BIM技術(shù)在互通立交設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

張軍華， 易 昕

(安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司;公路交通節(jié)能環(huán)保技術(shù)交通運(yùn)輸行業(yè)研發(fā)中心，安徽 合肥 230088)

德州至上饒國(guó)家高速公路是北京至臺(tái)北高速公路的并行線，其中德州至上饒國(guó)家高速公路合肥至樅陽(yáng)段(以下簡(jiǎn)稱合樅高速)為安徽省規(guī)劃的“五縱八橫”高速公路網(wǎng)中“縱三”[1]。項(xiàng)目地處安徽省中南部，項(xiàng)目起點(diǎn)接已建德上高速公路淮南至合肥段和滬陜高速公路合肥至六安段，沿途經(jīng)過合肥市、六安市、安慶桐城市及銅陵市。終點(diǎn)接池州長(zhǎng)江公路大橋北岸路線，總長(zhǎng)度134.158 km。

近年來(lái)，以建筑信息模型(BIM)[2,3]等為代表的新技術(shù)迅速發(fā)展，其中BIM 技術(shù)被業(yè)內(nèi)人士看作是繼CAD 普及應(yīng)用后，工程技術(shù)領(lǐng)域又一次技術(shù)革新[4]。2017年9月11日，為貫徹實(shí)施《交通運(yùn)輸信息化“十三五”發(fā)展規(guī)劃》，發(fā)揮現(xiàn)代信息技術(shù)在工程管理中的作用，交通運(yùn)輸部開展公路BIM技術(shù)應(yīng)用示范工程建設(shè)，合樅高速作為全壽命周期BIM技術(shù)應(yīng)用示范工程入選?？傮w要求與任務(wù)如下：①提高公路設(shè)計(jì)技術(shù);②提高公路建設(shè)管理水平;③推進(jìn)公路管理養(yǎng)護(hù)信息化。

本文以合樅高速的呂亭南樞紐互通為例，對(duì)BIM技術(shù)在互通立交設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究進(jìn)行介紹。呂亭南樞紐互通是合樅高速與合安高速銜接的樞紐型互通立交。

1 BIM技術(shù)應(yīng)用流程

BIM技術(shù)作為以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，引領(lǐng)土木行業(yè)信息技術(shù)走向更高層次的一項(xiàng)新技術(shù)，在提高設(shè)計(jì)水平及質(zhì)量、縮短公路工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)周期[5]、降低成本等方面具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

BIM技術(shù)應(yīng)用流程如圖1所示。

圖1 BIM技術(shù)應(yīng)用流程示意圖

2 BIM技術(shù)在互通立交方案設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2.1 協(xié)同設(shè)計(jì)管理平臺(tái)

通過ProjectWise協(xié)同管理平臺(tái)，使整個(gè)項(xiàng)目的文件能夠規(guī)范進(jìn)行目錄結(jié)構(gòu)管理，方便運(yùn)維管理人員進(jìn)行圖紙文檔的管理；提供了安全和高效的數(shù)據(jù)管理，保證了數(shù)據(jù)信息的安全性、完整性、一致性和準(zhǔn)確性，方便管理以及進(jìn)行權(quán)限控制、文檔的查詢和資料交互。

2.2 傾斜攝影測(cè)量+GIS應(yīng)用

在項(xiàng)目前期，基于業(yè)主需求同時(shí)出于設(shè)計(jì)輔助考慮，針對(duì)合樅高速全線134 km開展了無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量作業(yè)，傾斜攝影技術(shù)和其他輔助新技術(shù)為基礎(chǔ)的公路勘測(cè)新流程，經(jīng)過實(shí)踐證明符合當(dāng)前公路建設(shè)的要求，解決了現(xiàn)有公路勘察設(shè)計(jì)工作任務(wù)重、周期短的矛盾，極大提高勘察設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率，為實(shí)現(xiàn)更科學(xué)的方案比選及優(yōu)化設(shè)計(jì)提供重要的技術(shù)支撐[6]。

本項(xiàng)目對(duì)重大工點(diǎn)(呂亭南樞紐互通立交)建立了平均帶寬750 m的項(xiàng)目實(shí)景模型，為后期的BIM+GIS應(yīng)用提供了可靠依據(jù)。

