基于BIM技術的復雜立交橋協同設計方法

（青島市市政工程設計研究院有限責任公司，山東 青島 266100）

一、BIM技術簡述

BIM是一種設施實體、功能特性的數字化表達方式，可用于工程設計建造管理，通過參數模型實現對項目所有信息的整合，并在項目策劃、實施、運行、維護等全生命周期內進行共享與傳遞，有利于提高生產效率、節約成本、縮短工期。

二、BIM技術在橋梁工程設計中的應用分析

BIM技術在橋梁工程設計、施工、運維等方面具有顯著優勢。城市橋梁尤其是部分立交橋結構復雜、周邊環境制約因素多，傳統二維設計方法效率低、難度大，采用BIM技術可直觀展示橋梁結構及其與周邊環境的關系，有利于將復雜問題簡單化，提高工程設計效率與質量。

依據橋梁工程的總體設計路線，設計過程中結合BIM技術優勢完成三維模型創建，提出橋梁設計完整方案。應用BIM技術進行橋梁設計具有以下要點：

三維設計：BIM橋梁設計的核心在于利用三維軟件進行設計建模，通過生成的三維模型，設計人員可及時發現設計錯誤，并進行可視化修改和優化。

參數化設計：BIM橋梁設計是面向對象系統建模，族是參數化設計的有效載體，利用Revit等軟件建立參數化族，通過修改族的相關參數，實現對模型的實時修改解決常規設計和修改圖紙容易遺漏、出錯等問題。

協同設計：協同設計是BIM橋梁設計中關鍵的一環，包括道路、橋梁、設備、排水、交通工程等多專業的協同配合，各專業使用同一個實時更新的三維模型使不同專業之間進行銜接，實現設計方案的系統優化。

三、基于BIM技術的復雜立交橋協同設計實例分析

本文以雙元路與雙積路節點立交工程為例，通過BIM技術應用，解決項目結構和環境復雜、協同設計要求高等難題，實現總體方案優化、交通組織優化，應用效果顯著。

（一）項目概況

雙元路與雙積路節點立交橋是青島市規劃雙元路快速路南端起點，與現狀雙埠互通立交相接，是青島東岸城區對外出行的門戶，也是東岸城區與膠東國際機場、北岸城區聯系的交通咽喉。工程采用雙跨線+定向匝道四層立交設計，立交占地面積約16×104m2。

（二）立交橋特點與難點

（1）受雙埠立交橋和白沙河橋制約，立交設計實施難度大；

（2）在規劃雙元路快速路起點時，需在實現南北快速通行的基礎上，預留遠期雙元路快速路銜接建設條件；

（3）項目位于流亭機場周邊，兩側企業和社區密集，地下管線復雜，需使用BIM模型建立立交與周邊建筑和地下管線的關系，確定征地拆遷和管線遷改影響范圍。

（三）基于BIM技術的復雜立交橋協同設計方法

本項目基于鴻城集成平臺，各專項設計通過直接入庫或轉換入庫合模，開展立交橋BIM協同設計工作。

1.基于BIM的方案設計

（1）實景建模與三維地質分析

項目位于流亭機場周邊，受空域管制影響無法航拍，利用路易BIM軟件進行建筑虛擬合成，確保虛擬建筑模型尺寸和位置與實景吻合，基于傳統地勘探孔資料，應用GEO5軟件構建三維地質模型以提高設計精確性和安全性，為橋梁建模提供可視化地勘資料。

（2）三維可視化方案比選

在常規立交功能、工程投資、占地規模等方案比較基礎上，通過三維可視化模型，系統展示立交與銜接路網、周邊環境和地下管線等的相互關系，保證方案比選更科學合理。

（3）征地拆遷工程量動態統計與可視化

結合不同立交方案BIM模型成果，直觀展示周邊建筑與立交相互關系，為建設方確定征地拆遷影響范圍提供決策依據。

（4）基于BIM模型快速實現VISSIM交通仿真分析

VISSIM交通仿真與BIM模型結合，對路口現狀和設置南北、東西、南西跨線橋三種情況下的立交方案進行交通仿真模擬，實現立交方案優化和地面平交口信號配時動態一體化設計和運行結果評價，基于BIM模型和VISSIM仿真確定的信號燈配時方案，可為交通管理部門優化交通管理提供依據和參考。

（5）虛擬駕駛模擬交通運行效果

采用BIM技術虛擬駕駛模擬，直觀展示交通運行效果，動態優化路線平縱組合設計，提高立交行車安全與舒適性。

（6）動態檢測立交視距、凈空

通過BIM模型立交橋視距、凈空進行動態檢測，并生成檢測報告，方便調整立交總體方案設計和BIM模型，確保設計成果滿足通行安全和規范要求。

（7）三維可視化碰撞檢測，合理組織管線遷改

通過BIM模型實現各專業管線之間數據傳遞，以及三維可視化視口快速檢查管線碰撞情況，實現多專業管線協同設計，高效優化管線綜合布置；結合橋梁BIM成果，直觀體現管線現狀與橋墩距離的位置關系，合理確定管線遷改范圍和數量。

（8）多專業集成協同設計

基于鴻城集成平臺，整合項目道路、橋梁、管網、景觀、交通、照明等專業內容，實現工程范圍內建設內容的全方位BIM整合、協同設計及BIM模型輕量化展示。

2.基于BIM的施工圖設計

（1）基于BIM模型的施工圖協同設計與校審

通過鴻城集成平臺合模各專業BIM成果，實現上下游專業數據高效互通，在協同設計基礎上，實現項目全專業BIM模型成果會審及校審。通過協同設計集成平臺，各專業負責和審核人員可系統、支管查看所有專業設計成果及相互管轄，提高了成果質量和設計效率。

（2）基于BIM模型的橋梁系統分析-校核-出圖一體化

基于三維地質數據模型，開展橋梁基礎精細化三維分析及計算校核，保證下部結構設計安全合理；通過創建典型橋梁的空間整體鋼筋、預應力鋼束模型，對鋼筋、鋼束空間布置進行優化調整，解決“鋼筋鋼束空間干涉”這一預應力橋梁結構設計難點，保證設計及施工質量；基于BIM參數化模型-計算模型-分析結果，實現一鍵出圖和工程量統計。

（3）基于BIM模型的道路設計參數優化與施工圖設計

基于路立德專業的平縱橫、超高、加寬等道路工程設計功能，創建道路BIM參數化模型與設計過程正向結合，直觀展示路線組合、超高、加寬等專業性設計，根據國家規范標準要求和可視化效果優化設計參數；結合地質情況模型，可直觀展示和有效復核不同地質情況下的路基處理方案、范圍和深度等；基于BIM模型中確定的斷面和路面結構層參數，方便主要建材工程量統計；基于專業軟件正向設計的BIM模型，能實現快速、批量化出圖，乃至直接交付建設和施工單位指導現場施工。

（4）三維可視化施工圖設計交底

基于BIM模型展示施工圖設計成果，進行三維可視化技術交底，直觀、易懂且利于保證現場建設質量。

四、結語

綜上所述，基于BIM技術開展橋梁工程尤其是復雜立交橋設計是行業發展趨勢，在周期短、環境復雜、信息繁瑣、方案多變情況下，通過建立三維信息化模型，可實現工程方案可視化探討、參數化設計和專業協同優化，有效提高復雜立交橋設計效率、優化設計方案、解放人員精力，促進我國橋梁建設事業更好更快發展。