BIM技术在重庆五横线陈家阁立交的应用研究

赵礼昭　刘靓　叶上

摘要：本文基于BIM技术互通式立交设计的软件平台，以重庆五横线陈家阁立交工程为实例，采用三维建模与参数输出的方法，构建了建筑BIM模型，研究了模型在地形地质分析、结构物碰撞、虚拟演示等方面的实践。通过BIM技术，互通式立交的设计更加直观，发现问题更加及时。采用三维模型在立交方案优化、效果展示、提高设计效率等方面较传统设计更具优势。

关键词：BIM技术;互通式立交;方案优化;虚拟演示

The Application Study of BIM Technology in Chenjiage Interchange of Chongqing Wuheng Line

ZHAO Lizhao LIU Liang YE Shang

（China Merchants Chongqing Communications Technology Research&Design Institute Co. Ltd， Chongqing， 40067 China）

Abstract： Based on the software platform of BIM technology on interchange design， and takes Chenjiage Interchange Project of Chongqing Wuheng line as an example， adopts the method of 3D modeling and parameter output， constructs the BIM model， and studies the practice of the model in topographical and geological analysis， structural collision， virtual demonstration and so on. Through BIM technology， the design of interchange is more intuitive， and problems can be found more timely. 3D model has more advantages than traditional design in interchange scheme optimization， effect display and design efficiency improvement.

Key Words： BIM technology;Interchange; Scheme optimization;Virtual demonstration

BIM技术，即建筑信息模型（building information modeling）是目前道路交通建设领域正在大力推广的一项新技术^[1]。随着我国基础设施建设的不断发展，城市用地管控日趋规范严格，众多限制性因素使得工程设计中对各专业的协调配合、综合展示的要求越来越高。BIM技术作为能为各专业提供协同工作平台、集成呈现设计效果的创新工具，为工程项目正向设计提供了较好的技术支撑^[2]。

本文以重庆五横线陈家阁立交工程为例，以道路交通工程设计BIM系统软件为基础，探索了BIM技术在互通式立交正向设计中的应用并拓宽了BIM技术在道路基础设施工程中的应用价值，为未来类似立交工程设计提供借鉴。

1工程概况

陈家阁立交为半定向半苜蓿叶枢纽立交，解决重庆市快速路五横线与三纵线的交通转换，连接白居寺长江大桥与鱼洞长江大桥，是重庆市南北与东西主发展轴相交点上的重要立交之一。

立交主线中坝路长1.2公里，西城大道长800米，道路设计行车速度为60Km/h，包含现状北引道主线桥梁1座，匝道桥2座，匝道总长度4.06公里，人行天桥2座，人行通道4座，项目整體效果如图1。

2工程特点与难点

2.1位于两条轨道交通保护区内

陈家阁立交位于已运营的轨道二号线刘家坝至白居寺高架区间、规划轨道18号线伏牛溪至茄子溪站地下区间隧道保护范围内，与轨道白居寺换乘车站交通关系密切。特别是对于运营的2号线，立交实施时会对现状轨道周边区域进行开挖7至8米，距离桥墩最小平面距离不足两米，在保障轨道交通安全运营下进行立交施工难度大。

2.2既有管线复杂

根据收集到的地下管线图，结合物探技术，对立交红线范围内的地下管线进行探查，中坝路与三纵线大量既有市政管线，包括给水管道、排水管道、电力电缆、燃气管道、路灯电缆等，在立交设计过程中需尽量避让，减少改迁。

2.3用地条件紧张

立交紧临陈家阁水库，水库位于西南象限，距立交匝道最小距离为4m，并且水库与两条道路之间，建有一条长480m，断面尺寸3m*3.5m和110Kv电缆隧道，致使立交用地条件非常紧张。同时陈家阁立交东北侧靠近既有绿地集团小区、竹园小区等建筑物，特别是绿地小区，距离立交匝道水平仅为5米，高差约15m，在保障小区建筑安全的情况下进行边坡开挖，采用合理的防护形式尤为重要。

3 BIM技术应用

3.1组织结构

为保证BIM技术的顺利实施，确定了以项目经理为核心，各主要专业总工把控，项目组全员参与的“一核心，多节点”统筹协调的组织结构，具体如图2。

3.2技术路线

本工程运用土木行业Autodesk公司的多款主流BIM软件，包括Civil 3d、Infraworks、Revit、Dynamo、AutoCAD、Raster Design等^[3]，配合部分国内外专业软件开展设计。

首先通过Civil 3D快速处理地形，并利用鸿业路易一键实现地形影象下载、拼接和对位;将处理好的地形导入Infraworks，并利用Infraworks快速完成既有管线建模工作;利用Revit对轨道交通线、站、桥建模，并导入至Infraworks中;确定立交功能，并在AutoCAD中勾画道路、立交平面草图;立交平面草图导入Infraworks，进行道路、立交方案三维可视化交互设计;设计方案传回Civil 3D，完成道路初步设计和施工图设计并实现出图;结合道路设计成果，利用Civil 3D完成排水管网设计并出图。根据管线表生成Revit模型，进行管线综合设计;设计方案导入Revit完成桥梁设计;利用Revit进行天桥设施、标志牌等附属工程设计;所有模型導入Infraworks整合，进行检查与展示^[4]。

