BIM在道路提升改造工程設計中的應用

李昆岡，程生平，李 瑛

（中國市政工程西北設計研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

隨著城鎮(zhèn)化建設進程的推進，城市內(nèi)外部交通量的急劇增加，現(xiàn)有道路基礎(chǔ)設施的服務能力已經(jīng)不能滿足日益增長的交通需求。新增道路基礎(chǔ)設施和提升現(xiàn)有道路基礎(chǔ)設施的服務能力，是緩解交通問題的有效途徑。

傳統(tǒng)的二維設計圖紙表述相對抽象和模糊，對于道路橋梁構(gòu)筑物與周圍地形地物的關(guān)系難以完整展示；設計中單一專業(yè)的修改導致多個關(guān)聯(lián)專業(yè)重復修改。BIM以建筑工程項目的各項相關(guān)信息數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，建立建筑模型，通過數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息，基于BIM的協(xié)同設計，有效改善了這一問題，并通過模型信息的及時共享和無損傳遞，各專業(yè)同步參與。

本文結(jié)合BIM協(xié)同設計在某道路提升改造中的應用，對BIM實施全過程進行了詳細論述，并針對提升改造工程自身的特點進行了進一步研究。

1 BIM設計概述

本次設計G310天水段全長約13.80 km。現(xiàn)狀為高速公路，設計車速80km/h，路基寬24.5m，雙向4車道，始建于1994年7月，是G310的主要路段。

1.1 工程概況

（1）建設規(guī)模

結(jié)合現(xiàn)狀道路的特點及提升改造的目標，確定建設規(guī)模（見表1）。

表1 建設規(guī)模

其中：K6+320～K7+580段由地下道路及地面輔道構(gòu)成;地下道路紅線寬度28 m，長1.60 km。

（2）邊界條件

G310天水段現(xiàn)狀為高速公路，整體位于藉河南岸。本次提升改造設計現(xiàn)狀制約因素多，主要有道路、橋梁、上跨下穿構(gòu)造物、藉河河堤及道路沿線建筑物等。

1.2 BIM設計內(nèi)容及應用點

（1）BIM設計內(nèi)容

該項目BIM主要內(nèi)容包括道路工程、交通工程、橋涵工程及照明工程。

（2）BIM技術(shù)應用點

結(jié)合項目特點，最大發(fā)揮BIM技術(shù)在方案設計中的作用，明確以下重點應用點：

a.方案設計三維模型建立；

b.完成現(xiàn)狀限制因素校驗；

c.實現(xiàn)多種BIM軟件的融合應用；

d.通過BIM模型完成運行速度檢測、視距檢驗等安全性評價。

1.3 BIM應用技術(shù)標準

BIM應用階段：方案設計。

模型單元技術(shù)標準：模型精細度LOD2.0；幾何表達精度G2、G3。

通過BIM軟件實現(xiàn)方案的正向設計，建立現(xiàn)狀地形模型，在此地形模型基礎(chǔ)上完成各專業(yè)主體模型，以設計方案與現(xiàn)狀、建設目標的匹配度為依據(jù)調(diào)整優(yōu)化專業(yè)三維模型，進而得到最終方案設計模型。

1.4 BIM軟件平臺

本次BIM設計主要采用Bentley及緯地系列軟件，實現(xiàn)了不同BIM平臺軟件的融合使用。BIM設計軟件見表2。

表2 BIM設計軟件

2 BIM實施過程

2.1 BIM設計指導書

依據(jù)行業(yè)標準及指南完成《BIM設計指導書》（項目級），結(jié)合應用需求及建設規(guī)模明確BIM設計應用點、思路目標、工作流程、模型技術(shù)標準等。

2.2 BIM設計流程

以《BIM設計指導書》為原則，確定整體建模流程，明確采用基于網(wǎng)絡服務器的文件協(xié)同管理模式，指導設計人員建模及協(xié)同操作。BIM設計流程見圖1。

圖1 BIM設計流程

2.3 三維模型組織管理

從便于BIM模型建立及組織管理、有效實現(xiàn)方案設計可視化、數(shù)據(jù)互用性、提高工程量計算的準確性以及方便實現(xiàn)多領(lǐng)域協(xié)作的角度出發(fā)，結(jié)合該項目提升改造方案設計、城市規(guī)劃及路段的特點，對三維模型進行分專業(yè)、分標段管理。模型標段劃分見表3。

