董家口港區(qū)疏港一路與子信路互通立交BIM技術應用

董建勛，王召強，徐玉曉，鄒淑國

(青島市市政工程設計研究院有限責任公司，山東 青島 266061)

建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)是建立在三維數(shù)字技術的基礎上，集成了建筑工程項目各種相關信息的工程數(shù)據(jù)模型。近年來，隨著BIM技術在建筑領域廣泛應用，BIM技術被廣泛被應用到公路、鐵路、橋梁、軌道交通、水利水電等多個領域，相比于傳統(tǒng)的二維+效果圖表達方式，BIM技術具有數(shù)據(jù)準確性、動態(tài)可視性、交互協(xié)同性、碰撞檢查分析、輔助出圖等多項優(yōu)點，BIM理念和技術已經逐漸成為路橋建設行業(yè)的發(fā)展方向。

1 工程概況

疏港一路與子信路立交位于山東省青島市董家口港區(qū)與臨港產業(yè)區(qū)的交界，背靠規(guī)劃物流園區(qū)，向南通過疏港一路銜接遠期棋子灣作業(yè)區(qū)，是規(guī)劃疏港兩橫三縱路網體系的幾何中心，是港區(qū)、物流園區(qū)、臨港產業(yè)區(qū)的樞紐轉換節(jié)點。

疏港一路是港區(qū)重要的南北向集疏運通道，子信路上跨疏港鐵路，承擔著港區(qū)東西向快速聯(lián)系。

立交總體方案設計為雙環(huán)定向匝道全互通立交，立交總體布設三層。結合交通預測結果，子信路西向與疏港一路南北向左轉聯(lián)系采用環(huán)形匝道實現(xiàn)；子信路東向與疏港一路南北向左轉聯(lián)系采用標準相對較高的定向匝道實現(xiàn)；右轉匝道均采用定向匝道形式銜接。

因疏港鐵路與規(guī)劃道路交叉，為解決疏港鐵路對子信路的阻隔，子信路需進行上跨鐵路設計，增加了立交的層數(shù)及高度。

疏港一路工程總體實施范圍南北長約1 970 m，其中橋梁段長約831.4 m引橋兩側設計為自然放坡形式。疏港一路主線跨線橋設計上下行分幅，分幅間距1 m，單幅橋寬24 m，跨線橋布設為雙向十車道，其中主線采用雙向六車道，輔路采用雙向四車道，主線橋梁標準橫斷度面寬為32 m。

子信路工程總體實施范圍東西長約1 512.42 m，其中橋梁段長約543.74 m，西段引橋兩側為擋墻結構形式；東端引橋兩側設計為自然放坡形式。子信路主線橫斷面布設為雙向八車道，橋梁分幅設置，主線橋梁標準橫斷度面寬為35.5 m。

2 BIM在方案設計階段應用

2.1 方案比選

通過建立不同方案類型的互通立交可視化三維模型，進行總體方案的比選。

利用BIM設計軟件將設計成果實現(xiàn)三維呈現(xiàn)，展現(xiàn)不同方案立交交通組織、立交方案對周邊鐵路及管廊的影響，通過方案比選，推薦滿足規(guī)范、用地指標等多項影響因素的最優(yōu)方案。

2.2 基礎建模

(1)模型可視化漫游展示

利用Roadleader5.0、交通設施、Revit Structure 2016等多種軟件，實現(xiàn)了立交總體、橋梁結構、道路、交通、管線、景觀及附屬工程的三維協(xié)同設計。

通過構建的三維橋梁模型，直觀與高效地展現(xiàn)立交橋梁結構的復雜設計，給橋梁三維建模帶來了一種新思路，讓橋梁設計更加直觀、簡潔、高效。

利用Revit Structure 2016、Roadleader5.0兩種BIM軟件相結合，實現(xiàn)規(guī)劃鐵路和橋梁結構平、縱、橫各方向關系的核查，滿足鐵路限界要求的同時，對鐵路列車行駛視距有效評價。

(2)橋梁結構參數(shù)化建模、族庫開發(fā)建設

通過在Revit Structure 2016中創(chuàng)建參數(shù)化橋梁部件族，可以方便快捷的進行修改調整，極大提高了設計效率和質量。

將不同Revit族按照特性、參數(shù)等屬性分類歸檔，逐步積累和形成企業(yè)自己獨有的族庫，形成生產力，方便快捷地在其他類似工程中調用。

2.3 拓展應用

(1)鋼筋鋼束碰撞檢查及優(yōu)化

預應力箱梁縱橫向均布設有大量預應力鋼束，且各自按照受力需要存在多處彎起，二維設計難以精確定位相互關系，沖突碰撞幾乎難以避免，本工程中創(chuàng)造性采用Revit MEP功能模擬縱橫向鋼束，可及時進行碰撞檢查，避免后期變更調整，并可提取每條鋼束三維坐標提供現(xiàn)場精確放樣使用。

