基于BIM技術(shù)的復(fù)雜立交橋協(xié)同設(shè)計(jì)方法

（青島市市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，山東 青島 266100）

一、BIM技術(shù)簡述

BIM是一種設(shè)施實(shí)體、功能特性的數(shù)字化表達(dá)方式，可用于工程設(shè)計(jì)建造管理，通過參數(shù)模型實(shí)現(xiàn)對項(xiàng)目所有信息的整合，并在項(xiàng)目策劃、實(shí)施、運(yùn)行、維護(hù)等全生命周期內(nèi)進(jìn)行共享與傳遞，有利于提高生產(chǎn)效率、節(jié)約成本、縮短工期。

二、BIM技術(shù)在橋梁工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析

BIM技術(shù)在橋梁工程設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等方面具有顯著優(yōu)勢。城市橋梁尤其是部分立交橋結(jié)構(gòu)復(fù)雜、周邊環(huán)境制約因素多，傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)方法效率低、難度大，采用BIM技術(shù)可直觀展示橋梁結(jié)構(gòu)及其與周邊環(huán)境的關(guān)系，有利于將復(fù)雜問題簡單化，提高工程設(shè)計(jì)效率與質(zhì)量。

依據(jù)橋梁工程的總體設(shè)計(jì)路線，設(shè)計(jì)過程中結(jié)合BIM技術(shù)優(yōu)勢完成三維模型創(chuàng)建，提出橋梁設(shè)計(jì)完整方案。應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)具有以下要點(diǎn)：

三維設(shè)計(jì)：BIM橋梁設(shè)計(jì)的核心在于利用三維軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)建模，通過生成的三維模型，設(shè)計(jì)人員可及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，并進(jìn)行可視化修改和優(yōu)化。

參數(shù)化設(shè)計(jì)：BIM橋梁設(shè)計(jì)是面向?qū)ο笙到y(tǒng)建模，族是參數(shù)化設(shè)計(jì)的有效載體，利用Revit等軟件建立參數(shù)化族，通過修改族的相關(guān)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對模型的實(shí)時(shí)修改解決常規(guī)設(shè)計(jì)和修改圖紙容易遺漏、出錯(cuò)等問題。

協(xié)同設(shè)計(jì)：協(xié)同設(shè)計(jì)是BIM橋梁設(shè)計(jì)中關(guān)鍵的一環(huán)，包括道路、橋梁、設(shè)備、排水、交通工程等多專業(yè)的協(xié)同配合，各專業(yè)使用同一個(gè)實(shí)時(shí)更新的三維模型使不同專業(yè)之間進(jìn)行銜接，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案的系統(tǒng)優(yōu)化。

三、基于BIM技術(shù)的復(fù)雜立交橋協(xié)同設(shè)計(jì)實(shí)例分析

本文以雙元路與雙積路節(jié)點(diǎn)立交工程為例，通過BIM技術(shù)應(yīng)用，解決項(xiàng)目結(jié)構(gòu)和環(huán)境復(fù)雜、協(xié)同設(shè)計(jì)要求高等難題，實(shí)現(xiàn)總體方案優(yōu)化、交通組織優(yōu)化，應(yīng)用效果顯著。

（一）項(xiàng)目概況

雙元路與雙積路節(jié)點(diǎn)立交橋是青島市規(guī)劃雙元路快速路南端起點(diǎn)，與現(xiàn)狀雙埠互通立交相接，是青島東岸城區(qū)對外出行的門戶，也是東岸城區(qū)與膠東國際機(jī)場、北岸城區(qū)聯(lián)系的交通咽喉。工程采用雙跨線+定向匝道四層立交設(shè)計(jì)，立交占地面積約16×104m2。

（二）立交橋特點(diǎn)與難點(diǎn)

（1）受雙埠立交橋和白沙河橋制約，立交設(shè)計(jì)實(shí)施難度大；

（2）在規(guī)劃雙元路快速路起點(diǎn)時(shí)，需在實(shí)現(xiàn)南北快速通行的基礎(chǔ)上，預(yù)留遠(yuǎn)期雙元路快速路銜接建設(shè)條件；

（3）項(xiàng)目位于流亭機(jī)場周邊，兩側(cè)企業(yè)和社區(qū)密集，地下管線復(fù)雜，需使用BIM模型建立立交與周邊建筑和地下管線的關(guān)系，確定征地拆遷和管線遷改影響范圍。

（三）基于BIM技術(shù)的復(fù)雜立交橋協(xié)同設(shè)計(jì)方法

本項(xiàng)目基于鴻城集成平臺，各專項(xiàng)設(shè)計(jì)通過直接入庫或轉(zhuǎn)換入庫合模，開展立交橋BIM協(xié)同設(shè)計(jì)工作。

1.基于BIM的方案設(shè)計(jì)

（1）實(shí)景建模與三維地質(zhì)分析

項(xiàng)目位于流亭機(jī)場周邊，受空域管制影響無法航拍，利用路易BIM軟件進(jìn)行建筑虛擬合成，確保虛擬建筑模型尺寸和位置與實(shí)景吻合，基于傳統(tǒng)地勘探孔資料，應(yīng)用GEO5軟件構(gòu)建三維地質(zhì)模型以提高設(shè)計(jì)精確性和安全性，為橋梁建模提供可視化地勘資料。

（2）三維可視化方案比選

在常規(guī)立交功能、工程投資、占地規(guī)模等方案比較基礎(chǔ)上，通過三維可視化模型，系統(tǒng)展示立交與銜接路網(wǎng)、周邊環(huán)境和地下管線等的相互關(guān)系，保證方案比選更科學(xué)合理。