輔助外勘:依靠?jī)A斜攝影模型的高精度和全要素性，輔助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行了外業(yè)中調(diào)查和內(nèi)業(yè)查漏糾錯(cuò)工作。對(duì)于無(wú)法到達(dá)或者很難到達(dá)的踏勘區(qū)域，傾斜攝影技術(shù)提供了便捷的調(diào)查方式，降低了外業(yè)人員風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)對(duì)于需要反復(fù)踏勘的情況，可以實(shí)現(xiàn)一次飛行循環(huán)利用，降低了成本，提高了效率。

BIM+GIS應(yīng)用:利用傾斜攝影測(cè)量技術(shù)生成的高精度實(shí)景模型加上GIS平臺(tái)的精準(zhǔn)定位，可以為設(shè)計(jì)過程各階段提供豐富的設(shè)計(jì)參考，極大減小了在傳統(tǒng)二維地形圖上進(jìn)行方案設(shè)計(jì)的局限性和不可靠性。

2.3 可視化三維設(shè)計(jì)及展示

BIM 技術(shù)具有模擬仿真性、直觀可視性和協(xié)同一致性等先進(jìn)特性[7]。利用可視化三維設(shè)計(jì)將大量的設(shè)計(jì)工作從傳統(tǒng)二維CAD平臺(tái)逐步轉(zhuǎn)化成三維BIM平臺(tái)，可充分發(fā)揮設(shè)計(jì)師的想象力。對(duì)于早先因?yàn)?D表現(xiàn)力不足以及疏漏的地方，借助可視化三維模型可以讓設(shè)計(jì)人員提高準(zhǔn)確率及工作效率，從而提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，且能夠在設(shè)計(jì)匯報(bào)評(píng)審過程中能夠讓業(yè)主、建設(shè)方等實(shí)時(shí)了解掌握設(shè)計(jì)形態(tài)。

2.4 構(gòu)件信息分類及編碼

BIM三維模型由諸多構(gòu)件組成，而構(gòu)件作為組成BIM模型的基本單位，在儲(chǔ)存和調(diào)用模型構(gòu)件信息時(shí)，就必須通過構(gòu)件編碼進(jìn)行區(qū)別與索引。BIM模型中通過構(gòu)件編碼可以將諸多構(gòu)件進(jìn)行識(shí)別分類，在后續(xù)的工程階段中，相關(guān)專業(yè)人員可以通過構(gòu)件編碼對(duì)所需信息進(jìn)行直接調(diào)取。

在設(shè)計(jì)階段對(duì)構(gòu)件信息進(jìn)行分類與編碼對(duì)項(xiàng)目全壽命周期BIM技術(shù)應(yīng)用具有重要意義，一方面可以對(duì)項(xiàng)目各個(gè)階段的BIM模型管理提供便利，另一方面可以作為將BIM模型與實(shí)際工程數(shù)量相匹配的橋梁與媒介。

2.5 工程量復(fù)核及清單表生成

在設(shè)計(jì)階段中對(duì)構(gòu)件信息進(jìn)行分類與編碼之后，采用Bentley平臺(tái)基于MS軟件的二次開發(fā)工具，可以實(shí)現(xiàn)批量化和自動(dòng)化提取模型和構(gòu)件的相關(guān)屬性、導(dǎo)入/導(dǎo)出材料用量信息、標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)量表等，并依托傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)方法生成的工程數(shù)量表進(jìn)行工程量復(fù)核。

由于模型和構(gòu)件存在部分屬性的數(shù)量難以從三維模型中自動(dòng)獲取，如各種直徑的鋼筋用量、各種小型零配件和預(yù)埋件的材料用量等。所以仍需要設(shè)計(jì)人員來(lái)提供這部分屬性的數(shù)量，通過模型導(dǎo)出的數(shù)量Excel表進(jìn)行填寫和編輯，再反饋至模型中各構(gòu)件中。設(shè)計(jì)人員通過對(duì)照各專業(yè)提供的工程數(shù)量表統(tǒng)一進(jìn)行整理、拆分以及合并，對(duì)模型和各個(gè)構(gòu)件相關(guān)屬性的數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到標(biāo)準(zhǔn)化的屬性表，并在屬性表中對(duì)各屬性進(jìn)行編碼，然后通過編碼即可實(shí)現(xiàn)這部分屬性的批量導(dǎo)入和導(dǎo)出。

