基于BIM技術的高速公路樞紐式互通設計研究

彭廣銀 茅 威

(中設設計集團股份有限公司， 江蘇 南京 210043)

基于BIM技術的高速公路樞紐式互通設計研究

彭廣銀 茅 威

(中設設計集團股份有限公司， 江蘇 南京 210043)

針對高速公路中樞紐式互通方案，運用Civil 3d、Revit與Infraworks等三維建模軟件建立該樞紐式互通方案的建筑信息模型，研究樞紐方案合理性、交通安全性、凈空符合性，并進行橋梁可視化的布跨方案設計。結果表明，基于BIM技術的樞紐方案可以顯著提高方案合理性，避免交通安全問題，縮小設計工作量，對樞紐的設計起到了顯著的積極意義。

BIM；Civil 3D；Revit；Infraworks；高速公路；樞紐式互通

0 前言

為滿足高速公路間交通流的快速轉換，高速公路交叉處一般設置樞紐式互通。目前傳統的二維設計方法，設計人員往往需要完成樞紐全部設計（包括平、縱、橫）后才能判斷方案的優劣性，往往導致項目周期較長，同時樞紐交叉位置較多，常出現交叉位置凈空不足現象，且樞紐內可能存在交通安全隱患。基于傳統的二維CAD圖紙，僅通過合圖檢查很難完整、準確地發現設計中存在的各類問題，且檢查效率低。被遺漏的問題往往要在施工時才能發現，由此導致延長工期、增加成本，也將影響施工的安全性。

建筑信息模型（Building information modeling）簡稱BIM技術，是以建筑工程項目的各項相關信息數據作為模型的基礎，進行建筑模型的建立，通過數字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息[1]。它具有可視化，協調性，模擬性，優化性和可出圖性五大特點。以BIM為核心理念的三維數字化設計技術和三維協同理念的出現，可以幫助企業有效的控制勘測設計過程，進而對工程系統的運行狀態、性能和外觀進行全面的可視化仿真與模擬分析，極大優化項目質量、縮短項目周期和成本[2]-[3]。

國內對公路行業中BIM技術應用還處于起步階段[4]。本文結合工程實例（雪堰樞紐）來深入研究BIM技術在公路設計行業中的應用。該樞紐為兩條高速公路交叉節點，樞紐方案為設置半定向匝道的部分苜蓿葉型。

1 樞紐BIM模型

1.1 族庫建立

該樞紐通過Revit軟件構建該樞紐立交中的橋梁族庫，包括上部結構族、下部結構族、附屬結構族等，覆蓋空心板、組合箱梁、現澆箱梁等公路常見橋型。如圖1所示。

圖1 橋梁族庫

通過Revit調整參數后，可以完成大部分公路常規橋梁的設計、建模工作，大幅度提高效率。

1.2 樞紐模型

Civil 3D創建曲面，通過Infraworks導入，覆蓋高清衛片，實現項目地形地物的真實展現，有利于所見即所得的選線。在Infraworks中構建周邊房屋、河流模型，場景真實展現。

圖2 帶地形地物的樞紐BIM模型

2 BIM模型應用研究

2.1 方案可視化比選應用

方案比選階段利用BIM技術可視化設計的特點可進行快速優選互通形式和橋梁方案。

在互通形式選擇的比選上，采用傳統設計方法，在二維圖紙上難以判斷樞紐的布設對周邊建筑（大頂禪寺、垃圾填埋場）的影響。使用BIM可視化設計，可以身臨其境的觀察樞紐方案對其影響，擇優選擇方案。

在橋梁方案的比選上，采用傳統設計方法，設計者無法對所布橋梁的橋下視野通透性有直觀認知。主線橋第四聯至第七聯，原方案與最終方案橋梁模型如下圖所示，BIM三維模型可以直觀感受不同布跨方案的橋下視野情況，實現可視化建模，所見即所得。

