BIM技術(shù)在城市道路設(shè)計(jì)施工中的應(yīng)用探索

饒鈺琳，梁慶學(xué)

(中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，湖北武漢 430010)

隨著我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)的發(fā)展，工程項(xiàng)目數(shù)量增多，工期要求縮短，質(zhì)量要求提高，對(duì)設(shè)計(jì)方式的要求日益增高。傳統(tǒng)的二維平面設(shè)計(jì)無法直觀展示三維效果，弊端日益凸顯。新形勢(shì)下，智能化三維設(shè)計(jì)、精細(xì)化設(shè)計(jì)和管理已成為趨勢(shì)。BIM作為新興的三維設(shè)計(jì)和管理技術(shù)，彌補(bǔ)了二維設(shè)計(jì)的不足，在工程的設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)中起到積極的作用，推動(dòng)著設(shè)計(jì)方式的變革。本項(xiàng)目以實(shí)際項(xiàng)目為依托，運(yùn)用BIM技術(shù)進(jìn)行凈空分析、視距分析、遷改分析、施工監(jiān)控等。

1 項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目依托實(shí)際項(xiàng)目武嘉高速至三環(huán)聯(lián)絡(luò)線工程。項(xiàng)目位于武漢市洪山區(qū)青菱地區(qū)。主線道路等級(jí)為城市快速路，道路紅線寬40～60m，雙向6車道，道路設(shè)計(jì)全長(zhǎng)為2 949m，其中高架橋段全長(zhǎng)2 461.4m。輔道青菱湖西路(楊林二路-建陽三路)道路等級(jí)為城市次干道，道路紅線寬60m，雙向6車道，道路設(shè)計(jì)全長(zhǎng)為1 288.818m。青菱湖西路為現(xiàn)狀道路，路基寬度為35m，進(jìn)行拓寬改造。

工程內(nèi)容包括道路工程、排水工程、橋梁工程、景觀綠化工程、交通工程、照明工程、海綿城市等。

2 BIM建模

2.1 技術(shù)路線

本項(xiàng)目應(yīng)用Bentley(奔特力)系列軟件完成BIM設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的三維展示、二維出圖、工程量統(tǒng)計(jì)核算以及施工指導(dǎo)等功能(圖1)。

圖1 總體技術(shù)路線

具體技術(shù)路線為：道路建模使用PC(PowerCivil)，橋梁建模使用OBM(OpenBridgeModeler)，橋梁附屬設(shè)施建模使用MS(MicroStation)，部分結(jié)構(gòu)工程計(jì)量使用PS(Prostructure)，主要路橋模型工程計(jì)量使用PC和OBM。

2.2 創(chuàng)建地形

傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)以數(shù)字展示高程，在三維空間上的表達(dá)存在較大的局限性，且二維地形圖無法直觀展示項(xiàng)目周邊建筑、現(xiàn)狀道路及景觀等環(huán)境元素。本項(xiàng)目采用傾斜攝影技術(shù)，建立實(shí)景模型，清晰地表達(dá)三維地形，完整地展示了項(xiàng)目用地周邊的真實(shí)環(huán)境(圖2)。

圖2 實(shí)景模型

2.3 道路創(chuàng)建

道路建模使用PC(PowerCivil)軟件，在各專業(yè)共享的平臺(tái)上進(jìn)行道路中心線、縱斷面、橫斷面、路基路面設(shè)計(jì)，BIM模型實(shí)時(shí)更新，實(shí)時(shí)進(jìn)行工程量統(tǒng)計(jì)，其它專業(yè)(綠化、排水等)根據(jù)道路共享BIM模型完成本專業(yè)BIM設(shè)計(jì)，道路專業(yè)可同時(shí)看到其它專業(yè)的共享BIM模型，從而進(jìn)行本專業(yè)的更新，最終完成快速路BIM模型的設(shè)計(jì)任務(wù)。

2.4 橋梁創(chuàng)建

橋梁建模使用OBM(OpenBridgeModeler)軟件，采用參數(shù)化布跨的方法。首先，根據(jù)現(xiàn)有設(shè)計(jì)資料，結(jié)合道路、交通、地質(zhì)等專業(yè)的BIM模型，進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，根據(jù)方案結(jié)果建立橋梁專業(yè)BIM模型；然后，在前期橋梁方案模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)初設(shè)階段的基礎(chǔ)資料，進(jìn)行模型的整合、深化及數(shù)字化分析，進(jìn)一步深化模型。道路平縱設(shè)計(jì)和橋梁布跨可以實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)更新(圖3)。

圖3 主線橋參數(shù)化建模與布跨

2.5 附屬設(shè)施創(chuàng)建

利用MicroStation完成橋梁附屬設(shè)施(聲屏障及路燈)及交通標(biāo)牌等設(shè)施設(shè)計(jì)，建立項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)化族庫(kù)(圖4)。

圖4 橋梁附屬設(shè)施(聲屏障及路燈)設(shè)計(jì)

3 BIM設(shè)計(jì)應(yīng)用

3.1 正向設(shè)計(jì)出圖

對(duì)于復(fù)雜的三維構(gòu)筑物，二維圖紙往往難以直觀的展示設(shè)計(jì)意圖，給施工造成困擾，甚至使施工偏離設(shè)計(jì)意圖。而BIM的三維可視化模型能夠非常直觀的展現(xiàn)立體構(gòu)筑物，傳達(dá)設(shè)計(jì)意圖。為了打通設(shè)計(jì)與施工間的溝通障礙，本項(xiàng)目積極探索BIM正向設(shè)計(jì)和BIM出圖，力求用三維的方式表達(dá)設(shè)計(jì)意圖，傳遞設(shè)計(jì)思路(圖5)。

