BIM技术在快速路工程中的应用研究

王雨蒙

（济南市市政工程设计研究院（集团）有限责任公司，山东 济南 250101）

BIM技术在快速路工程中的应用研究

王雨蒙

（济南市市政工程设计研究院（集团）有限责任公司，山东 济南 250101）

随着国家对BIM政策的引导与支持，BIM技术在市政行业的应用越来越多。主要介绍了新疆乌鲁木齐市东外环快速路工程的概况、工程特点、难点以及BIM技术在本工程中的应用，阐述了BIM技术在快速道路工程、高架路工程、隧道工程及地下管线工程中的交通仿真、管线碰撞、动画演示、工程量统计等方面的帮助作用。此外，还对BIM技术在市政工程中的具体实施方案和在其应用中总结的经验教训进行了阐述。

BIM；快速高架路；管线

0 引言

BIM技术最早始于20世纪末的美国，其应用在欧美及日本等地区发展迅速。目前我国的BIM技术应用正处于起步阶段，应用BIM的建筑企业还不到10%，而在市政行业中应用的更少。但在住建部近日发布的《2016—2020年建筑业信息化发展纲要》中，对利用信息化技术提升建筑市场和工程建设监管水平提出了具体要求，把BIM列入“十三五”期间建筑业信息化的发展重点。

BIM模型的可视化特点可以让甲方很容易地了解图纸方案和优劣，提出方案调整意见和确定方案，以达到降低决策沟通成本的目的。还可以有效实现多专业设计模型的集成，发现问题，实现多阶段间信息的流转，减少因设计、施工、运维行业割裂造成的信息孤岛。

目前在国内还没有适用于道路桥梁项目全过程的BIM解决方案，通过本项目可以证明BIM技术在市政行业的重要性以及必要性，并建立一套适用于道桥项目全过程的BIM设计解决方案。在本项目中可以实现部分桥梁构件的参数化，解决项目中的协同问题以及解决各个软件之间的数据互换问题。

虽然现在BIM技术还处在初级阶段，初次设计建模时所耗时间和精力较多，对建立三维模型需要配备的电脑硬件配置要求也很高，但是BIM数据化的设计思路和先进理念对项目设计的质量和效率提高起到了显著作用，在不久的将来它将成为设计的主流。

1 工程概况

1.1 项目简介

新疆乌鲁木齐东二环快速路工程，是乌鲁木齐综合交通枢纽的重要组成部分。其主线全长43 km，伴行辅道、绕行辅道合计长度为42 km，还包含高架桥9座，互通立交5座，中小桥6处，通道2处，分离立交9处，天桥7处，渡槽1处及简易互通1处。

市政管线主要包括电力、通信（含有线电视）、燃气、热力、给水、雨水、污水、中水及防洪设施其他一些管线及设施。给水管线长约60 km，污水管线长约50 km，雨水管线长约80 km。

1.2 工程特点和难点

为了方便快速地进行选线方案比选，较好地把握工程尺度，进行相关分析，提高模型重复利用率，可视化汇报等，确定采用BIM技术。

BIM设计的难点主要体现在项目本身的设计难度和BIM技术自身的难度这两方面。乌鲁木齐东二环快速路工程是城市骨架路网上的高等级道路工程，其沿线地面环境复杂，经过居住区、河流、部队驻区和地质塌陷区等；涉及到的专业众多，有交通工程、道路工程、桥梁工程、隧道工程、排水工程、照明绿化等附属工程，协调难度大。

BIM应用的难点有：（1）道路等级高、功能全、规模大；（2）建设条件复杂，地面环境、地下环境复杂；（3）专业多：道路、桥梁、高架、隧道、给排水及通信；（4）缺少道桥项目BIM解决案例；（5）在道路设计方面，使用Civil 3D的道路设计模块。首先确定道路的偏移路线，然后通过横断装配偏移及改变横断装配的装配形式进行道路建模。由于道路横断变化较多，使用Civil 3D的传统操作进行装配时工作量大。在局部更改横断时，要先拆分道路，再更改横断装配，工作流程繁琐，见图1。（6）欧特克BIM软件套包内没有桥梁模块，在处理桥梁匝道与主桥相接处，横向坡度相反过渡无法准确的转换。在同一款软件内，不能同时创建箱梁与桥墩，而且还无法解决桥梁的三维配筋问题。（7）在Revit中虽然可以添加下部结构的配筋，但是工作量大，且配筋很难跟整个模型的参数相关联。（8）在管线设计中，检查井的样式不能自行添加修改，而系统自带的检查井样式，很多又不符合我院的设计标准，这样给设计人员带来很大的不便。（9）现状管线、建筑物较多，人工建模需要较长时。如果不建成模型无法看出与桥梁的距离、体量关系，因此需要找到一种批量、快速建模的方法。（10）三维设计过程中，由于桥梁体量大，管道多，计算机运行速度很慢。（11）目前国家没有出台相关的三维交付标准，三维模型生成的二维工程图不符合国家现行的制图标准，影响施工方与设计人员对BIM的认可。