采用自定義鋼筋的形式，利用REX2016插件，將鋼束視為依附于腹板主梁的鋼筋，可以快速實現(xiàn)縱橫向鋼束和普通鋼筋的同步建模、同步碰撞檢查。

通過構建三維模型、配合碰撞檢查，可以大大提高圖紙設計質量，減少工程后期變更，并精確統(tǒng)計工程量。

將典型上部結構鋼束鋼筋三維模型進行優(yōu)化、完善，制作成三維漫游展示動畫，可用于向業(yè)主匯報和施工單位進行技術交底。

(2)三維地質建模(地質信息數(shù)據(jù)庫)及分析計算

工程場區(qū)局部地形起伏較大，地質變化劇烈，但是由于各種原因不可能直接勘測到所有的地質細節(jié)。BIM建模過程中以傳統(tǒng)地勘探孔資料為基礎，構建三維地質模型用以提高設計精確性和安全性，減少后期變更。

基于GEO5軟件，實現(xiàn)地質分層的三維可視化，相對精確的提取任意點地質數(shù)據(jù)、任意線地質剖面；協(xié)助構筑物選址，避讓地質隱患，并快捷得進行分析計算；形成成套有機融合且可不斷更新的數(shù)據(jù)庫平臺，場區(qū)相關項目均可貢獻數(shù)據(jù)和獲取信息。

在已經構建的三維地質模型基礎上，可以在任意點進行各類基礎驗算，在任意線進行擋墻、邊坡分析。

2.4 上部結構分析計算與出圖算量一體化

利用Revit強大的導出導入功能，可以實現(xiàn)將導出的三維數(shù)據(jù)無縫導入到Midas Civil等專業(yè)有限元軟件進行三維結構分析計算，大大簡化了三維分析模型的建模工作，極大提高了結構分析計算效率。

充分應用BIM理念，最大化利用數(shù)據(jù)價值，實現(xiàn)數(shù)據(jù)聯(lián)動，以分析計算為核心，優(yōu)化了模板、鋼束出圖流程，極大提高了效率。上部結構鋼束立面圖、大樣圖、坐標控制表、工程量統(tǒng)計表均一鍵導出，簡單整理即可出圖。初步實現(xiàn)了計算完成則鋼束圖紙基本完成，建模完成則工程量同步完成的目標。

相比于傳統(tǒng)流程，可縮短約35%的設計時間，大幅縮短了鋼束繪圖時間，圖紙內容和數(shù)據(jù)由軟件生成，避免了人工制圖可能的錯漏碰缺。

表1 一聯(lián)典型橋梁上部結構設計時間比較

2.5 基于Dynamo、Revit的橋梁建模功能二次開發(fā)

通過可視化編程軟件Dynamo及Revit的API接口的結合，進行Revit軟件橋梁建模功能的二次開發(fā)。實現(xiàn)了Revit平臺下的個性化橋梁建模，解決了異形橋梁組件構件、空間曲線橋梁快速建模等技術難點。

2.6 其他應用

利用交通設施3.1設計軟件，優(yōu)化完善交通工程內容的細節(jié)處理，實現(xiàn)交通設施設計的科學性及合理性。

與道路工程協(xié)同設計，布設給水、 排水、 燃氣、熱力等各類市政管線。除進行傳統(tǒng)的碰撞檢查外，還可自動調整管線之間、管線與構筑物之間的水平、豎向間距及埋深、坡度等；根據(jù)管線容量設計檢查井、閥門等結構的造型。

通過對工程進行三維可視化設計，對工程沿線配置標志標線、車行護欄、路燈、景觀綠化等附屬設施，實現(xiàn)三維設計的真實性。

結合建立的三維模型，利用UC-winroad軟件的模擬駕駛功能，實現(xiàn)對總體方案平縱指標、視距等的優(yōu)化完善。

3 結束語

(1)設計協(xié)同——在本工程中，各專業(yè)之間通過BIM技術實現(xiàn)無縫的協(xié)同設計，在快速建立三維模型的基礎上，實現(xiàn)了總體方案的展示、橋梁結構的分析、管線的三維檢查，實現(xiàn)了傳統(tǒng)的二維向三維設計、粗放型設計向精細化設計的轉變，并通過設計成果的實時優(yōu)化與評價，提升了工程設計的效率、科學性及合理性。

BIM技術在建筑行業(yè)的運用日趨成熟，并帶來了革新性的變化，雖在市政基礎設施建設中的應用尚處于起步階段、困難重重，但BIM的理念與技術在市政基礎中的協(xié)同設計、碰撞檢查、動態(tài)調整、三維評價的應用讓工程建設及管理更為科學、合理、高效。

(2)信息化——本工程結構設計中，深入理解BIM理念，凸顯了BIM中“I”的核心價值。

(3)軟件、數(shù)據(jù)互通——綜合實現(xiàn)多種軟件的互導互通，充分實踐了“BIM技術是通過一系列數(shù)據(jù)信息軟件的交互來實現(xiàn)”的技術路線及應用理念。