徐利成，于澤江，冀盼彧，趙辰洋，林沛元

（1、廣州市交通設(shè)計研究院有限公司 廣州 511430；2、中山大學土木工程學院 廣州 510275）

0 引言

隨著城市化和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷推進，道路交通系統(tǒng)的規(guī)模和復(fù)雜性正呈現(xiàn)一種迅猛增長的趨勢。為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，建筑信息模型（BIM）技術(shù)［1-5］作為一種創(chuàng)新的數(shù)字化設(shè)計和建造方法，逐漸在工程領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。本文以廣州番禺某城市主干道項目中的BIM 實施為例，探討了BIM技術(shù)在該工程中的應(yīng)用及其對項目的影響。

某項目主干道立交工程作為廣州市道路交通系統(tǒng)的重要組成部分，承擔著連接該市主干道和分支道路的關(guān)鍵任務(wù)。隨著城市交通流量的增加，該立交工程的規(guī)劃和設(shè)計必須充分考慮復(fù)雜的道路結(jié)構(gòu)，以確保交通效率和安全性。在這一背景下，BIM 技術(shù)以其在項目全生命周期中提供一體化數(shù)據(jù)的優(yōu)勢，成為提高設(shè)計、建造和管理效率的有力工具。

國內(nèi)外學者在BIM 技術(shù)對公路工程的應(yīng)用方面進行了積極探索，并取得了一些不錯的成果。張建平等人［6］通過創(chuàng)建邢汾高速公路的BIM 施工模型，實現(xiàn)了基于BIM 的宏觀、中觀和精細化管理相結(jié)合的多層次4D施工管理和可視化模擬；張艷平［7］結(jié)合實際項目研究了BIM 技術(shù)在東莞某綜合體項目施工過程中的具體應(yīng)用；李書鋒［8］通過探討B(tài)IM 技術(shù)在公路工程中的應(yīng)用揭示了該技術(shù)可以促進公路工程的建設(shè)以及提高工程的效率和質(zhì)量；趙玉石［9］查閱大量文獻，預(yù)測和總結(jié)了BIM 技術(shù)在未來工程應(yīng)用中的發(fā)展趨勢；CHEN 等人［10］基于京滬高速公路改擴建工程提出高速公路的三維地形生成和輕量化轉(zhuǎn)換方法；RONG［11］以問卷調(diào)查和現(xiàn)場訪談的形式進一步調(diào)查了BIM 技術(shù)在公路施工管理中的應(yīng)用，其調(diào)研結(jié)果能夠清晰反映BIM 在公路工程中應(yīng)用的實際情況，并為工程行業(yè)信息化提供良好的技術(shù)支撐；WU［12］通過介紹BIM 概念的相關(guān)內(nèi)容和分析BIM 軟件在建筑設(shè)計中的具體應(yīng)用，揭示了BIM 技術(shù)能夠推動建筑設(shè)計產(chǎn)業(yè)進一步發(fā)展。

通過以上的國內(nèi)外進展情況表明，BIM 技術(shù)作為一種集成的、協(xié)同的工程設(shè)計和管理方法，已經(jīng)在全球范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用，并且能夠提高工程項目的效率和質(zhì)量。基于此，本論文中將詳細研究BIM 技術(shù)在廣州番禺某城市主干道立交工程中的應(yīng)用。通過這一研究，旨在為城市的交通改善提供有效的改造方案，同時也為BIM技術(shù)在大型城市基礎(chǔ)設(shè)施項目中的應(yīng)用提供寶貴的經(jīng)驗。

1 項目概況

本項目主干道位于廣州市番禺區(qū)，路線自西向東延伸，全長約11 km。該主干道沿線自西往東依次途經(jīng)多個行政村。此外，還連接了多個大型居住小區(qū)、客運站和商業(yè)場所。由于近年來沿線土地的開發(fā)利用和交通量的急劇增長，廣州番禺某城市主干道的部分路段面臨嚴重的交通擁堵問題。為緩解該主干道的交通擁堵問題，因此啟動城市主干道立交工程改造計劃。具體而言，該工程是對主干道立交節(jié)點的改造，路線全長1.26 km。該主干道主線規(guī)劃為城市主干路，輔道為次干路，標準段主線為雙向八車道，輔道為雙向四車道，路基標準段寬度為80 m。在此次改造中，將新建1 座主線跨線橋、1座人行天橋，以及進行沿線主輔道的出入口改造和相關(guān)配套附屬工程改造等。

2 BIM信息模型建模及主要設(shè)計

為了盡快解決廣州番禺某城市主干道交通擁堵的問題和及時完成工程改造，我們采用BIM 技術(shù)對該工程進行模擬設(shè)計。相比于傳統(tǒng)的CAD 軟件，BIM 技術(shù)的優(yōu)勢在于以下3個方面：

⑴BIM技術(shù)能夠運用參數(shù)代替數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)三維建模，更加清晰地呈現(xiàn)公路工程設(shè)計中的對象關(guān)系；