图1 Civil 3D中道路横断装配

2 BIM组织及应用环境

2.1 BIM应用目标

通过本工程的BIM实施，建立一套适用于道桥项目全过程的BIM设计解决方案。

BIM应用的目标有：（1）道路、高架桥、互通立交组合结构复杂。通过三维设计模型，可以检查道路、桥梁、管线各构件之间相互关系，验证施工时的可操作性，而且将设计方案更好的呈现给甲方，使甲方能更好的进行决策。（2）道路线形发生变化时，道路的平面、交叉口以及管线也随着发生变化。进行工程BIM协同，以满足工程设计过程中道路线形、桥型、管线等变化。（3）建设构件库使模板快速实例化，提高设计效率。（4）形成可以指导其他类似项目的流程和标准。

本工程中BIM实施的应用点有：基于道路曲线的桥隧结构创新建模方法；方案比选；构件库的开发与应用；全专业协同设计；基于BIM的交通仿真；碰撞检查；工程数量统计；基于BIM模型的全专业的二维出图；Revit环境下快速建模工具的开发与应用；三维场景虚拟漫游。

2.2 实施方案

使用Civil 3D进行地形数据的处理，创建地形曲面，给卫星图片添地理坐标。使用ArcGIS软件进行现状建筑及现状管线批量生成；道路、管线使用Civil 3D进行建模，桥梁上部结构使用Civil 3D进行创建，下部结构使用Revit进行创建，并在Revit中进行桥梁模型整合；标志标牌、路灯（新疆雪莲灯）等模型统一在Revit中创建完成。

在模型创建完成后，在Civil 3D中进行高程分析、流域分析、视距分析、超高分析等工作；使用Infraworks进行模型整合、方案展示等工作。

工作流程见图2。

图2 BIM工作流程图

2.3 团队组织

成立BIM团队，设置BIM项目经理和各专业BIM工程师，同时还有工程经验丰富的各专业工程师担任专业技术支持团队。人员包含全专业，具有一定的专业知识和设计经验，学习能力强，沟通能力好，能够很好的完成技术、知识和流程的传递，并且能够帮助他人成长，从而逐步实现企业向全专业、全人员、全流程的BIM设计生产格局转变，见表1。

表1 BIM团队人员配备表

2.4 应用措施

根据项目的设计内容进行专业拆分，每个项目组成员分配具体的任务；依据建模流程制定协同模式、工作流程；根据设计需求，确定每个成员的工作内容、深度、进度安排。

2.5 软硬件环境

BIM软件对于计算机的硬件要求较高，至少使用4核CPU，8GB内存，64位系统，独立显卡1G缓存，最好有一台服务器，以便于运行大型项目。

通过前期的调研、咨询与学习，本项目决定使用Autodesk平台的几款核心软件进行BIM设计，主要使用的软件有 Infraworks、Civil 3D、Revit、Navisworks、ArcGIS软件。

3 BIM应用

3.1 BIM建模

建模涵盖全线43 km的地形、建（构）筑物、桥梁、道路、管线等设计内容。

3.2 BIM应用情况

首先，创建地形三角网格曲面，绘制道路中心线和纵断面，添加道路偏移，然后装配道路、桥梁管线模型。采用Civil 3D软件，根据CAD地形图中的等高线、高程数据点、河流及湖泊位置快速、精确建立数字地面曲面模型。

由于道路、桥梁中心线都是空间曲线，而且设计道路宽度频繁变化、匝道曲面过渡困难、高程依靠桩号，使得Revit等建模工具难以完成桥隧结构的设计，通过探索，我们将Civil3D和Revit功能进行结合解决了这一建模难题。

道路模型的创建在Civil 3D中完成。Civil 3D能够设计公路、铁路、沟渠、桥梁或其它任何与曲面关联设计的地物。平面线形设计用Civil 3D曲线法定义道路、桥梁、互通匝道线形。纵断设计直接在设计地形上截取现状地面线，然后进行纵断拉坡设计。设计过程中可以通过实时查看三维模型，辅助项目设计。

横断面主要是根据道路板块形式进行划分，如：快慢车道、绿化带、人行道等。

Civil 3D道路平面交叉口可以根据交叉线路不同，设计不同的交叉口样式，如T形，十字等。可以进行交叉口、公交车站局部拓宽车道设计，添加导流道，进行交叉口竖向设计。

