BIM技术在道路桥梁设计中的应用分析

杨倩倩

(山东华远公路勘察设计有限公司，山东 潍坊 261061)

0 引 言

道路桥梁BIM技术设计中，参数设计是关键，前期的模型构建及后续的工程设计中，参数设计都是不可或缺的，通过参数化设计，有效实现了对道路桥梁的现场模拟。BIM技术的数据信息集成化特征是传统二维设计所难以达到的，具有显著的可视性，操作性。

1 BIM技术分析

1.1 BIM技术优点

通过对比得出该技术的优点如下。

(1)BIM技术在道路桥梁设计中数据传递和承载功能突出，协同优势明显，解决了传统技术水平下，设计不足与分散的问题。

在三维模型图中应用路易BIM软件，可以经GIS技术和倾斜摄影测量技术的的加持，可迅速理解项目分部形态、周边环境，为方案最终确定，提供切实可靠的意见。

BIM技术能够完成信息共享，并且可以与多软件相结合，比如BIM模型中的LEGION、STEPS等车辆、行人仿真模拟软件，可实现交通模拟，进而优化设计。

2 案例分析

2.1 工程概况

文章所依托的软件为路易2020-BIM道路设计系统软件，工程为昌乐青龙互通立交连接线工程，拟建桥梁为淳于河大桥，桥址区为河谷地貌，拟建桥梁的主桥跨越淳于河，河谷的宽度约为100 m。拟建桥梁采用6孔-20 m预应力混凝土小箱梁，全长127 m，下部结构型式为肋板(柱式)台，桥梁全宽25 m。本桥3孔一联，共两联，联端设D80伸缩缝。具有经济效益好的优点。

2.2 道路设计初步定义

BIM技术虽然具有多种优势，但是设计中要考虑多种因素，具体流程如下。

地形图识别，生成地形曲面，设计文件中的地形数据一般由等高线和高程点组成。利用地形数据生成曲面后，可以进行三维地形查看，检查高程异常的地方，并删除错误数据。将外部的卫星影像图，按照参照方式插入当前的项目中。在进行三维漫游时，可以与地形曲面形成三维地形。

采用“导线法设计”或是“曲线法设计”进行路线设计。导线法设计时支持简单型、基本型、凸形、S/C形、复曲线、回头曲线等几种线形。曲线路线设计时，采用起点接线、积木法设计中间段、终点接线的方式，其中终点接线可执行多次。起点接线后，可随意添加中间段，包括直线单元、圆弧单元和缓和曲线单元，并可以设定单元的额长度，对于圆弧单元可以设定半径，对于缓和曲线单元可以设定起终点半径，并可以实施拖动得到。

在纵段设计时，可以首先对沿线的构筑物进行定义，构筑物的类型为桥梁、分离式立体交叉、互通式立体交叉等，通过“从地形提取自然纵段数据”、“新建设计纵段”、“纵段拉坡”三个步骤完成纵段设计。从地形提取的自然纵段数据，可以加上偏移值，来获取中央隔离带边缘、行车道边缘等处的数据。并可以对自然地形提取纵段数据与自然地形曲面进行关联，这样就会实现自动修改。纵段设计时，可以对设计纵段样式、设计纵段使用的数据源进行修改。

通过“板块设计”、“边坡设计”进行横断设计。在进行道路板块设计时，可以单独创建路线，也可以直接创建出带道路全属性的模型。当选择了“道路装配”和地形曲面时，会自动创建自然纵段和设计纵段，否则，不生成纵段数据。板块包括人行道、慢车道、机非分隔带、快车道等类型和相应的宽度，需要及时进行板块预览，预览时可以看到哥板块平面投影线、板块类型文本标柱、板块坡度、板块尺寸等。设施布置时，选择路灯、绿化、标线、交通灯等控制参数。边坡设计时需要把道路指定侧指定桩号范围标识为自定义放坡段。标识为自定义放坡段后，该范围内已有边坡自动转为自定义放坡，并且更新道路边坡时，不再自动更新自由放坡是按设定坡度放坡到指定曲面，起坡线自动分为填方和挖方段，可以分别控制填挖方段的放坡参数。起坡线可以是道路边界、交叉口边界、已有道路或交叉口放坡，当起坡线选择其他放坡结束线时，新产生的放坡自动当作下级放坡。

