BIM技術在蘇州某道路工程設計階段的應用

劉 琦

（華設設計集團股份有限公司，江蘇 南京 210000）

1 應用項目概況

蘇州某道路工程路線起于吳江區七都鎮，接已建的S230環太湖公路，向南跨越G50滬渝高速公路，繼續向南在八都社區和震澤鎮之間布線、上跨G318滬聶線、長湖申線（規劃Ⅲ級航道），下穿待建滬蘇湖高鐵橋，在桃源鎮西側布線，止于蘇浙省界，終點順接待建的浙江段道路；其建設對進一步完善區域快速路網布局，加強蘇浙城際交通聯系，提升路網整體效益，推動長三角一體化發展，改善蘇州西部地區交通出行條件，服務沿線旅游資源開發，促進區域經濟社會發展具有重要意義。

該項目位于蘇南地區、經濟發達、土地指標緊張、人均耕地少，經綜合比選主線一般路段采用橋梁方案，主線橋梁占比達90.1%，工程規模大，工點密集，工程建設條件較復雜，以該復雜道路工程項目作為BIM技術應用的示范性項目。

2 BIM可視化平臺設計

2.1 BIM模型的創建

在初步設計階段采用Infraworks軟件建立BIM模型，在施工圖階段采用Catia軟件建立BIM模型。初步設計階段建模按照LOD200精度、施工圖階段建模按照LOD300精度。根據建模標準建立項目全線模型，作為BIM可視化平臺應用基礎。同時根據地質測繪資料構建全線地質模型，通過可視化展示，輔助設計對不良地質進行判別。

2.2 BIM+GIS電子沙盤創建

項目通過無人機傾斜攝影如圖1所示、機載激光點云掃描如圖2所示，多種技術生成周邊最真實的GIS環境，在環境中體現了周邊地物與道路的相對平面關系及高程關系，可用于展示現場實際情況。

圖1 道路GIS環境（無人機傾斜攝影）

圖2 道路GIS環境（機載激光點云掃描）

結合BIM+GIS的技術，形成道路全路線方案、橋型方案、互通布設方案的模型成果，在三維環境中進行可視化展示提升溝通效率。基于一體化的BIM+GIS基礎平臺還可實現全壽命周期的管理可視化。

隨著互聯網技術的不斷發展，在Web端展示BIM+GIS模型已成為BIM應用系統的主流需求，因此，對基于WebGL的BIM+GIS模型可視化方法研究是一體化BIM系統的基礎。通過研究與開發實現對BIM模型數據Web環境中的輕量化展示。該項目實現了傾斜攝影、激光點云等GIS數據的融合展現。運用計算機圖形學的相關知識，使用射線相交法、矩陣運算、軌跡球鏡頭控制等方法實現模型的交互，其中包括縮放、拖拽、旋轉、場景漫游等[1]。將LOD優化算法引入WebGL技術中，使GPU渲染效果和渲染速度相對平衡。通過基于Cesium的三維模型網絡服務研發，最終實現BIM+GIS模型的Web端可視化平臺運行。

在已有模型上添加準確、完整的設計信息，形成可視、可查、可用的數字化設計成果，為跨階段的數據共享提供基礎。此外，該項目還開發了設計管理平臺和踏勘用App，用于展示工程方案和周邊控制因素，App的實現方便了現場踏勘數據的實時記錄。

3 基于BIM技術的安全檢查及設計

在BIM模型的基礎上，結合交通仿真，在設計階段可有效地模擬道路建成后的交通運營狀況，得到滿足實際需求的交通工程，提高道路運營的安全性。

3.1 互通樞紐凈空、視距核查

充分利用模型的三維可視化特點，結合軟件功能，行車漫游，對凈空、視距等指標進行核查，避免部分匝道縱面控制凈空不足的問題，同時驗證道路是否存在視距不足、眩光影響等二維設計無法體現的設計要素。

對于線形復雜匝道，建立高精度模型，對分合流鼻段進行車流模擬，空間視距分析，提前發現問題，提升設計品質。

凈空核查如圖3所示，采用Fuzor軟件的凈高分析功能，視距核查如圖4所示，采用Infraworks軟件中的視距分析功能。

圖3 凈空核查

圖4 視距核查

3.2 標志標牌設計方案模擬

基于BIM技術的交通標志方案模擬，能全面直觀地反映整個交通路段標志的實際情況，并能高效調整交通標志的模型參數和相對位置，及時反饋并修正設計方案，不但可以減少由于設計方案不合理可能對施工過程產生的影響，還能有效提升道路的管理和運行水平。

在標志標牌設計中，須考慮醒目度、視角、觀察角、觀察距離及背景等因素，利用BIM軟件模擬工程與周邊環境的三維空間，通過駕駛模擬、漫游等形式提供身臨其境的視覺、空間感受，及時發現不易察覺的標志標線設計缺陷或問題，減少由于事先設計不周而造成的損失，有利于設計與管理人員對設計方案進行輔助設計與方案評審。

3.2.1 技術要求及準備工作

技術要求及準備工作包括以下3點：1）準備資料。道路平縱橫設計圖紙；交通安全設施設計圖；帶狀地形圖；傾斜攝影數據。2）道路、橋梁、交安設施嚴格按設計圖紙進行1∶1比例建模。3）車輛視線及前燈光線高度按照相關規范要求。