圖4 樞紐橋梁方案比選

2.2 視距符合性核查應用

（1）全線逐樁視距核查

利用開發的視距檢查插件，可浸入式逐樁核查視距、平縱組合等問題。核查中可選取任意匝道、任意樁號、視高、物高等，軟件即時反饋核查結果。可以及時發現設計中的疏漏與不易發現的問題，極大的提高設計的可靠性。

圖5 樞紐全線視距核查

（2）端部視距核查

根據《公路立體交叉細則》8.5.2節規定，主線距合流鼻100m、匝道距合流鼻端60m形成通視三角形。現設計已滿足規范要求，但由于主線與G匝道合流端部由于G匝道坡度較大，且主線與G匝道均為橋梁（傳統設置為墻式護欄），根據可視化視距分析結果，由于存在高差，從匝道匯入的車輛無法看到主線側的車輛，視線被護欄遮擋，存在安全隱患。現將墻式護欄局部優化為波形護欄，解決了視距問題，排除了安全隱患。而這一點，在傳統二維設計中無法實現。

圖6 樞紐端部視距核查

2.3 凈空核查及縱斷面優化應用

基于BIM模型，開發凈空核查插件，使用三角網體積曲面直觀顯示凈空分析結果，直觀指導優化樞紐的施工圖設計方案，節約工程投資。如圖所示，紅色：凈空不足；綠色：凈空富余小于20cm；黃色：凈空富余大于20cm。由于存在超高、縱坡變化大等因素，原設計方案縱面控制有誤，主線與A匝道凈空不足，優化后，凈空滿足要求，且富余小于20cm，滿足設計要求。

圖7 樞紐凈空核查及縱斷面優化

2.4 鋼混疊合梁可視化設計

相比于傳統設計方法，疊合梁復雜節點可視化設計，可以綜合考慮鋼結構加工工藝、突出施工過程中重點難點；多專業、可視化的協同設計能有效減少施工變更、避免設計信息誤讀，提高施工精度和工作效率，縮短工期。

圖8 鋼混疊合梁可視化設計

3 結論

本文針對樞紐立交型式，首先通過Revit建立模型中需要的各類型族庫，進行參數化設置后，導入Infraworks中，并結合Civil 3D創建樞紐實體，覆蓋高清衛片后，從而建立帶屬性的樞紐BIM模型。通過可視化應用，進行樞紐方案與橋梁方案的比選，并通過輔助插件，研究樞紐的視距符合性與凈空符合性，解決樞紐中安全隱患，主要結論如下：

（1）相對于二維設計成果，樞紐方案與橋梁方案的比選可通過BIM模型實現所見即所得，從而擇優選址設計方案。

（2）通過樞紐BIM模型，輔助插件，可逐樁與全方位核查樞紐中的視距，顯著優于二維設計中視距核查方法，解決樞紐視距問題，保證樞紐內行車安全性。

（3）通過BIM模型，可解決二維設計中經常出現的凈空不足問題，且快速指導樞紐縱斷面設計，從而節約工程投資。

（4）利用BIM進行三維設計，可以快速指導鋼混疊合梁設計；后期還可以進一步快速計算工程量、樞紐建設施工推演、橋梁預埋件位置復核的應用，實現BIM模型設計與施工一體化。

[1]何關培,等. BIM總論[M].北京：中國建筑工業出版社,2011

[2]NBIMS. National Building Information Modeling standard Version-1 Party-1:Overview, principles and methodologies[R]. buildingSMART alliance, BIM Committee Report. 2007.

[3]徐敏生. 市政BIM理論與實踐[M].上海：同濟大學出版社,2016.9:1-10

[4]王娟. 淺談 BIM 技術在公路設計中的應用[A].《建筑科技與管理》組委會.2014年 8月建筑科技與管理學術交流會論文集[C].《建筑科技與管理》組委會:,2014:2

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1007-6344（2017）10-0085-02