由路线、纵段、板块方案、边坡方案生成道路，道路可进行三维查看。三维查看时是在独立的窗口沿驾驶路线察看。当地形数据量比较大，道路边界复杂又长时，可以将不挖掉道路范围内的地形，设置成半透明。这样便于察看。

道路立交、桥梁参数编辑。进行桥梁三维设计时，可以列出所有已存在的分联，顺序命名为“第一联”、“第二联”等。当插入或删除一联时，受影响的联重新编号命名。选中某一分联时，右侧的本联跨径组合和上部结构显示本联，可编辑。

道路沿线绿化参数编辑。进行绿化三维设计时，路易BIM软件提供了沿道路、沿绿化带、沿线和随意位置种植功能。对各种树种及其模型，进行了归类管理。常用树种可以一键提取，极其方便，软件可以根据曲面地形和道路高程自动计算树的高程。对应树种的直径、种植密度及最小距离也可以参数化编辑。在日常的设计过程中，随着道路的延伸，绿化带呈现明显的节奏性变化，这种节奏称为模板，主要有灌木丛、树、路灯、图块等基本元素模板。软件可以通过绿化模板管理器实现对绿化模板的组织管理及编组利用等。

道路设计中，穿越乡村、城镇路段时，道路两侧建筑物较多，可以通过定义建筑工程实现视觉化管理，可以把地形图测绘时的房屋线转化为三维模式，以便于演示。道路工程项目设计时的收费站、高压线塔、水域等均可进行参数化三维设计。在设计道路上定位并输入参数后，可以创建收费站的模型对象，绘制自定义实体。铁路定义时，铁路模型分为有砟铁轨和无砟铁轨两种，三维多段线及数字地形上的高程可以直接提取。高压线塔的模型有五种可以选择，分别是酒杯塔、猫头塔、鼓型塔、上字塔、杆塔。可以根据需要选择合适的塔型，方便快捷。水域分为面状水域和线性水域。

道路交通安全设是道路的重要组成部分，参数化设计时，用同系统路易交通设施设计软件的设计结果，可以直接转化为三维对象。对于自画的复杂平面交叉，也可以转换。道路交通标志的三维化支持实线、虚线、文字、填充、突起路标、轮廓标等，并且也支持多种立柱式、悬臂式、门架式标志杆及附着式标志牌。隔离护栏也支持三维化。信号灯的设计直观、便捷，可定制，可以将信号灯分成不同的配时编组，设置信号相位，依次串联成信号循环周期。并可设置绿灯的早开或是滞后，方便简单。

生到路口可进行三维漫游。在CAD文档视图中进行岩路线驾驶的三维漫游时。事先需要设置合适的视图模式。根据桩号、距中心线距离、视线高度设定AutoCAD视点，并切换到对应的CAD三维透视模式。如果当前的三维漫游窗口已经打开，那么里面的视点也会相应改变。可以直接将工程中定义的道路路线转为三维漫游的路线，自动从路线设计纵段提取高程。也可以直接将多段线转为三维漫游路线。三维漫游时可利用多段线加载交通路线，这样漫游时会看到交通路线上形式的车辆。交通流量、车辆比例也可以确定。当交通路线存在交叉时，漫游中行驶的车辆会按照避让关系来进行主动避让。

具体方法如下：初步设计时，先对本项目的地形进行识别，生成三维地形曲面，本项目的曲面点数41 306个，三角形个数82 415个，最大高程367.00，最小高程122.00，检查后，消除劣质三角形。路线采用导线设计，并从曲面地形中提取自然纵段文件，并进行纵段拉坡，形成设计纵段文件。本项目道路板块为路基宽度25.5 m。

2.3 桥梁参数初步定义

桥梁参数初步定义时，首先应在路易2020-BIM道路设计系统中进行初步定义优化。模型在建立过程中还应该结合设计外观的需要进行。初步选用基本信息：桥梁名称、所属道路、起止桩号、跨径组合、上部结构、下部结构等。

护栏定义时，可以在管理项目时设立中央护栏、防眩板及侧护栏的规格。

主梁断面设计时，主梁断面的包括断面类型选择、断面规格定义、断面参数设置、主梁断面绘制、箱式设计等。并且每个主梁断面方案都有单独的编辑功能。切换到预览图模式时，可以对当前参数生成的箱式进行预览。左右对设计时，右侧对应的参数编辑框自动和另一侧同步。