3.2.2 建模范圍

建模范圍如下：1）道路主體模型。按照設計圖紙和現場實測資料進行建模，平縱線形嚴格按設計圖紙，道路的寬度、坡度等與實際一致，新建道路模型根據設計進展情況進行更新鏈接。2）橋梁建模依據三維道路中線和地面線，建立下部結構單元和上部梁結構。3）周邊環境模型可反映周邊地形環境，位置準確，地形逼真，可使用傾斜攝影模型。4）道路上的交通標示線與實際一致，道路兩邊的指示牌及指示牌上的文字和顏色等與實際一致。5）車輛模型。主要考慮駕駛員視線高和前燈光線高，分別建立大車和小車模型。

3.2.3 標志標牌模擬應用

根據標志標牌設置原理，建立大小型車輛模型，創建車輛相機高度，前燈高度，按照小型車—小型車、小型車—大型車、大型車—大型車的組合，分別在不同車道進行車輛模擬運行，同時設置雨天、晴天、夜間等不同天氣情況，檢驗標志標牌設置效果如圖5所示。

圖5 標志標牌模擬

3.3 中央分隔帶防眩模擬

在道路的豎曲線路段，防眩設施高度的計算須考慮豎曲線半徑、縱坡、路拱或超高等影響因素。特別是凹形豎曲線路段，防眩設施的高度應根據豎曲線半徑、縱坡、橫坡等因素適當增加防眩設施高度。凸形豎曲線的高位路段對相向行駛處于低位路段的駕駛員會產生眩光，即使相距超出遠光燈理論光照范圍，在上下坡道中駕駛員也會看到對向車輛前照等遠光燈的強烈光源，如果交通量較大就會出現連續的眩光照射，須對該路段的防眩高度進行驗算和完善，保證夜間行車安全[2]。不僅如此，夜間道路上的眩光現象會造成駕駛員視覺短期失能，對駕駛員的判斷與操作產生非常不利的影響，從而引發嚴重的交通事故，因此道路中央分隔帶防眩設施參數對行車安全有重要的影響。

通過BIM技術建立道路、橋梁、交安設施的三維模型，并賦予相應的材質和屬性，模擬車輛在不同車道、不同位置時防眩設施的效果，對該路段的防眩高度進行驗算和完善，確保防眩設施設計方案的合理性。

3.3.1 技術要求及準備工作

技術要求及準備工作：1）準備資料。道路平縱橫設計圖紙；交通安全設施設計圖；帶狀地形圖；傾斜攝影數據。2）道路、橋梁、交安設施嚴格按設計圖紙進行1∶1比例建模。3）車輛視線及前燈光線高度按照相關規范要求。

3.3.2 建模范圍

建模范圍如下：1）選擇典型路段，創建包括周邊環境的工程主體模型和附屬設施模型，模擬真實的道路交通環境。2）道路主體模型。按照設計圖紙和現場實測資料進行建模，平縱線形嚴格按設計圖紙，道路的寬度、坡度等與實際一致，新建道路模型根據設計進展情況更新鏈接。3）橋梁建模依據三維道路中線和地面線，建立下部結構單元和上部梁結構。4）周邊環境模型可反映周邊地形環境，位置準確，地形逼真，可使用傾斜攝影模型。5）中分帶防眩設施。防眩設施位置，大小尺寸、間距等按照設計圖紙1∶1比例建模。6）車輛模型。主要考慮駕駛員視線高和前燈光線高，分別建立大車和小車模型。

3.3.3 防眩模擬應用

根據防眩模擬原理，建立大小型車輛模型，創建車輛相機高度，前燈高度，按照小型車-小型車，小型車-大型車，大型車-大型車的組合，分別在不同車道進行車輛模擬運行，全程檢驗路段防眩效果如圖6所示。

圖6 防眩設計模擬

4 基于BIM的精細化設計

4.1 預留預埋件三維一體化設計

應用BIM技術對預留預埋件進行集中可視化交底，讓施工作業人員對于設計的理解更為透徹，為具體施工提供虛擬化參照，避免錯誤發生。

4.2 小箱梁正向設計

該項目主線橋梁以小箱梁為主，基于BIM的參數化、標準化設計的設計進行三維出圖，通過數字化成果為后期數字化加工和管理提供基礎。

采用BIM正向設計手段，對復雜橋梁結構進行精細化設計，利用 BIM模型對復雜空間預應力鋼束進行碰撞檢查與優化設計，所見即所得，解決二維設計中存在的“錯、漏、碰、缺”問題，避免碰撞問題遺留到施工階段，整體提高設計精準度、精細化以及現場的施工交底效率。

5 結語

BIM技術的應用使道路工程在設計過程中道路設計效果更加直觀、可視化。在設計階段建立了BIM可視化平臺，還應注重設計階段的BIM成果向后續施工、運營維護階段的傳遞。基于BIM的安全設計、精細化設計，更有利于提升項目的品質，實現優質耐久、安全舒適、經濟環保的目標。

蘇州某道路設計項目旨在踐行“創新、協調、綠色、開放、共享”發展理念，打造蘇州市道路工程BIM技術應用的示范，推動設計理念的轉變，為后續大力推廣BIM技術在道路工程中的應用起到一定的示范作用。