BIM技術在道路橋梁設計中的應用分析

楊倩倩

(山東華遠公路勘察設計有限公司，山東 濰坊 261061)

0 引 言

道路橋梁BIM技術設計中，參數設計是關鍵，前期的模型構建及后續的工程設計中，參數設計都是不可或缺的，通過參數化設計，有效實現了對道路橋梁的現場模擬。BIM技術的數據信息集成化特征是傳統二維設計所難以達到的，具有顯著的可視性，操作性。

1 BIM技術分析

1.1 BIM技術優點

通過對比得出該技術的優點如下。

(1)BIM技術在道路橋梁設計中數據傳遞和承載功能突出，協同優勢明顯，解決了傳統技術水平下，設計不足與分散的問題。

在三維模型圖中應用路易BIM軟件，可以經GIS技術和傾斜攝影測量技術的的加持，可迅速理解項目分部形態、周邊環境，為方案最終確定，提供切實可靠的意見。

BIM技術能夠完成信息共享，并且可以與多軟件相結合，比如BIM模型中的LEGION、STEPS等車輛、行人仿真模擬軟件，可實現交通模擬，進而優化設計。

2 案例分析

2.1 工程概況

文章所依托的軟件為路易2020-BIM道路設計系統軟件，工程為昌樂青龍互通立交連接線工程，擬建橋梁為淳于河大橋，橋址區為河谷地貌，擬建橋梁的主橋跨越淳于河，河谷的寬度約為100 m。擬建橋梁采用6孔-20 m預應力混凝土小箱梁，全長127 m，下部結構型式為肋板(柱式)臺，橋梁全寬25 m。本橋3孔一聯，共兩聯，聯端設D80伸縮縫。具有經濟效益好的優點。

2.2 道路設計初步定義

BIM技術雖然具有多種優勢，但是設計中要考慮多種因素，具體流程如下。

地形圖識別，生成地形曲面，設計文件中的地形數據一般由等高線和高程點組成。利用地形數據生成曲面后，可以進行三維地形查看，檢查高程異常的地方，并刪除錯誤數據。將外部的衛星影像圖，按照參照方式插入當前的項目中。在進行三維漫游時，可以與地形曲面形成三維地形。

采用“導線法設計”或是“曲線法設計”進行路線設計。導線法設計時支持簡單型、基本型、凸形、S/C形、復曲線、回頭曲線等幾種線形。曲線路線設計時，采用起點接線、積木法設計中間段、終點接線的方式，其中終點接線可執行多次。起點接線后，可隨意添加中間段，包括直線單元、圓弧單元和緩和曲線單元，并可以設定單元的額長度，對于圓弧單元可以設定半徑，對于緩和曲線單元可以設定起終點半徑，并可以實施拖動得到。

在縱段設計時，可以首先對沿線的構筑物進行定義，構筑物的類型為橋梁、分離式立體交叉、互通式立體交叉等，通過“從地形提取自然縱段數據”、“新建設計縱段”、“縱段拉坡”三個步驟完成縱段設計。從地形提取的自然縱段數據，可以加上偏移值，來獲取中央隔離帶邊緣、行車道邊緣等處的數據。并可以對自然地形提取縱段數據與自然地形曲面進行關聯，這樣就會實現自動修改。縱段設計時，可以對設計縱段樣式、設計縱段使用的數據源進行修改。

通過“板塊設計”、“邊坡設計”進行橫斷設計。在進行道路板塊設計時，可以單獨創建路線，也可以直接創建出帶道路全屬性的模型。當選擇了“道路裝配”和地形曲面時，會自動創建自然縱段和設計縱段，否則，不生成縱段數據。板塊包括人行道、慢車道、機非分隔帶、快車道等類型和相應的寬度，需要及時進行板塊預覽，預覽時可以看到哥板塊平面投影線、板塊類型文本標柱、板塊坡度、板塊尺寸等。設施布置時，選擇路燈、綠化、標線、交通燈等控制參數。邊坡設計時需要把道路指定側指定樁號范圍標識為自定義放坡段。標識為自定義放坡段后，該范圍內已有邊坡自動轉為自定義放坡，并且更新道路邊坡時，不再自動更新自由放坡是按設定坡度放坡到指定曲面，起坡線自動分為填方和挖方段，可以分別控制填挖方段的放坡參數。起坡線可以是道路邊界、交叉口邊界、已有道路或交叉口放坡，當起坡線選擇其他放坡結束線時，新產生的放坡自動當作下級放坡。