上部结构定义时，可以在上部结构方案节点中选择规格，如箱梁、小箱梁、T梁、空心板方案等。只能使用一种桥类型，但是左右幅分离时可以分别使用不同的类型。

桥墩定义时，类型有圆形、矩形、圆端形、双圆端形、双薄壁墩几种。在输入合适的桥墩设计参数后，可以根据不同的类型显示示意图。

盖梁墩帽定义时，类型有标准样式、墩帽样式、带系梁墩帽等几个选型，可以编辑选择设计，当参数是左右对称时，可以右半侧参数自动随左半侧变化。可以根据显示示意图实时修改。

桥台规格定义时，类型有台类型，U形台、耳墙式、八字形翼墙等几个类型，输入桥台的设计类型后，可以进行编辑，但是同一项目的桥台间不能重名。

索塔构件的断面设计时，类型有椭圆形、矩形、工字型、十字形、T字型等，并根据实际参数调整。索塔实体的构件是索塔构件，一个索塔可以由一个或多个索塔构件组成。索塔构件实体由索塔断面沿各个索塔立面路径扫掠得到，一个索塔构件可以包含一个或多个索塔立面路径，索塔构件可通过特性修改，并设置好宽度。

对桥梁结构的各个位置进行初步设计后，利用路易BIM软件对标准段的草图设计参数进行设置，使混凝土小箱梁模型实现参数化。通过设计参数命令可以实现结构的调整，是模型更加具有实用性。

3 三维实景模型的应用特征

(1)能三维实景模型能够使地形地貌以及构造物周边环境得到真实反应。三维展示时，可对地形进行遮蔽，这样遮蔽区内的地形就不会显示。并可以在路面(包括平交口)内划定一个区域，该区域内的路面三维模型不再显示，这就相当于路面上开了一个观察窗，便于察看路面下的管线等。

(2)通过数据生成的三维实景模型，可以与GIS地理信息系统软件中的投影坐标相结合，可视化仿真，结合数字地形模型，简化并且多分辨率的表达bin技术。

(3)通过三维实景模型，可得到等高线图、网格地形等相关信息。同时可利用倾斜摄影功能，将不需要的道路、交叉口、水域等隐藏，属于倾斜摄影挖洞功能。定义到曲面上的建筑物、树、路灯、标志、标线、隔离护栏及CAD实体，均可按高程重新定位到指定曲面上。软件支持批量移动实体，以及将实体从曲面提高到指定高度，并自动搜索曲面计算高程。三维地质同样可以读取到地面上，将勘测单位的钻孔数据，整理过滤，作为模型数据源，进行三维地质的钻孔数据读取，数据读取成功后，可以按工程项目的实际情况进行编辑修改，及此三维地质模型，可进行模型剖切，出具地质剖面图。实现地质挖方效果是，可使用已有曲面对地质模型进行挖除，来实现地质效果。

(4)通过三维实景模型，可对结构进行单体化分析，通过核心指标和关键数据，全视角查看桥梁设计，运筹帷幄，统筹全局。并对各分项工程的进展情况进行监视，对风险情况提前预知，对趋势走向通过可视化组件进行提前预判，将设计、施工调度直达项目一线。

物联监测实现调度可视化，助力高效决策，管理人员之间的沟通时间减少50%，沟通和调度效率成倍提升。

可以结和云数据、物联网、移动终端等先进的技术信息，构件信息体系，实现桥梁建设过程的全程可追溯、结果可分析，不让风险化成隐患，同时消除隐患，提高总体设计、施工、管理水平。

3.2 三维实景模型的应用

该参数化的BIM模型可为项目的全寿命周期提供合理的数据支持，主要包括阶段为项目的设计、施工、运营、维护阶段。这种方式更有利于项目的施工。

在本项目中，将三维实景模型与参数化模型进行结合，通过填挖方的数据信息对实景模型进行修改，最终形成符合项目实际情况的三维模型。该融合图可以对施工过程进行模拟，为后期阶段提供数据等。

4 结 语

通过对BIM技术在道路桥梁设计中的应用进行分析，得出以下结论。

路易BIM软件，将地形、路线、纵段、道路、桥隧、立交、地质进行参数化设计，实现数字化，道路桥梁三维实景模型的应用，使得信息表达由二维上升到三维，提高了工作效率，弱化了专业间的衔接错误，值得深入研究推广。