浅谈BIM技术在枢纽互通中的应用

卢卓君

(湖南省交通规划勘察设计院有限公司，湖南 长沙 410008)

为加快建设数字中国，我国已实施大数据战略，BIM技术作为近年来出现的新兴信息技术在公路交通行业中也得到了大量应用，但是大多数公路工程应用的BIM技术都较为片面。尤其是在互通立交设计上的运用较少。本文以某枢纽互通设计为例，基于“公路工程设计BIM系统”及“桥梁BIM设计师”等BIM正向设计软件，将BIM技术运用到枢纽互通设计中进行方案比选，可以提高方案合理性，减少设计出图出量的繁琐工作，通过BIM成果实现所见即所得，高效地形成最终方案，提高了枢纽互通设计的效率和质量，为今后类似的枢纽互通设计提供实例参考依据。

1 项目概况

某高速公路起点位于××镇与某高速相接，路线总体自南向北布线，主线K采用高速公路建设标准，设计速度为100 km/h，路基宽度26 m，双向四车道。其中××枢纽互通立交位置位于某市××镇，是某高速与已有高速公路M线(技术标准为设计速度100 km/h，路基宽度33.5 m，双向六车道)的互通立交。根据××枢纽互通的工可批复的位置，结合互通各转向交通量、现状地形地质地貌条件以及工程规模，现阶段拟定2个同精度比较方案。

方案一：对角象限双环式枢纽互通

对角象限双环式枢纽互通范围内共设匝道桥梁1 109.522 m/4座，主线桥748.307 m/1座。设计荷载为公路-Ⅰ级。主线上跨已有高速公路，其他桥梁由A、B、C、D匝道桥等5座桥组成。本方案拟建互通C匝道桥及D匝道桥(单向双车道10 m)分别下穿M线高速，上跨主线K高速。此方案匝道桥梁较长，但山体开挖较小，土石方量较少；匝道平面指标较高，行车舒适性、安全性较好。

方案二：完全苜蓿叶枢纽互通

苜蓿叶枢纽互通范围内共设主线桥754.521 m/1座。设计荷载为公路-Ⅰ级。主线桥梁上跨M线已有高速路。此方案设桥梁较少，但A、B、C、D环形匝道(单向单车道9 m)坡度较陡，土石方量较大；增设2条集散车道。工程量较大。

2 BIM技术在枢纽互通中的应用

2.1 利用“公路工程设计BIM系统”进行互通方案的正向设计

首先，将测绘的地形图，利用总体子系统建立数字高程模型(DEM)，进而获得三维地形。影像数据主要是由其他地图软件下载来的低精度卫星影像图(DOM)。将DEM及DOM数据导入总体子系统中，构建出三维可视化的设计环境，从而进行公路正向设计。

在立交设计中，我们只需先批量建立好各个匝道路线及定义好各路线的标准断面后，软件通过标准断面模板进行智能计算偏移值，直接利用加减速车道命令即可快速布设变速车道、分合流等，免去了手动计算偏移值的繁琐步骤。平面设计完成后，匝道纵断面根据与其关联的控制性纵坡参数自动接坡接顺主线及主匝道坡度，平纵面实时联动，匝道之间各种净空高度等位置关系通过控制点的自动获取功能方可直接标记出来，这相对于传统设计中不断查看标高后再回到纵断面进行标记的方法要更加智能方便。最后，通过一键总体功能对整个项目的路线进行初步“戴帽子”从而生成边坡、构造物等三维模型。通过以上功能就完成了本项目枢纽互通平纵横设计，大幅提升了枢纽互通设计效率。

图1 平、纵、横联动设计

2.2 利用“公路工程设计BIM系统”进行互通路基设计

将总体子系统中的路线数据导入路基子系统，然后设置路基断面的填、挖方边坡及防护工程等参数模板库，即可快速生成路基BIM模型；可动态查看路基横断面，模板库可供后期项目随时调用，可实时刷新设计模型；可以交互式进行实时动态排水设计、支挡、土石方调配工作，并自动生成设计所需的路基成果文件及横断面图纸；大型项目可以灵活地对项目进行拆分合并，实现多人并行设计。

