BIM技術(shù)在地下交通通道中的應(yīng)用
——以濟(jì)南市順河高架南延地下交通通道為例

1.工程概況

1.1 項目簡介

濟(jì)南市順河高架路穿越主城中心區(qū)，是快速路網(wǎng)規(guī)劃“三橫五縱”系統(tǒng)中的重要部分。順河高架南延快速路建成后，將與二環(huán)南路、北園大街、二環(huán)東路、二環(huán)西路構(gòu)成快速路路網(wǎng)骨架，共同組成主城區(qū)的快速機(jī)動車走廊。

順河高架南延快速路的建設(shè)將有效提升周邊地區(qū)的社會、經(jīng)濟(jì)發(fā)展環(huán)境，方便了主城區(qū)南部居住區(qū)的居民出行。本項目建成后，將拉近濟(jì)南南北距離，帶動濟(jì)南市的旅游、商務(wù)、會展、房地產(chǎn)等產(chǎn)業(yè)發(fā)展。以快速路為紐帶，西部城區(qū)、主城區(qū)、東部城區(qū)、濱河新區(qū)與南部景觀區(qū)將更緊密的連接為一體。

圖1 順河高架南延工程位置示意圖

濟(jì)南市順河高架南延建設(shè)工程北起玉函立交，南至二環(huán)南路英雄山路立交，全長約5.16公里。順河快速路南延主線采用隧道和高架橋結(jié)合方式，從玉函立交直接下穿地下交通通道，到七里山南口地下交通通道穿出地面，高架部分從七里山南口向南與二環(huán)南立交相接。

1.2 BIM技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)和難點(diǎn)

順河高架南延工程中地下通道沿線環(huán)境復(fù)雜，涉及到道路、高架、管線等專業(yè)，協(xié)調(diào)難度大，常規(guī)設(shè)計手段難以表達(dá)清楚設(shè)計意圖。

BIM技術(shù)的難點(diǎn)在于地下通道本身的設(shè)計難度和BIM技術(shù)自身的難度兩方面。BIM應(yīng)用難點(diǎn)主要有：（1）建設(shè)條件復(fù)雜，地面地下環(huán)境復(fù)雜；（2）缺少地下通道項目BIM解決案例；（3）各類地下管線較多，專業(yè)間協(xié)調(diào)復(fù)雜。

（4）Revit建模軟件套包內(nèi)沒有地下通道模塊，在處理地下通道出入口與地面道路相接處，橫坡度相反的過渡段無法準(zhǔn)確的連接。

（5）在道路設(shè)計方面，使用Civil 3D的道路設(shè)計模塊，通過裝配的改變以及偏移功能，進(jìn)行道路建模。由于道路橫斷形式較多，變化復(fù)雜，使用Civil 3D的傳統(tǒng)操作進(jìn)行裝配時工作量大。

（6）在細(xì)節(jié)方面，如綠化帶的開始與結(jié)尾處，綠化帶不能按實(shí)際設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)表現(xiàn)出來，而且模型精度達(dá)不到要求。

圖2 現(xiàn)狀管線展示

圖3 地下通道出入口與地面道路橫坡相反

圖4 道路橫斷裝配表

圖5 綠化帶開始處展示

（7）三維設(shè)計過程中，由于地下通道、道路、管線組合模型較大，對計算機(jī)的要求較高。

（8）由于甲方、設(shè)計方、施工方對BIM技術(shù)了解還不夠，對于BIM技術(shù)的認(rèn)可度相對較低，不能很好的發(fā)掘BIM技術(shù)的真正價值。

2.BIM組織及應(yīng)用環(huán)境

2.1 BIM應(yīng)用目標(biāo)

（1）地下通道、道路、高架組合結(jié)構(gòu)復(fù)雜。通過三維設(shè)計模型，可以檢查地下通道、道路、管線各構(gòu)件之間相互關(guān)系，驗(yàn)證施工時的可操作性，而且將設(shè)計方案精確地呈現(xiàn)給甲方，方便更好的進(jìn)行決策。

（2）進(jìn)行revit構(gòu)件庫的建設(shè)，提高設(shè)計人員的效率。

（3）形成可以指導(dǎo)其他類似項目的BIM標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 實(shí)施應(yīng)用點(diǎn)

（1）基于道路曲線的地下通道創(chuàng)新建模方法；（2）高架橋與地下通道的方案比選；（3）revit構(gòu)件庫開發(fā)與應(yīng)用；（4）地下管線、構(gòu)筑物設(shè)施的碰撞檢查；（5）地下通道的填挖土方量統(tǒng)計；（6）三維場景虛擬漫游。

2.3 實(shí)施方案

通過本工程的BIM實(shí)施，建立一套適用于地下通道項目全過程的BIM設(shè)計解決方案。

使用Civil 3D處理物探數(shù)據(jù)，生成實(shí)際的地形曲面，然后將該區(qū)域的衛(wèi)星圖覆蓋到曲面上展示地形效果。使用ArcGIS批量生成現(xiàn)狀的管線以及現(xiàn)狀建筑；地下通道、道路、管線使用Civil 3D進(jìn)行建模，然后導(dǎo)入到Revit中，最終在revit中完善模型。