由路線、縱段、板塊方案、邊坡方案生成道路，道路可進行三維查看。三維查看時是在獨立的窗口沿駕駛路線察看。當地形數據量比較大，道路邊界復雜又長時，可以將不挖掉道路范圍內的地形，設置成半透明。這樣便于察看。

道路立交、橋梁參數編輯。進行橋梁三維設計時，可以列出所有已存在的分聯，順序命名為“第一聯”、“第二聯”等。當插入或刪除一聯時，受影響的聯重新編號命名。選中某一分聯時，右側的本聯跨徑組合和上部結構顯示本聯，可編輯。

道路沿線綠化參數編輯。進行綠化三維設計時，路易BIM軟件提供了沿道路、沿綠化帶、沿線和隨意位置種植功能。對各種樹種及其模型，進行了歸類管理。常用樹種可以一鍵提取，極其方便，軟件可以根據曲面地形和道路高程自動計算樹的高程。對應樹種的直徑、種植密度及最小距離也可以參數化編輯。在日常的設計過程中，隨著道路的延伸，綠化帶呈現明顯的節奏性變化，這種節奏稱為模板，主要有灌木叢、樹、路燈、圖塊等基本元素模板。軟件可以通過綠化模板管理器實現對綠化模板的組織管理及編組利用等。

道路設計中，穿越鄉村、城鎮路段時，道路兩側建筑物較多，可以通過定義建筑工程實現視覺化管理，可以把地形圖測繪時的房屋線轉化為三維模式，以便于演示。道路工程項目設計時的收費站、高壓線塔、水域等均可進行參數化三維設計。在設計道路上定位并輸入參數后，可以創建收費站的模型對象，繪制自定義實體。鐵路定義時，鐵路模型分為有砟鐵軌和無砟鐵軌兩種，三維多段線及數字地形上的高程可以直接提取。高壓線塔的模型有五種可以選擇，分別是酒杯塔、貓頭塔、鼓型塔、上字塔、桿塔。可以根據需要選擇合適的塔型，方便快捷。水域分為面狀水域和線性水域。

道路交通安全設是道路的重要組成部分，參數化設計時，用同系統路易交通設施設計軟件的設計結果，可以直接轉化為三維對象。對于自畫的復雜平面交叉，也可以轉換。道路交通標志的三維化支持實線、虛線、文字、填充、突起路標、輪廓標等，并且也支持多種立柱式、懸臂式、門架式標志桿及附著式標志牌。隔離護欄也支持三維化。信號燈的設計直觀、便捷，可定制，可以將信號燈分成不同的配時編組，設置信號相位，依次串聯成信號循環周期。并可設置綠燈的早開或是滯后，方便簡單。

生到路口可進行三維漫游。在CAD文檔視圖中進行巖路線駕駛的三維漫游時。事先需要設置合適的視圖模式。根據樁號、距中心線距離、視線高度設定AutoCAD視點，并切換到對應的CAD三維透視模式。如果當前的三維漫游窗口已經打開，那么里面的視點也會相應改變。可以直接將工程中定義的道路路線轉為三維漫游的路線，自動從路線設計縱段提取高程。也可以直接將多段線轉為三維漫游路線。三維漫游時可利用多段線加載交通路線，這樣漫游時會看到交通路線上形式的車輛。交通流量、車輛比例也可以確定。當交通路線存在交叉時，漫游中行駛的車輛會按照避讓關系來進行主動避讓。

具體方法如下：初步設計時，先對本項目的地形進行識別，生成三維地形曲面，本項目的曲面點數41 306個，三角形個數82 415個，最大高程367.00，最小高程122.00，檢查后，消除劣質三角形。路線采用導線設計，并從曲面地形中提取自然縱段文件，并進行縱段拉坡，形成設計縱段文件。本項目道路板塊為路基寬度25.5 m。

2.3 橋梁參數初步定義

橋梁參數初步定義時，首先應在路易2020-BIM道路設計系統中進行初步定義優化。模型在建立過程中還應該結合設計外觀的需要進行。初步選用基本信息：橋梁名稱、所屬道路、起止樁號、跨徑組合、上部結構、下部結構等。

護欄定義時，可以在管理項目時設立中央護欄、防眩板及側護欄的規格。

主梁斷面設計時，主梁斷面的包括斷面類型選擇、斷面規格定義、斷面參數設置、主梁斷面繪制、箱式設計等。并且每個主梁斷面方案都有單獨的編輯功能。切換到預覽圖模式時，可以對當前參數生成的箱式進行預覽。左右對設計時，右側對應的參數編輯框自動和另一側同步。