2.3 利用“公路工程设计BIM系统”进行互通交安设计

通过导入路线、路基成果数据及模型文件后，借助于强大的经验库思想，实现了交安设计的标准化、自动化和智能化，设计完成后一键提交三维模型及二维图纸。基于三维实景设计环境，使得交安设计过程形象生动，方案核查简单直观，设计效率大幅提升。本项目枢纽互通的标志、标线及护栏等设置均采用一键设计功能，快速完成方案一、二的设计及出图对比。

2.4 利用“桥梁BIM设计师”进行互通桥梁设计

由于传统桥梁设计中经常存在方案变更困难、出图效率低下、质量缺乏保障等问题，导致设计工作较慢，反复修改较多。为提高工作效率，本项目利用“桥梁BIM设计师”进行桥梁BIM设计。桥梁BIM设计师可实现模型可视化、设计参数化、信息共享化，可快速完成大多数常规桥梁的设计工作。本项目的匝道跨线主桥及匝道桥，通过利用桥梁BIM系统标准库和经验库技术，一座大桥仅需数秒就可生成三维模型，当发生路线变更、桥梁跨径参数调整时，均可快速完成设计更新和出图，如图2所示。

图2 匝道桥模型设计

2.5 一键出图

利用“公路工程设计BIM系统”及“桥梁BIM设计师”均可以自动生成图纸并成册。若设计方案有调整，可仅对调整部分重新出图，若方案改动较大，也可一键全部重新成册。该功能非常强大，解放了设计员繁琐的修图工作，尤其是互通连接部及标高图，以往传统的设计工作中往往需要手动调整，如遇方案变更时还需反复地手改图纸，非常耗时。运用该软件一键出图功能，无论是总体、互通、路基、交安、桥梁等设计都能自动化地输出图纸成果，效率极高，手动修改量小，让工程师从繁重的图表工作中得以解放；从而提高了互通设计的效率和质量。

2.6 利用BIM沙盘系统进行漫游汇报

设计完成后，电子沙盘子系统可即时集成路线、路基、交安、桥梁等BIM模型，也可以自行添加地物等模型生动还原项目场景，还可开展行车模拟和漫游以评估项目效果，沙盘可表达丰富的设计意图，使方案汇报更加直观。最后能将漫游成果导出视频，应用于项目汇报成果展示，有利于业主及甲方等单位对本项目设计成果的肯定及支持。

2.7 方案比选

本项目利用BIM与GIS技术深度融合并充分应用在选线、互通、路基、交安、桥梁等正向设计中，通过“公路工程设计BIM系统”及“桥梁BIM设计师”等BIM设计软件，对本项目方案一及方案二进行了详细的设计比选和出图出量，最终比较结果见表1。

经过综合比选，方案一虽然匝道桥梁较长，但土石方数量、防护排水数量、占地较方案二少，且工程造价略低于方案二，考虑到方案一匝道平面指标较高，行车较顺直，行车安全性、舒适性较好，故初步设计阶段推荐方案一。

通过利用BIM技术进行枢纽互通的正向设计和方案比选，优化了原有工作方式，显著提升了设计工作的效率和准确性；实现了勘察设计的精益化管理，通过设计流程信息化，实现了枢纽互通主要专业的参数化设计，实现了由BIM模型自动生成标准化的图纸及图表。在完成BIM模型设计后，可参数化、自动化地获取公路主体、各个专业的设计参数，自动计算并生成二维CAD图纸以及常用Excel成果表格，扭转了由二维图纸翻模应用BIM的流程；实现了三维模型及设计参数真正意义的二维与三维联动，实现了基于同一数据源的BIM正向设计和二维与三维一体化设计，主要专业的成果数据互联互通，实现各专业协同设计，最终得出枢纽互通最佳方案。

表1 工程量比较表

3 结 语

该枢纽互通项目采用了“公路工程设计BIM系统”及“桥梁BIM设计师”等BIM设计软件对枢纽互通进行了正向设计和方案比选，成功将BIM技术应用于枢纽互通设计中，不仅能更快更好地选定方案和直观展现出最终推荐方案，而且工程造价更加合理、设计质量显著提高，为后续枢纽互通应用BIM正向设计提供了参考，有利于推动和规范BIM技术在枢纽互通设计中的广泛应用。