量較大。

2 BIM技術在樞紐互通中的應用

2.1 利用“公路工程設計BIM系統(tǒng)”進行互通方案的正向設計

首先，將測繪的地形圖，利用總體子系統(tǒng)建立數(shù)字高程模型(DEM)，進而獲得三維地形。影像數(shù)據(jù)主要是由其他地圖軟件下載來的低精度衛(wèi)星影像圖(DOM)。將DEM及DOM數(shù)據(jù)導入總體子系統(tǒng)中，構建出三維可視化的設計環(huán)境，從而進行公路正向設計。

在立交設計中，我們只需先批量建立好各個匝道路線及定義好各路線的標準斷面后，軟件通過標準斷面模板進行智能計算偏移值，直接利用加減速車道命令即可快速布設變速車道、分合流等，免去了手動計算偏移值的繁瑣步驟。平面設計完成后，匝道縱斷面根據(jù)與其關聯(lián)的控制性縱坡參數(shù)自動接坡接順主線及主匝道坡度，平縱面實時聯(lián)動，匝道之間各種凈空高度等位置關系通過控制點的自動獲取功能方可直接標記出來，這相對于傳統(tǒng)設計中不斷查看標高后再回到縱斷面進行標記的方法要更加智能方便。最后，通過一鍵總體功能對整個項目的路線進行初步“戴帽子”從而生成邊坡、構造物等三維模型。通過以上功能就完成了本項目樞紐互通平縱橫設計，大幅提升了樞紐互通設計效率。

圖1 平、縱、橫聯(lián)動設計

2.2 利用“公路工程設計BIM系統(tǒng)”進行互通路基設計

將總體子系統(tǒng)中的路線數(shù)據(jù)導入路基子系統(tǒng)，然后設置路基斷面的填、挖方邊坡及防護工程等參數(shù)模板庫，即可快速生成路基BIM模型；可動態(tài)查看路基橫斷面，模板庫可供后期項目隨時調用，可實時刷新設計模型；可以交互式進行實時動態(tài)排水設計、支擋、土石方調配工作，并自動生成設計所需的路基成果文件及橫斷面圖紙；大型項目可以靈活地對項目進行拆分合并，實現(xiàn)多人并行設計。

2.3 利用“公路工程設計BIM系統(tǒng)”進行互通交安設計

通過導入路線、路基成果數(shù)據(jù)及模型文件后，借助于強大的經(jīng)驗庫思想，實現(xiàn)了交安設計的標準化、自動化和智能化，設計完成后一鍵提交三維模型及二維圖紙?；谌S實景設計環(huán)境，使得交安設計過程形象生動，方案核查簡單直觀，設計效率大幅提升。本項目樞紐互通的標志、標線及護欄等設置均采用一鍵設計功能，快速完成方案一、二的設計及出圖對比。

2.4 利用“橋梁BIM設計師”進行互通橋梁設計

由于傳統(tǒng)橋梁設計中經(jīng)常存在方案變更困難、出圖效率低下、質量缺乏保障等問題，導致設計工作較慢，反復修改較多。為提高工作效率，本項目利用“橋梁BIM設計師”進行橋梁BIM設計。橋梁BIM設計師可實現(xiàn)模型可視化、設計參數(shù)化、信息共享化，可快速完成大多數(shù)常規(guī)橋梁的設計工作。本項目的匝道跨線主橋及匝道橋，通過利用橋梁BIM系統(tǒng)標準庫和經(jīng)驗庫技術，一座大橋僅需數(shù)秒就可生成三維模型，當發(fā)生路線變更、橋梁跨徑參數(shù)調整時，均可快速完成設計更新和出圖，如圖2所示。

圖2 匝道橋模型設計

2.5 一鍵出圖

利用“公路工程設計BIM系統(tǒng)”及“橋梁BIM設計師”均可以自動生成圖紙并成冊。若設計方案有調整，可僅對調整部分重新出圖，若方案改動較大，也可一鍵全部重新成冊。該功能非常強大，解放了設計員繁瑣的修圖工作，尤其是互通連接部及標高圖，以往傳統(tǒng)的設計工作中往往需要手動調整，如遇方案變更時還需反復地手改圖紙，非常耗時。運用該軟件一鍵出圖功能，無論是總體、互通、路基、交安、橋梁等設計都能自動化地輸出圖紙成果，效率極高，手動修改量小，讓工程師從繁重的圖表工作中得以解放；從而提高了互通設計的效率和質量。

2.6 利用BIM沙盤系統(tǒng)進行漫游匯報

設計完成后，電子沙盤子系統(tǒng)可即時集成路線、路基、交安、橋梁等BIM模型，也可以自行添加地物等模型生動還原項目場景，還可開展行車模擬和漫游以評估項目效果，沙盤可表達豐富的設計意圖，使方案匯報更加直觀。最后能將漫游成果導出視頻，應用于項目匯報成果展示，有利于業(yè)主及甲方等單位對本項目設計成果的肯定及支持。

2.7 方案比選

本項目利用BIM與GIS技術深度融合并充分應用在選線、互通、路基、交安、橋梁等正向設計中，通過“公路工程設計BIM系統(tǒng)”及“橋梁BIM設計師”等BIM設計軟件，對本項目方案一及方案二進行了詳細的設計比選和出圖出量，最終比較結果見表1。

經(jīng)過綜合比選，方案一雖然匝道橋梁較長，但土石方數(shù)量、防護排水數(shù)量、占地較方案二少，且工程造價略低于方案二，考慮到方案一匝道平面指標較高，行車較順直，行車安全性、舒適性較好，故初步設計階段推薦方案一。

通過利用BIM技術進行樞紐互通的正向設計和方案比選，優(yōu)化了原有工作方式，顯著提升了設計工作的效率和準確性；實現(xiàn)了勘察設計的精益化管理，通過設計流程信息化，實現(xiàn)了樞紐互通主要專業(yè)的參數(shù)化設計，實現(xiàn)了由BIM模型自動生成標準化的圖紙及圖表。在完成BIM模型設計后，可參數(shù)化、自動化地獲取公路主體、各個專業(yè)的設計參數(shù)，自動計算并生成二維CAD圖紙以及常用Excel成果表格，扭轉了由二維圖紙翻模應用BIM的流程；實現(xiàn)了三維模型及設計參數(shù)真正意義的二維與三維聯(lián)動，實現(xiàn)了基于同一數(shù)據(jù)源的BIM正向設計和二維與三維一體化設計，主要專業(yè)的成果數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，實現(xiàn)各專業(yè)協(xié)同設計，最終得出樞紐互通最佳方案。

表1 工程量比較表

3 結 語

該樞紐互通項目采用了“公路工程設計BIM系統(tǒng)”及“橋梁BIM設計師”等BIM設計軟件對樞紐互通進行了正向設計和方案比選，成功將BIM技術應用于樞紐互通設計中，不僅能更快更好地選定方案和直觀展現(xiàn)出最終推薦方案，而且工程造價更加合理、設計質量顯著提高，為后續(xù)樞紐互通應用BIM正向設計提供了參考，有利于推動和規(guī)范BIM技術在樞紐互通設計中的廣泛應用。