城市互通式立交橋梁概念設計BIM應用研究

胡哲卿

（1同濟大學 上海 200092 2天津市市政工程設計研究院 天津 300191）

城市互通式立交橋梁概念設計BIM應用研究

胡哲卿1,2

（1同濟大學 上海 200092 2天津市市政工程設計研究院 天津 300191）

本文介紹了某市立交橋梁工程方案階段概念設計的BIM可視化應用，闡述了互通式立交橋梁BIM設計的一般流程與主要BIM應用點，如地模制作、路線設計、可視化應用等，為市政行業BIM應用提供了相關參考。

BIM；互通式立交；可視化

0 前言

建筑信息模型（BIM）是以三維圖形為主的電腦輔助設計，是用數字化模型來表示建造物的構件，它可以讓項目各參與方通過模擬項目的各階段，實現全生命周期內效率與質量的提高，減少錯誤的發生。橋梁工程在市政行業所占比重大，所以開展橋梁工程中的BIM應用研究的意義十分重要。

1 工程概況

某市立交橋梁工程的建設拉近了中心城區與高新區，加快了二者的融合。完善規劃路網，提升道路等級的一條快速通道。項目總投資19億元。道路長度8.5公里，其中快速路8.5公里，主干路0.4公里，期間共設置橋梁3座。本次BIM應用采用Bentley軟件對其中一處互通式立交部分進行設計。

2 總體應用流程

該工程為八匝道互通式立交工程，橋梁上部結構為現澆箱梁結構，下部結構為圓形墩柱接承臺與樁基礎，總建模面積 33萬平米。橋梁結構建模面積約 18.5萬平米。

BIM設計首先要進行地模制作。再根據現狀查勘環境建立關鍵節點，如拆遷房屋，相接順橋梁，下穿道路等。最后將航拍圖片與地模結合形成較真實的地形環境。

使用PowerCivil軟件進行橋梁建模設計，通過縱斷編輯器可以將平曲線與縱斷線型結合生成直觀的三維橋梁中線，可直接查詢樁號、高程、坡度等信息。利用橫斷面編輯器將橫斷面模板深化設計，可添加橫斷面布設、橫坡度、寬度、結構使用材料等相關信息。將創建的橫斷面模板附于道路線形中，形成完整的三維立交橋梁模型。

最后將模型通過專業軟件渲染后，可以實現效果圖與實景漫游動畫，便于方案匯報與比選。確定好方案后，使用BridgeMaster軟件進行常規現澆箱梁設計，通過設置橋梁結構基本參數，自動生成上部、下部結構與附屬圖紙與模型，生成的模型可以實現 PowerCivil軟件的互導。橋梁結構的鋼筋模型需要配合 ProConcrete與ProStructures軟件實現。

3 BIM應用特點

3.1 地模制作

在地模制作中，可將實地勘測獲得的地形數據導入PowerCivil建模軟件，搭建數字地理模型，形成三角網地模，最終優化為曲面地形。在方案階段就可以進行拆遷房屋的精細化比選。比較傳統的二維平面，可以快速得知所需點位的高程，不會因為采集高程點位不夠而帶來設計精度不足的問題。

通過真實的地形模型可以還原項目周邊環境，模擬石德鐵路與立交匝道、輔道車輛下穿通過，展現斜拉橋與立交相對位置關系等。將現狀周邊環境與新建三環立交放在同一模型中，從而選擇出線形平順美觀、市民出行方便的最優方案。

3.2 路線設計

傳統的路線設計是通過“平面線形”和“縱斷面線形”表達出來。需要用樁號分別查詢平面與縱斷面信息，然后組合。圖面復雜繁亂，不夠直觀。BIM設計將平面線形和縱斷面線形疊合成為三維道路線形，可從中直接查詢樁號、高程、坡度等信息。同時可以從三維道路線形中提取每條路線的縱斷面線，從而作出修改或查詢相關信息，并實現統一修改。

