城市快速路改造工程BIM技術應用研究

丁健華 張方晴

(中設設計集團股份有限公司 南京 210014)

城市快速路作為城市交通的重要組成部分，對于緩解城市交通壓力，促進城市經濟發展具有重要作用。但由于城市快速路項目多為改造項目，受周邊環境影響較大，傳統的設計手段已很難滿足復雜的設計需求。2017年，交通運輸部辦公廳發布《關于推進公路水運工程BIM技術應用的指導意見》(交辦公路[2017]205號)，提出了公路水運工程BIM技術應用的發展目標，促使BIM技術在交通行業的應用深度、廣度快速提升。本文即以徐韓公路快速化改造工程項目為例，對BIM技術在城市快速路改造項目中的應用進行研究。

1 工程簡介

1.1 項目概況

徐韓公路快速化改造工程位于徐州市東北部鼓樓區、銅山區及徐州市經濟技術開發區。項目道路分為徐韓公路和金港路兩段，其中徐韓公路段起點位于秦洪立交(三環北路與三環東路交叉)，沿現狀G310向北至京臺高速，全長約3.556 km，金港路段西起秦洪立交，東至錦繡路，全長約2.46 km。設計中主線采用城市快速路標準，設計車速100 km/h,輔路采用城市主干路兼一級公路標準，設計車速60 km/h，設計內容主要包括秦洪互通立交橋(見圖1)、徐韓公路高架橋、徐州北互通立交橋、金港路高架橋。

圖1 秦洪互通立交橋

1.2 項目特點

徐韓公路快速化改造工程為改造項目，沿線條件十分復雜，主要表現為以下幾點。

1) 沿線經過住宅區、工廠區、鐵路區等，其中，徐韓公路沿線主要以農業用地、居住用地及工業用地為主，金港路沿線主要以工業用地為主。

2) 沿線相交道路多。徐韓公路共有相交道路14條，另外徐韓公路與京杭大運河相交，現狀下穿鄭徐客專，北側緊鄰京滬鐵路(見圖2)；金港路共有相交道路3條。

圖2 徐韓公路沿線情況

3) 現狀管線條件復雜。徐韓公路現狀設有埋地國防光纜、架空桿線、路燈管線等；金港路現狀設有雨污水管線、路燈管線、給水管線、埋地弱電、電力管線、國防光纜、架空220 kV、10 kV電力鐵塔及弱電信號塔。

4) 地質條件復雜。根據沿線地質調查，徐韓高架及徐州北互通存在巖溶發育區，巖溶發育程度為強發育，巖溶多以溶(隙)洞為主，見圖3。

圖3 沿線地質情況

2 傳統設計方案的不足

基于以上項目特點，徐韓公路快速化改造工程在設計中存在諸多難點，傳統的設計方法面對復雜城市快速路改造項目時，已難以滿足設計需求，主要體現在驗證設計成果的合理性、復雜節點設計等方面，具體情況[1]如下。

2.1 路線設計的合理性無法驗證

由于項目沿線條件復雜，設計中需考慮各種因素，導致路線設計線型復雜。在復雜項目傳統路線設計過程中，平縱曲線往往分開設計，因此經常會出現平面線形設計很好，縱曲線也符合規范要求，但平縱曲線結合后出現不利點的情況。在這種情況下，就需要借助BIM技術，以三維的形式設計或者進行路線驗證，以達到設計最優的目標，同時通過模擬駕駛，體驗真實的駕駛感受。

2.2 紅線核查效率和準確性低

傳統設計在進行紅線核查時，對橋梁上部構件、人行道外邊線與紅線之間的距離，通常是以關鍵點核查的方式，對可能超出紅線的位置進行測定，通常一個項目需要核查幾百個關鍵點，不僅工作繁瑣，還容易出現錯漏。為提高核查的效率和準確性，需要借助新手段來進行核查工作。

2.3 新舊交接處設計難度大

項目沿線與既有路、橋交接較多，且現狀存在多種管線，因此在設計的過程中，經常會存在新舊交接的設計，如與既有路、橋的交接設計，與現狀管線的交接設計等，但是由于測量數據存在一定的誤差，通常采用設計預留、施工現場調節的方式，但這種方式具有較高的不確定性，因此需要新的技術手段來進行精細化設計。

2.4 復雜地質區的設計優化

該項目存在串珠型溶洞，對設計施工產生不利的影響。傳統的設計多以剖面形式反映地質情況，較難立體直觀地反映溶洞的真實樣貌，影響設計與施工的效率。因此在復雜地質路段，需采用三維的設計方法進行快速設計，同時為施工提供技術支持。

3 BIM技術應用方法

根據項目的特點和傳統設計中存在的問題，借助BIM、GIS等新技術手段的應用，同時通過工程實踐，對城市快速路改造項目BIM技術應用方法進行總結。

3.1 基于BIM+GIS技術的路橋設計

通過建立傾斜攝影模型，在三維空間環境下測定橋梁上部結構、人行道外邊線與周邊環境、現有建筑、用地紅線之間的位置關系(見圖4)，對超出紅線的位置進行方案優化[2]。同時通過將BIM設計模型與現狀模型融合，對新舊交接處道路、橋梁進行設計驗證，并模擬真實的駕駛感受[3]，確保設計方案的精確性，見圖5。

圖4 基于BIM+GIS的項目控制線核查

圖5 基于BIM+GIS的新舊工程銜接設計

基于以上設計方法，通過BIM+GIS的融合應用，為城市快速路改造項目的方案比選、方案優化提供了有力的技術支撐。

3.2 復雜地質的三維設計

由于項目沿線地質包含溶洞，對設計施工極為不利，而采用BIM技術建立三維地質模型可實現地層三維可視化，并且可以查詢地層信息。項目通過建立高架橋梁段三維地質模型(見圖6)，實現溶洞可視化，直觀了解到該段溶洞多為串珠型溶洞。利用BIM模型采用平面與剖面結合的設計方法[4](見圖7)，可以提升效率。

圖7 三維地質剖切面

圖6 三維地質模型拆分地層

同時借助BIM模型對施工進行交底，建議施工時對溶洞進行處理，找到穩定的中風化灰巖持力層，后期勘察結合地質雷達、高密度電法等手段，進一步探查施工區的溶洞分布范圍。

3.3 管線BIM設計方法

改造項目管線設計需重點考慮已有管線的分布情況，因此在設計中應做好管線的避讓和高程交接，同時還應注意與路橋等主體結構的關系，避免發生碰撞。本項目在設計中通過建立現狀與設計管線的BIM模型，在設計的過程中進行管線之間、管線與主體之間的各項核查工作，對管線高出路面的部分進行改遷(見圖8)，管線與主體碰撞的部分進行調整(見圖9)，為后期節省了大量變更工作量。

圖8 管線突出路面的部分

圖9 管線與主體碰撞的部分

4 結語

本文結合徐韓公路快速化改造工程項目，通過對城市快速路改造的特點進行總結，探索了一套BIM技術在城市快速路改造設計中的應用方法。①通過BIM+GIS技術的應用，在三維環境下對紅線進行核查、新舊交接處進行設計等，從而優化設計方案；②建立地質模型，對復雜地質情況進行分析并設計，從而實現精細化設計；③對管線與主體結構進行核查，發現設計中的錯誤并及時解決，提升設計的質量。

BIM技術作為設計的新工具，只有與設計深度融合，充分發掘傳統設計中不易解決的問題，才能真正發揮BIM技術應用的價值，更好地為設計服務。