⑵BIM 技術(shù)在展示設(shè)計圖紙關(guān)鍵點的同時，具備了整體工程的三維展現(xiàn)功能，彌補了傳統(tǒng)軟件的不足之處。

⑶BIM 技術(shù)能夠直觀展示施工各個環(huán)節(jié)的具體情況，有助于最大程度地規(guī)避公路設(shè)計中可能出現(xiàn)的問題，降低經(jīng)濟損失。

2.1 建模范圍

本項目主干道立交工程建模范圍為：主干道立交范圍，包括主線跨線橋、人行天橋，以及地面輔道等。

本節(jié)點主要模型組成如下：

⑴設(shè)計范圍包括沿線主輔出入口改造、配套附屬工程改造等；

⑵新建主線跨線橋1座；⑶新建人行天橋1座。

2.2 主要設(shè)計

2.2.1 道路設(shè)計

在道路平面設(shè)計中，本項目主干道立交主線規(guī)劃了新建的雙向4 車道跨線橋，同時把兩側(cè)道路改造為輔道，實現(xiàn)了主輔道的分離。此外，在路口還新增了一座人行過街天橋。道路平面設(shè)計如圖1所示。

圖1 立交平面設(shè)計Fig.1 Interchange Plan Design

在縱斷面設(shè)計中，整體線路的長度約為1.26 km。主線設(shè)有3 個變坡點，而輔道則設(shè)有4 個變坡點。一般路段均采用不小于0.3%的縱坡，對于現(xiàn)狀部分縱坡小于0.3%的路段，采取增設(shè)排水措施的方式。設(shè)計中確保凸曲線能夠滿足良好的視距和視覺要求，而凹曲線則能夠滿足良好的視距和行車舒適性要求。主線道路的最小坡長為257.57 m（主線），最大縱坡為4%，豎曲線最小長度為106.1 m；輔道的最小坡長為110 m，最大縱坡為0.35%，豎曲線最小長度為91 m。立交縱斷面如圖2所示。

圖2 立交縱斷面Fig.2 Longitudinal View of the Interchange

關(guān)于橫斷面設(shè)計，一般路段的標準橫斷面布置為80 m，包括人行道、非機動車道、側(cè)綠化帶、輔道、側(cè)綠帶、行車道、中央綠化帶、樹池等。在立體交叉路段的標準橫斷面設(shè)計中，主線的新建雙向4 車道跨線橋的道路標準橫斷面寬度為83.5 m，包括人行道、非機動車道、側(cè)綠化帶、輔道、側(cè)分帶、雙向4 車道主線跨線橋、綠化帶、樹池等。一般路段和主線跨線橋路段的橫斷面布置設(shè)計如圖3所示。

圖3 立交橫斷面Fig.3 Cross-section View of the Interchange （mm）

2.2.2 主線跨線橋

主線跨線橋采用鋼結(jié)構(gòu)，設(shè)置為1 聯(lián)，橋梁總體布置為（40+55+55+40）m，橋梁全長198.2 m，橋梁平面如圖4所示。

圖4 立交橋梁平面示意圖Fig.4 Schematic Plan of the Bridge Girders of the Interchange

2.2.3 人行天橋

人行天橋采用鋼結(jié)構(gòu)，設(shè)置為1 聯(lián)，橋梁總體布置為（18.56+38.8+18.3）m，橋梁全長75.66 m。人行天橋平面如圖5所示。

圖5 人行天橋平面示意圖Fig.5 Schematic Plan of the Footbridge

2.3 模型創(chuàng)建

對于本項目主干道立交工程，由于基于不同軟件工具在各自特定領(lǐng)域的優(yōu)勢，因此選用Civil 3D 進行創(chuàng)建路線模型，其他模型則選用Revit 進行創(chuàng)建。模型精細度等級依據(jù)《公路工程設(shè)計信息模型應(yīng)用標準》［13］。

2.3.1 主線及輔助路線模型

主線及輔助路線依據(jù)設(shè)計主線及輔助平曲線直曲轉(zhuǎn)角表、縱斷面主線及輔助豎曲線參數(shù)創(chuàng)建，路線模型架構(gòu)及組成如表1所示。

表1 路線模型架構(gòu)及組成Tab.1 Route Model Architectureand Composition

2.3.2 橋梁模型

主線跨線橋采用鋼結(jié)構(gòu)，橋梁全長198.20 m。人行天橋采用鋼結(jié)構(gòu)，橋梁全長75.66 m。橋梁模型架構(gòu)參考《公路工程信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標準》［14］，構(gòu)件采用分級嵌套。橋梁模型具體組成如表2 所示，示意圖如圖6所示。

表2 橋梁模型架構(gòu)及組成Tab.2 Bridge Model Architecture and Composition

圖6 橋梁模型示意圖Fig.6 Schematic Diagram of the Bridge Model

2.3.3 主線、輔道路面模型

主線、輔道路面模型架構(gòu)參考《公路工程信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標準》，構(gòu)件采用分級嵌套。具體組成如表3 所示，模型圖如圖7所示。