BIM橫斷面模板將二維橫斷面圖、路面結構圖、路基處理圖融合，可從模型中查詢橫斷面布設情況、橫坡度、道路寬度、每層結構使用材料等相關信息。創建的橫斷面模板激活到道路線形中，形成集二維平面圖、縱斷面圖、橫斷面圖、路面結構圖、路基處理圖于同一模型。在立交分、合流處有時匝道與主線存在高差無法順接，這在二維設計中是很難發現的，使用PowerCivil軟件在模型階就可以調節此處路面高程，對設計加以完善，避免了施工錯誤。

通過BIM數據庫可以實現任一階段上工程基礎信息的快速獲取，快速計算每個組件的工程量，提升施工預算的精度與效率，有效提高施工管理效率。

3.3 可視化應用

立交設計圖紙是將各個構件的信息在圖紙上的線條表達，但是由于空間、結構體系的復雜性，同時二維圖紙很難確定主線、匝道以及輔道各個流向之間的互通關系。采用BIM技術逐漸實現互通立交設計的可視化，使得以往的線條構件變為三維的立體實物圖形展示在人們的面前。BIM可視化能夠使構件之間形成互動與反饋性，貫穿了項目的整個生命周期。

使用BIM模型可清晰直觀地展現道路建成后交通標線情況與主線匝道之間的空間層次及橋墩分布情況清晰分明。也可以從不同角度不同方位模擬車輛通過，進行墩柱外觀選型等等。

BIM信息模型在整個設計過程都是可視化的，所以，可視化的結果不僅可以用來類似效果圖的展示及匯報材料的生成，更重要的是項目設計、建造過程中的溝通、討論、決策都在直觀的狀態下進行。利用BIM的三維技術可以進行碰撞檢查、凈空檢測，從而優化設計，精確控制凈高，大大減少在施工階段返工和存在錯誤損失的可能性。

3.4 海綿城市技術應用

在這個項目中我們也首次將海綿城市的設計理念通過BIM 技術表達出來，同時應用Infoworks軟件對排水效果進行驗證，使方案得以順利通過。項目的整套排水系統由低影響開發設施和傳統市政管線共同組成，最大限度發揮綠地調蓄及土壤下滲作用的同時，也可以在大雨暴雨時路面無積水，保證排水安全。路面取消傳統雨水收水井，雨水通過過水側石進入下凹式綠化帶調蓄。當水位到達溢流高度時則通過溢流口進入下滲式收水井。

結合該市土質及地下水位分析，雨水進入溢流井后通過盲管及井底的滲孔可直接進入地下，如雨量過大則通過收水支管溢流進入市政雨水管道，這樣保證了排水安全。

3.5 BIM-4D、5D模擬

4D進度模擬：可以使參與方從模型中很快地了解投標單位對工程施工組織的編排情況、主要的施工方法、總體計劃等，從而對投標單位的施工經驗和實力做出初步評估。

5D造價控制：提供按照流水段、進度計劃、時間、構件等豐富的物資量統計功能，并提供施工常用物資需用計劃表，為物資采購、限額領料提供準確數據支撐。

在項目的后續應用中，我們將加入Revit軟件，廣聯達軟件。配合Bentley軟件i-model模型綜合應用BIM-4D、5D等技術，創建多維度的信息模型。繼續研究項目多參與方、多層次的協同管理技術、深化BIM應用功能。實現該工程從決策到后期運維的全生命周期的集成、動態和可視化管理。

4 結束語

BIM技術是畫圖習慣與設計觀念上的革新、是計算機網絡環境以及團隊協同新意識的培養，是構思和交流設計的強大工具，也是贏得市場競爭力的有利武器。運用道路模型可以進行碰撞檢查、凈空檢測、可視化漫游等等，線形平順美觀以及行車安全的最優方案，真實直觀的表達設計意圖，大大加快了項目進程，提高應用效率。

未來BIM技術將推動整個設計行業進入數據時代，從三維信息模型3D模擬，到加入時間進度的4D，再到成本概念植入的5D，BIM技術將繼續前進到帶有可持續分析的6D，最終實現基于BIM運維管理的7D模擬，將實現項目全壽命周期的應用。

[1]盧琬玫.BIM技術及其在建筑設計中的應用研究[D].天津大學碩士學位論文，2013

[2]郭鑫.革命與轉型—BIM技術的發展與應用[J].中國城市規劃年會論文集，2014

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1007-6344（2017）02-0093-01