上部結構定義時，可以在上部結構方案節點中選擇規格，如箱梁、小箱梁、T梁、空心板方案等。只能使用一種橋類型，但是左右幅分離時可以分別使用不同的類型。

橋墩定義時，類型有圓形、矩形、圓端形、雙圓端形、雙薄壁墩幾種。在輸入合適的橋墩設計參數后，可以根據不同的類型顯示示意圖。

蓋梁墩帽定義時，類型有標準樣式、墩帽樣式、帶系梁墩帽等幾個選型，可以編輯選擇設計，當參數是左右對稱時，可以右半側參數自動隨左半側變化。可以根據顯示示意圖實時修改。

橋臺規格定義時，類型有臺類型，U形臺、耳墻式、八字形翼墻等幾個類型，輸入橋臺的設計類型后，可以進行編輯，但是同一項目的橋臺間不能重名。

索塔構件的斷面設計時，類型有橢圓形、矩形、工字型、十字形、T字型等，并根據實際參數調整。索塔實體的構件是索塔構件，一個索塔可以由一個或多個索塔構件組成。索塔構件實體由索塔斷面沿各個索塔立面路徑掃掠得到，一個索塔構件可以包含一個或多個索塔立面路徑，索塔構件可通過特性修改，并設置好寬度。

對橋梁結構的各個位置進行初步設計后，利用路易BIM軟件對標準段的草圖設計參數進行設置，使混凝土小箱梁模型實現參數化。通過設計參數命令可以實現結構的調整，是模型更加具有實用性。

3 三維實景模型的應用特征

(1)能三維實景模型能夠使地形地貌以及構造物周邊環境得到真實反應。三維展示時，可對地形進行遮蔽，這樣遮蔽區內的地形就不會顯示。并可以在路面(包括平交口)內劃定一個區域，該區域內的路面三維模型不再顯示，這就相當于路面上開了一個觀察窗，便于察看路面下的管線等。

(2)通過數據生成的三維實景模型，可以與GIS地理信息系統軟件中的投影坐標相結合，可視化仿真，結合數字地形模型，簡化并且多分辨率的表達bin技術。

(3)通過三維實景模型，可得到等高線圖、網格地形等相關信息。同時可利用傾斜攝影功能，將不需要的道路、交叉口、水域等隱藏，屬于傾斜攝影挖洞功能。定義到曲面上的建筑物、樹、路燈、標志、標線、隔離護欄及CAD實體，均可按高程重新定位到指定曲面上。軟件支持批量移動實體，以及將實體從曲面提高到指定高度，并自動搜索曲面計算高程。三維地質同樣可以讀取到地面上，將勘測單位的鉆孔數據，整理過濾，作為模型數據源，進行三維地質的鉆孔數據讀取，數據讀取成功后，可以按工程項目的實際情況進行編輯修改，及此三維地質模型，可進行模型剖切，出具地質剖面圖。實現地質挖方效果是，可使用已有曲面對地質模型進行挖除，來實現地質效果。

(4)通過三維實景模型，可對結構進行單體化分析，通過核心指標和關鍵數據，全視角查看橋梁設計，運籌帷幄，統籌全局。并對各分項工程的進展情況進行監視，對風險情況提前預知，對趨勢走向通過可視化組件進行提前預判，將設計、施工調度直達項目一線。

物聯監測實現調度可視化，助力高效決策，管理人員之間的溝通時間減少50%，溝通和調度效率成倍提升。

可以結和云數據、物聯網、移動終端等先進的技術信息，構件信息體系，實現橋梁建設過程的全程可追溯、結果可分析，不讓風險化成隱患，同時消除隱患，提高總體設計、施工、管理水平。

3.2 三維實景模型的應用

該參數化的BIM模型可為項目的全壽命周期提供合理的數據支持，主要包括階段為項目的設計、施工、運營、維護階段。這種方式更有利于項目的施工。

在本項目中，將三維實景模型與參數化模型進行結合，通過填挖方的數據信息對實景模型進行修改，最終形成符合項目實際情況的三維模型。該融合圖可以對施工過程進行模擬，為后期階段提供數據等。

4 結 語

通過對BIM技術在道路橋梁設計中的應用進行分析，得出以下結論。

路易BIM軟件，將地形、路線、縱段、道路、橋隧、立交、地質進行參數化設計，實現數字化，道路橋梁三維實景模型的應用，使得信息表達由二維上升到三維，提高了工作效率，弱化了專業間的銜接錯誤，值得深入研究推廣。