表3 主線、輔道路面模型架構(gòu)及組成Tab.3 Main line，Auxiliary Road Surface Model Architecture and Composition

圖7 路面模型示意圖Fig.7 Schematic Diagram of the Pavement Model

3 可視化分析

基于BIM 技術(shù)創(chuàng)建的信息模型的基礎(chǔ)上，采用Lumion10進行三維動態(tài)展示，以呈現(xiàn)改造范圍內(nèi)主線跨線橋與主線、輔道、路線交叉口之間的空間位置關(guān)系。通過Lumion 10 軟件環(huán)境，以更真實的方式呈現(xiàn)建設(shè)成果，直觀地反映建成后的橋梁、天橋、道路及沿線設(shè)施的情況。

3.1 真實場景渲染

本項目主線跨線橋平面及其正射面和人行天橋的真實場景渲染結(jié)果如圖8 所示。Lumion10 的渲染生動地展示了跨線橋、人行天橋，以及它們與路段交叉口的空間關(guān)系。通過逼真的光照條件設(shè)置，成功捕捉了陽光和陰影的動態(tài)交互，顯著提升了整體視覺吸引力。引入動態(tài)元素，如交通流，更進一步地為模擬成果增添了真實感。渲染結(jié)果圖不僅提高了項目的可視化效果，也為決策者和相關(guān)方提供了更清晰、更生動的直觀感受。

圖8 真實場景渲染結(jié)果示意圖Fig.8 Schematic Diagram of the Real Scene Rendering Results

3.2 三維動態(tài)漫游展示

本項目主線跨線橋的三維動態(tài)漫游視頻的截圖如圖9 所示。該展示包括了整個場景的導覽，以三維方式瀏覽和感受建筑物、橋梁以及周圍環(huán)境的構(gòu)成。通過導覽整個場景，可以深入了解各個結(jié)構(gòu)元素的布局與相互關(guān)系。通過三維動態(tài)漫游展示，用戶得以從多個視角對建設(shè)成果進行直觀觀察，從而使其能夠全面理解建設(shè)結(jié)果。這一展示為工程項目的建成情況帶來更高的可視性，從而增進對工程進展的全面理解。

圖9 主線跨線橋漫游Fig.9 Mainline Span Bridge Roaming

3.3 可操作自由交互式應(yīng)用

主干道立交工程的可操作式自由交互式應(yīng)用界面如圖10所示。通過提供實時的用戶操作，例如移動和視角切換等，以及選擇特定元素獲取其他詳細信息，提供了更靈活的交互式體驗。Lumion10的自由交互式應(yīng)用為用戶提供了高度實時的場景導航、視角控制、空間位置關(guān)系展示以及建成后設(shè)施的實時反映，這種直觀、自由的交互方式極大地提高了溝通效率和施工效率，并且通過用戶體驗與操作性的優(yōu)化，提供了更深入的理解和參與感，為城市主干道立交工程的設(shè)計和決策提供了強有力的支撐。

圖10 立交可操作式自由交互式應(yīng)用Fig.10 Operable Free Interactive Application of the Interchange Engineering

4 結(jié)語

通過深入研究了BIM 技術(shù)在廣州番禺某城市主干道立交工程中的應(yīng)用可得出以下結(jié)論：

⑴本研究充分展示了BIM 技術(shù)在城市主干道立交工程中的詳細規(guī)劃和設(shè)計過程中的關(guān)鍵作用。通過BIM 技術(shù)的應(yīng)用，成功實現(xiàn)了主線規(guī)劃、輔道改造、跨線橋和人行天橋設(shè)計等多方面的一體化建設(shè)與管理，為工程的高效實施提供了堅實的基礎(chǔ)。

⑵BIM 技術(shù)的引入使工程設(shè)計團隊實現(xiàn)更高效的協(xié)同工作。三維模型的建立使設(shè)計團隊更直觀地理解設(shè)計需求，減少了設(shè)計中的潛在沖突。設(shè)計階段的高效協(xié)同不僅縮短了設(shè)計周期，而且為工程提供了更精準的設(shè)計方案，從而優(yōu)化了設(shè)計質(zhì)量。

⑶BIM 技術(shù)的應(yīng)用能夠確保工程項目設(shè)計與施工的高效對接。這不僅提高了工程的執(zhí)行效率，還減少了潛在的誤差，為工程的順利進行奠定了基礎(chǔ)。

⑷BIM 技術(shù)在廣州番禺某城市主干道立交工程中的成功應(yīng)用為類似的城市交通基礎(chǔ)設(shè)施改造提供了重要的借鑒意義。BIM 技術(shù)的引入不僅提高了工程規(guī)劃和設(shè)計的水平，還為類似項目的可持續(xù)性發(fā)展提供了有力支持。