2.4 應(yīng)用措施

圖6 地下通道與道路高架間關(guān)系展示

依據(jù)BIM的建模流程制定合理協(xié)同模式及工作流程；根據(jù)工程需求，確定項目的工作內(nèi)容、深度、進(jìn)度安排。根據(jù)設(shè)計內(nèi)容進(jìn)行專業(yè)拆分，交給設(shè)計人員進(jìn)行專業(yè)設(shè)計。

2.5 軟硬件環(huán)境

BIM軟件對于計算機(jī)的硬件要求較高，至少使用8核CPU，16GB內(nèi)存，64位系統(tǒng)，獨(dú)立顯卡1G緩存，最好有一臺服務(wù)器，以便于運(yùn)行大型項目。

通過前期的調(diào)研、咨詢與學(xué)習(xí)，本項目使用Autodesk平臺的幾款核心軟件進(jìn)行BIM設(shè)計，主要使用的軟件有Infraworks、Civil 3D、Revit、Navisworks、ArcGIS軟件。

3.BIM應(yīng)用

3.1 BIM建模

建模涵蓋地下通道，兩端高架橋梁、地下通道周邊的地形、建（構(gòu)）筑物、道路、地下管線等設(shè)計內(nèi)容。

3.2 BIM應(yīng)用情況

使用Civil 3D軟件，根據(jù)所給的CAD物探圖中的等高線、高程數(shù)據(jù)點(diǎn)、河流及湖泊位置快速、精確建立數(shù)字地面曲面模型。

繪制地下通道的中心線和縱斷面，添加地下通道偏移，然后裝配地下通道、道路及橋梁模型。

由于地下通道中心線都是空間曲線，而且設(shè)計道路寬度頻繁變化、匝道曲面過渡困難、高程依靠樁號等，使得Revit等建模工具難以完成地下通道結(jié)構(gòu)的設(shè)計，通過探索，我們將Civil3D和Revit功能進(jìn)行結(jié)合解決了這一建模難題。

在項目前期，專家一般關(guān)心線形走向和設(shè)計規(guī)范參數(shù)，業(yè)主則關(guān)心占地面積、拆遷和工程造價，而公眾更關(guān)心環(huán)境問題，利用BIM進(jìn)行不同方案的比較，BIM技術(shù)完整地展示了方案的技術(shù)特點(diǎn)，可以更容易地被專家、甲方和公眾理解，解決了專業(yè)人士與非專業(yè)人士的溝通問題，提高了方案決策的科學(xué)性。

4.運(yùn)用效果

（1）通過BIM技術(shù)完整建立地下通道的周邊地面和地下環(huán)境，減少傳統(tǒng)二維設(shè)計中產(chǎn)生的設(shè)計變更問題。

（2）實(shí)現(xiàn)在Autodesk平臺上的協(xié)同。

（3）能夠?qū)⒃O(shè)計成果用真實(shí)的三維展示出來。

（4）通過三維的碰撞檢測將設(shè)計上的失誤提前檢測出來，提高設(shè)計質(zhì)量。

（5）地下通道、道路、管線一體化設(shè)計，統(tǒng)籌考慮相互之間的位置關(guān)系。

（6）實(shí)現(xiàn)了地下通道標(biāo)準(zhǔn)段的構(gòu)件的參數(shù)化，將加快今后類似工程的設(shè)計速度。

（7）可視化的方案展示，更容易被專家、業(yè)主和公眾理解，從而提高了方案決策的科學(xué)性。

5.總結(jié)

5.1 創(chuàng)新點(diǎn)

本項目進(jìn)行了不少技術(shù)手段的創(chuàng)新，有力地提升了BIM項目設(shè)計的質(zhì)量和速度；地下通道、道路、管線基于坐標(biāo)、平縱曲線、樁號在BIM中準(zhǔn)確定位；實(shí)現(xiàn)地下通道標(biāo)準(zhǔn)段的參數(shù)化；BIM分析優(yōu)化設(shè)計方案；解決了地下通道、道路、管線在同一平臺的協(xié)同設(shè)計問題；解決了地下通道橫斷變寬的過渡問題；解決了地下通道出入口與主干道路銜接問題；實(shí)現(xiàn)現(xiàn)狀建筑、現(xiàn)狀管線批量、快速建模；打通多軟件之間的數(shù)據(jù)傳遞。

5.2 經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

本項目構(gòu)件多且體量較大，項目前期未能做出更加合理的分級與規(guī)劃，導(dǎo)致計算機(jī)運(yùn)算負(fù)擔(dān)過大，造成工作效率緩慢等影響。

目前國內(nèi)還沒有建立起B(yǎng)IM模型的檢查標(biāo)準(zhǔn)以及規(guī)范，亦沒有檢查模型的有效軟件工具和方法，既缺乏準(zhǔn)確有效的模型檢查手段，又缺少可以遵循的模型檢查標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)在主要的審查方式仍是人工審查，即人工對模型的幾何及非幾何信息進(jìn)行判斷、確認(rèn)，檢查中出現(xiàn)的錯誤、遺漏和工作效率低等問題難以避免。

模型庫（族庫、構(gòu)件庫等）不夠完善，在建立構(gòu)件級模型文件的工作上消耗了大量時間精力，例如針對項目的專項構(gòu)件或特殊構(gòu)件需要重新創(chuàng)建，以及復(fù)雜的結(jié)構(gòu)構(gòu)件不宜建立模板等。這些都需要在以后的BIM工作中改進(jìn)。