BIM技术在互通立交设计中的应用研究

张军华， 易 昕

(安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司;公路交通节能环保技术交通运输行业研发中心，安徽 合肥 230088)

德州至上饶国家高速公路是北京至台北高速公路的并行线，其中德州至上饶国家高速公路合肥至枞阳段(以下简称合枞高速)为安徽省规划的“五纵八横”高速公路网中“纵三”[1]。项目地处安徽省中南部，项目起点接已建德上高速公路淮南至合肥段和沪陕高速公路合肥至六安段，沿途经过合肥市、六安市、安庆桐城市及铜陵市。终点接池州长江公路大桥北岸路线，总长度134.158 km。

近年来，以建筑信息模型(BIM)[2,3]等为代表的新技术迅速发展，其中BIM 技术被业内人士看作是继CAD 普及应用后，工程技术领域又一次技术革新[4]。2017年9月11日，为贯彻实施《交通运输信息化“十三五”发展规划》，发挥现代信息技术在工程管理中的作用，交通运输部开展公路BIM技术应用示范工程建设，合枞高速作为全寿命周期BIM技术应用示范工程入选。总体要求与任务如下：①提高公路设计技术;②提高公路建设管理水平;③推进公路管理养护信息化。

本文以合枞高速的吕亭南枢纽互通为例，对BIM技术在互通立交设计中的应用研究进行介绍。吕亭南枢纽互通是合枞高速与合安高速衔接的枢纽型互通立交。

1 BIM技术应用流程

BIM技术作为以三维数字技术为基础，引领土木行业信息技术走向更高层次的一项新技术，在提高设计水平及质量、缩短公路工程项目设计周期[5]、降低成本等方面具有广泛的应用价值。

BIM技术应用流程如图1所示。

图1 BIM技术应用流程示意图

2 BIM技术在互通立交方案设计中的应用

2.1 协同设计管理平台

通过ProjectWise协同管理平台，使整个项目的文件能够规范进行目录结构管理，方便运维管理人员进行图纸文档的管理；提供了安全和高效的数据管理，保证了数据信息的安全性、完整性、一致性和准确性，方便管理以及进行权限控制、文档的查询和资料交互。

2.2 倾斜摄影测量+GIS应用

在项目前期，基于业主需求同时出于设计辅助考虑，针对合枞高速全线134 km开展了无人机倾斜摄影测量作业，倾斜摄影技术和其他辅助新技术为基础的公路勘测新流程，经过实践证明符合当前公路建设的要求，解决了现有公路勘察设计工作任务重、周期短的矛盾，极大提高勘察设计的质量和效率，为实现更科学的方案比选及优化设计提供重要的技术支撑[6]。

本项目对重大工点(吕亭南枢纽互通立交)建立了平均带宽750 m的项目实景模型，为后期的BIM+GIS应用提供了可靠依据。

辅助外勘:依靠倾斜摄影模型的高精度和全要素性，辅助设计人员进行了外业中调查和内业查漏纠错工作。对于无法到达或者很难到达的踏勘区域，倾斜摄影技术提供了便捷的调查方式，降低了外业人员风险，同时对于需要反复踏勘的情况，可以实现一次飞行循环利用，降低了成本，提高了效率。

BIM+GIS应用:利用倾斜摄影测量技术生成的高精度实景模型加上GIS平台的精准定位，可以为设计过程各阶段提供丰富的设计参考，极大减小了在传统二维地形图上进行方案设计的局限性和不可靠性。

2.3 可视化三维设计及展示

BIM 技术具有模拟仿真性、直观可视性和协同一致性等先进特性[7]。利用可视化三维设计将大量的设计工作从传统二维CAD平台逐步转化成三维BIM平台，可充分发挥设计师的想象力。对于早先因为2D表现力不足以及疏漏的地方，借助可视化三维模型可以让设计人员提高准确率及工作效率，从而提高设计质量，且能够在设计汇报评审过程中能够让业主、建设方等实时了解掌握设计形态。

2.4 构件信息分类及编码

BIM三维模型由诸多构件组成，而构件作为组成BIM模型的基本单位，在储存和调用模型构件信息时，就必须通过构件编码进行区别与索引。BIM模型中通过构件编码可以将诸多构件进行识别分类，在后续的工程阶段中，相关专业人员可以通过构件编码对所需信息进行直接调取。

在设计阶段对构件信息进行分类与编码对项目全寿命周期BIM技术应用具有重要意义，一方面可以对项目各个阶段的BIM模型管理提供便利，另一方面可以作为将BIM模型与实际工程数量相匹配的桥梁与媒介。

2.5 工程量复核及清单表生成

在设计阶段中对构件信息进行分类与编码之后，采用Bentley平台基于MS软件的二次开发工具，可以实现批量化和自动化提取模型和构件的相关属性、导入/导出材料用量信息、标准化数量表等，并依托传统二维设计方法生成的工程数量表进行工程量复核。

由于模型和构件存在部分属性的数量难以从三维模型中自动获取，如各种直径的钢筋用量、各种小型零配件和预埋件的材料用量等。所以仍需要设计人员来提供这部分属性的数量，通过模型导出的数量Excel表进行填写和编辑，再反馈至模型中各构件中。设计人员通过对照各专业提供的工程数量表统一进行整理、拆分以及合并，对模型和各个构件相关属性的数量进行统计，得到标准化的属性表，并在属性表中对各属性进行编码，然后通过编码即可实现这部分属性的批量导入和导出。

模型和构件的所有属性完全导入挂接之后，即可根据分部分项划分、构件分类和各构件的各种材料用量属性信息自动生成标准化清单表，实现工程量自动统计功能。

2.6 设计校核(含限界复核)

通过对项目进行设计校核(含限界复核)BIM技术应用，提高了深化设计图纸的质量，减少图纸中错漏碰缺的发生，尤其是BIM技术应用于净空的优化，优势明显[8]。减少了设计阶段因“错、漏、碰、缺”而造成相关延误和损失，使设计图纸切实符合施工现场操作的要求，并能更进一步辅助全寿命周期BIM质量管理应用。

2.7 BIM+VR设计应用

将数字三维BIM模型在VR设备中进行交互性展示，通过利用BIM+VR技术进行设计交底、汇报展示、协调交流等应用，提高项目设计直观性和设计效率，也极大地方便了与业主等参与方的沟通交流和设计问题反馈[9]。

2.8 BIM应用体系及标准制定

通过规范BIM应用体系、编制相应的BIM技术应用实施导则及标准，明确了各项BIM技术应用在设计阶段中的定位和需求，使项目设计阶段BIM技术应用有序高效地完成，同时也为后期数据信息模型交付处理提供了有效标准依据，提高了项目设计阶段BIM技术应用的效率和质量。

2.9 公路工程构件库建立

通过本项目在设计阶段BIM技术应用的不断深入，基于公路工程的三维模型构件愈发丰富，通过对这些不断增加的虚拟化参数化可控构件的积累和归档，逐步建立公路工程参数化构件库，通过储备调取提高参数化构件的重复利用性。部分构件类模型如图2所示。

图2 构件模型

3 结束语

本项目依托于合枞高速吕亭南枢纽互通设计，对BIM技术应用进行研究。BIM技术应用实现了从传统二维设计逐步转向三维正向设计，提高了设计的效率和精准度；推动和规范了BIM+GIS技术在公路工程中的广泛应用；实现了公路工程设计过程全阶段BIM技术应用；实现了协同化设计，在实践中不断摸索公路全寿命周期BIM技术应用经验和方案，具备重要的示范和指引作用。