為便于管理，對三維模型、模板庫及構(gòu)件庫的命名規(guī)則進行統(tǒng)一規(guī)定。命名規(guī)則見表4。

3 BIM設計

3.1 現(xiàn)狀模型建立

以現(xiàn)狀地形、建（構(gòu)）筑物等基礎(chǔ)資料為依據(jù)，按照信息深度等級N2、幾何表達精度G2的標準創(chuàng)建可視化的現(xiàn)狀三維模型，準確表達場地的地形、勘察及場地特征等信息，為設計模型建立提供基礎(chǔ)。

表3 模型標段劃分

表4 命名規(guī)則

3.2 模板、構(gòu)件庫建立

項目模板、構(gòu)件庫的建立是三維模型創(chuàng)建的基礎(chǔ)，也是核心工作。模板信息的完整程度直接決定三維模型的信息深度；模板之間及模板組件之間的約束關(guān)系優(yōu)劣，直接決定建模的工作效率及模型信息能否高效傳遞；參數(shù)化程度的高低決定了模板移植復用性的便利程度。

（1）模板庫

該項目現(xiàn)狀為公路，北側(cè)瀕臨河道，南側(cè)為待開發(fā)利用土地。其市政化改造過程中，必須考慮河堤、道路、場地、景觀、交通功能等因素，因此在道路橫斷面模板創(chuàng)建過程中，綜合考慮制約因素及技術(shù)標準，依此創(chuàng)建的模板中的路面結(jié)構(gòu)等信息可直接被提取完成最終的工程量統(tǒng)計。道路標準段橫斷面模板見圖2。

圖2 道路標準段橫斷面模板

（2）參數(shù)化構(gòu)（組）件庫

橋涵、照明、交通專業(yè)中的橋墩、橋臺、承臺、樁基、路燈、交通標志等諸多構(gòu)件有幾何信息不同、非幾何信息相同的特點，依此特點分類創(chuàng)建參數(shù)化的構(gòu)件庫。各類只需創(chuàng)建一個構(gòu)件，其余不同尺寸的構(gòu)件只需修改幾何參數(shù)即可得到。參數(shù)化為構(gòu)件的復用性和可移植性提供了保障。

3.3 設計模型建立

本次設計模型建立主要采用Bentley系列軟件，各專業(yè)模型精細度為LOD2.0。

以現(xiàn)狀模型和方案基本資料為基礎(chǔ)，根據(jù)前期劃分的模型標段，在協(xié)同環(huán)境下，首先路線專業(yè)分標段建立路線設計模型，將路線初步設計模型與現(xiàn)狀、規(guī)劃等模型集成，對路線走向、空間占位、路線平縱面進行可視化分析，進行道路選線的合理性評價，經(jīng)模型優(yōu)化完成最終路線模型。橋涵、照明等專業(yè)以現(xiàn)狀模型、路線模型、參數(shù)化的模板、構(gòu)件庫為條件，快速完成各專業(yè)模型，通過模型協(xié)調(diào)整合完成總裝模型（見圖3）。

圖3 總裝模型

3.4 建筑限界校驗

通過對總裝模型的立交段、地下道路段等控制節(jié)點的碰撞檢查，對建筑限界不滿足規(guī)范要求的模型段落進行修改，使得控制節(jié)點的建筑限界滿足規(guī)范要求。建筑限界校驗見圖4。

圖4 建筑限界校驗

3.5 安全性評價

由于該項目為公路市政化改造項目，現(xiàn)狀公路設計修建時間早，技術(shù)指標偏低，加之市政化改造過程中受場地等因素的制約，需要對運行速度及視距進行檢驗。

將Bentley軟件創(chuàng)建的三維模型導入緯地交通與安全工程BIM設計系統(tǒng)中，完成運行速度驗證及視距檢驗，根據(jù)檢驗結(jié)果對效果不佳路段的三維模型進行優(yōu)化調(diào)整。運行速度及視距驗算模型見圖5。

圖5 運行速度及視距驗算模型

4 結(jié) 語

BIM作為一個全新的理念，涉及一個工程項目全壽命周期，從規(guī)劃、設計、理論、管理到施工維護技術(shù)一系列的創(chuàng)新，BIM的應用帶來了工程行業(yè)的第二次革命。本次通過G310天水段提升改造工程BIM方案設計，對BIM正向設計內(nèi)流程、技術(shù)標準，道路設計可視化，多領(lǐng)域協(xié)作，多平臺軟件融合應用，現(xiàn)狀限制因素驗證（建筑限界碰撞檢查），參數(shù)化模板（構(gòu)件）庫創(chuàng)建，出圖、工程量計算等進行了系統(tǒng)研究，建立設計方案三維模型，通過三維模型進行方案的技術(shù)合理性及運行安全性的論證，完成最終設計方案，可供類似工程參考借鑒。