3.3 BIM技术应用

在路、桥BIM正向设计探索过程中，努力向周拓展，力求在利用BIM模型与信息，解决工程设计中各个难题的同时，实现更多的BIM应用与附加价值。

3.3.1三维地质快速提取

运用自主研发地调大师软件，勘测数据信息实现同步云存储。通过调用云端数据，利用地质软件，快速生成三维钻孔和地质模型。专业的人机交互地层划分，使得地层更准确、界面更清晰，生成的地质模型可直接输出成Autodesk平台dwg、dxf等格式，可导入Autodesk任意一款软件应用，极大的提高了数据管理与使用效率，地质可视化模型如图3。

3.3.2轨道交通线、站、桥、地下管网避让

陈家阁立交的实施将受到周边已运营轨道线、复杂的现状地下管线等因素影响，大量限制性因素的综合考虑成为设计的关键点^[5]。根据已建立的完整的BIM轨道线、站、桥及管网模型，利用软件中的数据信息处理工具，将各专业模型导入合并，对结构物、市政管网模型进行虚拟设计与碰撞检查。问题暴露于工程实施之前，适时可视化调整立交线形，避让轨道桥墩;可视化调整人行道宽度，适应轨道车站出入口等，通过三维可视化方案设计，减少了专业间协调与返工工作量，节约设计周期约2周，并且大大提高方案质量，轨道线与管线结构碰撞如图4。

3.3.3辅助轨道桥墩受力分析

利用Autodesk强大的模型格式转换功能，将revit模型直接导入到Midas中，进行网格划分和轨道桥梁偏压、偏载情况受力计算。该方法减少计算建模时间70%以上，同时大大提高了模型精度，保证轨道交通运营安全。

3.3.4避让小区方案设计

立交实施范围周边紧邻小区，开发利用受限。为保证小区安全，合理利用土地，通过实景和模拟放坡，找出最需要设计挡墙的位置，节约了土地资源。结合地质情况，确定挡墙高度、形式，利用三维地质精确设计每个桩和长度。在三维环境下，可以直观的查看边坡防护设置的合理性，并进行可视化的调整修改，确定桩板挡墙形式后，结合三维地质确定桩长，以最经济合理的方案确保立交和小区的双重安全，小区边坡可视化设计如图5。

3.3.5交通组织虚拟演示

基于BIM数据，结合创建三维标志标牌参数化族库，只需简单参数修改，将以往二维图中的标志标牌位置设计工作转到infraworks三维模型，便能使得标志标牌展现在设计成果中，使设计变得直观、具体，合理性一目了然。再通过方案模型导入VR模拟软件，在计算机数字化环境中建立一个多源信息融合和交互式的三维动态视景的仿真世界，选择大型车辆对道路运营条件进行核查，及时发现方案设计中存在的问题，并验证以设计速度、运行速度行驶时的安全性与舒适性^[6]。同时模拟可能存在超速的情况，为超速留出一定余量，提高道路运营安全性，交通组织虚拟演示如图6。

4 结语

（1）通过本项目BIM正向设计开展，已探索并实践出一条切实可行、高效快捷、适合路桥BIM正向设计技术路线，且能让BIM在路桥专业设计中的价值得以最大化体现。因此，该技术路线是一条值得推广应用的技术路线。

（2）通过积累的大量道路、桥梁BIM设计资源库，包括参数化标志标牌、参数化桥梁墩柱与上部结构、Civil3D出图样板、Infraworks标线材质等大量资源，为深入推进路、桥BIM正向设计打下坚实基础。

（3）工程项目结构物的位置描述不再是平面图加文字形式，三维模形使得设计物与结构物相对位置关系更加清晰，使得审查工作迅速推进，极大节约设计周期。

参考文献

[1]贾世杰，徐结明.BIM技术在全互通立交桥建设中的应用[J].科技与创新，2018（24）：37-39+42.

[2]郑万成.BIM技术在互通立交桥建设中的应用分析[J].黑龙江交通科技，2019，42（12）：125-126.

[3]叶锦华，贾惠文，王利伟，曹艳辉，张星钰，李辉.BIM技术在北京新机场高速3标中的应用研究[J].土木建筑工程信息技术，2020，12（04）：77-84.

[4]黄亚栋，刘阔，郭雨鑫.基于公路工程设计BIM系统的高速公路正向设计[J].交通科技，2020（06）：65-67+78.

[5]王鹏飞. 基于EICAD的互通立交线形设计及数据交互研究[D].大连海事大学，2020.

[6]贾胜强. 基于BIM技术的市政交通设计及应用研究[D].浙江大学，2020.