如果修改与道路关联的曲面，如编辑了道路中心线或纵断面，道路模型会进行实时的更新，减少后期修改模型的工作量。

桥梁通过 Civil 3D的 Autodesk Subassembly Composer编辑创建桥梁的上部结构横断装配，见图3。在Civil 3D中根据地形以及设计需求，调整桥梁的平曲线、纵曲线，并通过创建出的横断装配，装配出桥梁上部结构模型，提取出实体。桥梁的下部结构模型以及部分附属设施则由Revit创建生成。在Autodesk InfraWorks中进行桥梁上部结构和下部结构的整合，调整模型坐标，布置附属设施。

图3 桥梁上部结构横断模型装配

参照道路中心线，以及生成的三维地形和三维道路曲面，进行给水、排水、燃气、热力、电力、电信等专业管线的设计。在道路中心线发生变化时，参照道路中心线设计的管线能随着更新。

三维管线设计是在实际位置采用真实尺寸建立的模型，设计过程中，管道可以进行碰撞检测，调整管道满足规范净距要求。

对于现状雨水和污水管管线部分，先通过Excel整理出井编号、坐标、管线连接方向、管径等基本数据，整理完成后导入ArcGIS进行二次处理，最后导入InfraWorks中生成管线三维模型。

使用Civil 3D生成的道路、桥梁、管线模型可以与Infraworks等软件进行交互展示，更好地体现设计意图。

在项目前期，专家一般关心线形走向和设计规范参数，业主则关心占地面积、拆迁和工程造价，而公众更关心环境问题，利用BIM进行不同方案的比较，BIM技术完整地展示了方案的技术特点，可以更容易地被专家、甲方和公众理解，解决了专业人士与非专业人士的沟通问题，提高了方案决策的科学性。

城市交通问题十分复杂，交通仿真能够分析在出行需求、车道特性、交通组成、交通信号等约束下道路交叉口的交通运行情况，帮助提高交通设施利用效率，确定合理的道路断面和交叉口形式。基于BIM模型的交通仿真分析解决匝道、交叉口的设计问题，可以避免基于经验设计有可能产生的交通拥堵问题，节省投资。

在道路上行驶的车辆，视距是影响交通安全的重要指标，通过行车视角漫游模拟真实环境，使街景舒适美观，两侧建筑物、山体对行车视距、视角不遮挡，交通设施布置更合理，发现规划、设计中存在的不合理之处，从而帮助规划、设计部门快速进行改进。基于BIM模型的视距分析，可以高效、准确的发现并解决问题。

4 运用效果

BIM技术应用后的效果有：（1）完整建立项目周边地面和地下环境，减少传统设计有可能产生的设计变更；（2）实现同一平台上的协同设计；（3）能够完成精确的三维模型，进行良好的三维展示；（4）能够利用三维模型检查错误，提高设计质量；（5）道路、桥梁、管线一体化设计，统筹考虑相互之间的位置关系；（6）实现了部分桥梁构件的参数化，将加快今后类似工程的设计速度；（7）依据交通仿真分析，提高了方案的科学性和合理性；（8）通过交通安全分析，合理的设置标牌和标线，提高安全和舒适性；（9）通过净空分析使用，最大限度的降低了工程高度，节约造价；（10）可视化的方案展示，更容易被专家、业主和公众理解，从而提高了方案决策的科学性。

5 总结

5.1 创新点

BIM应用的创新点有：（1）桥梁、道路、管线基于坐标、平纵曲线、桩号在BIM中准确定位；（2）实现桥墩、柱子等参数化；（3）BIM分析优化设计方案；（4）解决了现状管道、设计排水管道、压力管道导入到AIW中存在的问题；（5）解决了桥梁、道路、管线的项目协同设计问题；（6）解决了AIW中交通标线问题；（7）解决了Arcgis中建筑材质问题；（8）解决了道路横断变宽的过渡问题；（9）解决了匝道与主桥衔接问题；（10）探索出交叉口竖向出图；（11）实现现状建筑、现状管线批量、快速建模；（12）打通多软件之间的数据传递。

有些方法为我院独创，有力地促进了BIM项目设计质量和速度。

5.2 经验教训

该项目比较复杂，工程体量过大，项目前期未能做出更为合理的细分，导致计算机运行速度降低，影响了工作效率。

目前国内还没有建立起BIM模型检查的制度和规范，也没有模型检查的有效软件工具和方法。既缺乏有效的模型检查手段，又缺少可行的模型检查标准。现在主要是依靠人工的审查方式对模型的几何及非几何信息进行确认，由于没有模型检查的规范和标准，检查中的错误和遗漏、工作效率低等问题难以避免。

U412.37

B

1009-7716（2017）04-0226-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.04.067

2017-02-08

王雨蒙（1992-），女，山东济南人，助理工程师，从事建筑设计工作。