（3）征地拆遷工程量動(dòng)態(tài)統(tǒng)計(jì)與可視化

結(jié)合不同立交方案BIM模型成果，直觀展示周邊建筑與立交相互關(guān)系，為建設(shè)方確定征地拆遷影響范圍提供決策依據(jù)。

（4）基于BIM模型快速實(shí)現(xiàn)VISSIM交通仿真分析

VISSIM交通仿真與BIM模型結(jié)合，對路口現(xiàn)狀和設(shè)置南北、東西、南西跨線橋三種情況下的立交方案進(jìn)行交通仿真模擬，實(shí)現(xiàn)立交方案優(yōu)化和地面平交口信號配時(shí)動(dòng)態(tài)一體化設(shè)計(jì)和運(yùn)行結(jié)果評價(jià)，基于BIM模型和VISSIM仿真確定的信號燈配時(shí)方案，可為交通管理部門優(yōu)化交通管理提供依據(jù)和參考。

（5）虛擬駕駛模擬交通運(yùn)行效果

采用BIM技術(shù)虛擬駕駛模擬，直觀展示交通運(yùn)行效果，動(dòng)態(tài)優(yōu)化路線平縱組合設(shè)計(jì)，提高立交行車安全與舒適性。

（6）動(dòng)態(tài)檢測立交視距、凈空

通過BIM模型立交橋視距、凈空進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測，并生成檢測報(bào)告，方便調(diào)整立交總體方案設(shè)計(jì)和BIM模型，確保設(shè)計(jì)成果滿足通行安全和規(guī)范要求。

（7）三維可視化碰撞檢測，合理組織管線遷改

通過BIM模型實(shí)現(xiàn)各專業(yè)管線之間數(shù)據(jù)傳遞，以及三維可視化視口快速檢查管線碰撞情況，實(shí)現(xiàn)多專業(yè)管線協(xié)同設(shè)計(jì)，高效優(yōu)化管線綜合布置；結(jié)合橋梁BIM成果，直觀體現(xiàn)管線現(xiàn)狀與橋墩距離的位置關(guān)系，合理確定管線遷改范圍和數(shù)量。

（8）多專業(yè)集成協(xié)同設(shè)計(jì)

基于鴻城集成平臺，整合項(xiàng)目道路、橋梁、管網(wǎng)、景觀、交通、照明等專業(yè)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)工程范圍內(nèi)建設(shè)內(nèi)容的全方位BIM整合、協(xié)同設(shè)計(jì)及BIM模型輕量化展示。

2.基于BIM的施工圖設(shè)計(jì)

（1）基于BIM模型的施工圖協(xié)同設(shè)計(jì)與校審

通過鴻城集成平臺合模各專業(yè)BIM成果，實(shí)現(xiàn)上下游專業(yè)數(shù)據(jù)高效互通，在協(xié)同設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目全專業(yè)BIM模型成果會(huì)審及校審。通過協(xié)同設(shè)計(jì)集成平臺，各專業(yè)負(fù)責(zé)和審核人員可系統(tǒng)、支管查看所有專業(yè)設(shè)計(jì)成果及相互管轄，提高了成果質(zhì)量和設(shè)計(jì)效率。

（2）基于BIM模型的橋梁系統(tǒng)分析-校核-出圖一體化

基于三維地質(zhì)數(shù)據(jù)模型，開展橋梁基礎(chǔ)精細(xì)化三維分析及計(jì)算校核，保證下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全合理；通過創(chuàng)建典型橋梁的空間整體鋼筋、預(yù)應(yīng)力鋼束模型，對鋼筋、鋼束空間布置進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，解決“鋼筋鋼束空間干涉”這一預(yù)應(yīng)力橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難點(diǎn)，保證設(shè)計(jì)及施工質(zhì)量；基于BIM參數(shù)化模型-計(jì)算模型-分析結(jié)果，實(shí)現(xiàn)一鍵出圖和工程量統(tǒng)計(jì)。

（3）基于BIM模型的道路設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化與施工圖設(shè)計(jì)

基于路立德專業(yè)的平縱橫、超高、加寬等道路工程設(shè)計(jì)功能，創(chuàng)建道路BIM參數(shù)化模型與設(shè)計(jì)過程正向結(jié)合，直觀展示路線組合、超高、加寬等專業(yè)性設(shè)計(jì)，根據(jù)國家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求和可視化效果優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)；結(jié)合地質(zhì)情況模型，可直觀展示和有效復(fù)核不同地質(zhì)情況下的路基處理方案、范圍和深度等；基于BIM模型中確定的斷面和路面結(jié)構(gòu)層參數(shù)，方便主要建材工程量統(tǒng)計(jì)；基于專業(yè)軟件正向設(shè)計(jì)的BIM模型，能實(shí)現(xiàn)快速、批量化出圖，乃至直接交付建設(shè)和施工單位指導(dǎo)現(xiàn)場施工。

（4）三維可視化施工圖設(shè)計(jì)交底

基于BIM模型展示施工圖設(shè)計(jì)成果，進(jìn)行三維可視化技術(shù)交底，直觀、易懂且利于保證現(xiàn)場建設(shè)質(zhì)量。

四、結(jié)語

綜上所述，基于BIM技術(shù)開展橋梁工程尤其是復(fù)雜立交橋設(shè)計(jì)是行業(yè)發(fā)展趨勢，在周期短、環(huán)境復(fù)雜、信息繁瑣、方案多變情況下，通過建立三維信息化模型，可實(shí)現(xiàn)工程方案可視化探討、參數(shù)化設(shè)計(jì)和專業(yè)協(xié)同優(yōu)化，有效提高復(fù)雜立交橋設(shè)計(jì)效率、優(yōu)化設(shè)計(jì)方案、解放人員精力，促進(jìn)我國橋梁建設(shè)事業(yè)更好更快發(fā)展。