圖5 人行天橋二維平面圖與BIM模型

經(jīng)過嘗試與研究，本項(xiàng)目解決了大部分構(gòu)造的正式設(shè)計(jì)出圖問題。

3.2 碰撞檢查

在項(xiàng)目應(yīng)用階段，通過將道路、管線、橋梁等專業(yè)BIM模型疊加整合，可實(shí)現(xiàn)直觀檢查管線、樁基等元素與構(gòu)筑物的空間位置關(guān)系，對(duì)存在碰撞的位置及時(shí)作出調(diào)整。比如通過建立橋梁上部結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力管道模型和鋼筋模型，核查鋼筋與管道碰撞，做出適當(dāng)調(diào)整，為施工提供方便(圖6、圖7)。

圖6 地下管線與主線高架樁基碰撞檢查

圖7 預(yù)應(yīng)力管道與普通鋼筋碰撞檢查

3.3 凈空視距檢查

利用三維模型具有可視化的特點(diǎn)模擬行車視角中的視距區(qū)域，從而復(fù)核視距范圍內(nèi)是否存在障礙物。本項(xiàng)目運(yùn)用OpenRoads的視距分析功能進(jìn)行道路的視距分析，進(jìn)而可以優(yōu)化調(diào)整道路線型及橋梁布跨方案(圖8)。

圖8 行車視距分析

3.4 工程量復(fù)核

通過BIM三維模型提取的工程量與二維施工圖統(tǒng)計(jì)工程量對(duì)比可知：橋梁專業(yè)BIM設(shè)計(jì)工程量與傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)工程量相比，誤差在1 %左右，道路專業(yè)BIM設(shè)計(jì)工程量與傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)工程量相比，誤差在2 %左右(表1、表2)。

4 BIM施工應(yīng)用

4.1 征地拆遷復(fù)核

將三維BIM模型疊加到傾斜攝影獲取的地形圖上，可直觀的復(fù)核道路紅線范圍、用地情況、征地拆遷，從而可以優(yōu)化項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案，節(jié)約工程投資(圖9)。

表1 BIM工程量統(tǒng)計(jì)

表2 工程量對(duì)比

圖9 道路紅線及征地拆遷復(fù)核

4.2 現(xiàn)場(chǎng)施工放樣

賦予BIM模型GIS坐標(biāo)，可以快速的計(jì)算出構(gòu)筑物坐標(biāo)，復(fù)核后可指導(dǎo)施工(圖10)。

圖10 BIM橋墩應(yīng)用

將BIM模型與三維實(shí)景疊加，可以進(jìn)一步復(fù)核設(shè)計(jì)與現(xiàn)狀相結(jié)合的情況，提高放樣精度，避免發(fā)生重大失誤(圖11)。

圖11 BIM模型與實(shí)景疊加

5 創(chuàng)新點(diǎn)與難點(diǎn)分析

(1)使用Bently軟件對(duì)BIM在市政道路橋梁設(shè)計(jì)與施工中的應(yīng)用做出了探索。通過探索可知，Bently軟件能夠進(jìn)行三維地形模擬、異型混凝土結(jié)構(gòu)建模、鋼箱梁結(jié)構(gòu)建模等三維設(shè)計(jì)和展示，且設(shè)計(jì)效率較其他BIM軟件要高，可基于BIM模型進(jìn)行性能分析及設(shè)計(jì)展示，進(jìn)而優(yōu)化設(shè)計(jì)成果。并為現(xiàn)場(chǎng)施工提供可視化指導(dǎo)。

(2)橋梁參數(shù)化建模及參數(shù)化布跨的方法可避免因工程的調(diào)整而反復(fù)建模，能夠較好的適應(yīng)方案的調(diào)整,節(jié)省工作時(shí)間,提高工作效率。

(3)探索了市政路橋BIM正向設(shè)計(jì)方法，積極推動(dòng)BIM技術(shù)在路橋設(shè)計(jì)、施工中的應(yīng)用。

(4)將三維傾斜攝影技術(shù)應(yīng)用于路橋的BIM設(shè)計(jì)中，為項(xiàng)目征地拆遷、施工監(jiān)控及測(cè)量提供保障，但傾斜攝影技術(shù)采集的數(shù)據(jù)信息量過大，對(duì)于硬件配置及軟件功能均有很高的要求，這需要進(jìn)一步的尋求更有效快捷的方法，以便于大面積推廣使用。

(5)道路工程牽扯專業(yè)多，面積廣，BIM族庫(kù)復(fù)雜，建立和完善路橋BIM族庫(kù)需要較長(zhǎng)時(shí)間。

6 結(jié)語

BIM技術(shù)作為一種新興技術(shù)正在改變著市政路橋設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)思想與方法，將傳統(tǒng)的平面二維設(shè)計(jì)技術(shù)提升為立體的三維設(shè)計(jì)，克服傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)的弊端，有利于直觀的感受設(shè)計(jì)成果、發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷、及時(shí)改正設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，可提升設(shè)計(jì)效率與質(zhì)量，可為施工提供指導(dǎo)。