模型和構(gòu)件的所有屬性完全導(dǎo)入掛接之后，即可根據(jù)分部分項(xiàng)劃分、構(gòu)件分類和各構(gòu)件的各種材料用量屬性信息自動(dòng)生成標(biāo)準(zhǔn)化清單表，實(shí)現(xiàn)工程量自動(dòng)統(tǒng)計(jì)功能。

2.6 設(shè)計(jì)校核(含限界復(fù)核)

通過對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)校核(含限界復(fù)核)BIM技術(shù)應(yīng)用，提高了深化設(shè)計(jì)圖紙的質(zhì)量，減少圖紙中錯(cuò)漏碰缺的發(fā)生，尤其是BIM技術(shù)應(yīng)用于凈空的優(yōu)化，優(yōu)勢(shì)明顯[8]。減少了設(shè)計(jì)階段因“錯(cuò)、漏、碰、缺”而造成相關(guān)延誤和損失，使設(shè)計(jì)圖紙切實(shí)符合施工現(xiàn)場(chǎng)操作的要求，并能更進(jìn)一步輔助全壽命周期BIM質(zhì)量管理應(yīng)用。

2.7 BIM+VR設(shè)計(jì)應(yīng)用

將數(shù)字三維BIM模型在VR設(shè)備中進(jìn)行交互性展示，通過利用BIM+VR技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)交底、匯報(bào)展示、協(xié)調(diào)交流等應(yīng)用，提高項(xiàng)目設(shè)計(jì)直觀性和設(shè)計(jì)效率，也極大地方便了與業(yè)主等參與方的溝通交流和設(shè)計(jì)問題反饋[9]。

2.8 BIM應(yīng)用體系及標(biāo)準(zhǔn)制定

通過規(guī)范BIM應(yīng)用體系、編制相應(yīng)的BIM技術(shù)應(yīng)用實(shí)施導(dǎo)則及標(biāo)準(zhǔn)，明確了各項(xiàng)BIM技術(shù)應(yīng)用在設(shè)計(jì)階段中的定位和需求，使項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段BIM技術(shù)應(yīng)用有序高效地完成，同時(shí)也為后期數(shù)據(jù)信息模型交付處理提供了有效標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)，提高了項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段BIM技術(shù)應(yīng)用的效率和質(zhì)量。

2.9 公路工程構(gòu)件庫(kù)建立

通過本項(xiàng)目在設(shè)計(jì)階段BIM技術(shù)應(yīng)用的不斷深入，基于公路工程的三維模型構(gòu)件愈發(fā)豐富，通過對(duì)這些不斷增加的虛擬化參數(shù)化可控構(gòu)件的積累和歸檔，逐步建立公路工程參數(shù)化構(gòu)件庫(kù)，通過儲(chǔ)備調(diào)取提高參數(shù)化構(gòu)件的重復(fù)利用性。部分構(gòu)件類模型如圖2所示。

圖2 構(gòu)件模型

3 結(jié)束語(yǔ)

本項(xiàng)目依托于合樅高速呂亭南樞紐互通設(shè)計(jì)，對(duì)BIM技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行研究。BIM技術(shù)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了從傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)逐步轉(zhuǎn)向三維正向設(shè)計(jì)，提高了設(shè)計(jì)的效率和精準(zhǔn)度；推動(dòng)和規(guī)范了BIM+GIS技術(shù)在公路工程中的廣泛應(yīng)用；實(shí)現(xiàn)了公路工程設(shè)計(jì)過程全階段BIM技術(shù)應(yīng)用；實(shí)現(xiàn)了協(xié)同化設(shè)計(jì)，在實(shí)踐中不斷摸索公路全壽命周期BIM技術(shù)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)和方案，具備重要的示范和指引作用。