王秀明
(廈門市市政工程設(shè)計院有限公司,廈門 361000)
城市快速路是城市發(fā)展中緩解地面道路交通壓力的產(chǎn)物,往往與既有道路并行或相交,存在“高架快速路+地面輔路”、“地下快速路+地面輔路”、“地面快速路+兩側(cè)輔路”等多種道路布置形式以及“樞紐型互通立交”、“一般互通立交”等不同類型的豎向交叉節(jié)點[1]。城市快速路項目空間布局復(fù)雜、涉及專業(yè)眾多、綜合性強(qiáng)、工程規(guī)模龐大,且工期要求緊,質(zhì)量要求高,對設(shè)計、施工及運維均提出了較高的要求,傳統(tǒng)“順序式”二維平面設(shè)計的缺陷日益凸顯。在新形勢下,智能化三維設(shè)計、精細(xì)化設(shè)計和管理已成為趨勢[2]。
BIM是以工程項目的三維模型為基礎(chǔ),通過各建設(shè)參與方數(shù)據(jù)共享與信息模型的結(jié)合,提高各建設(shè)參與方之間的協(xié)作效率,實現(xiàn)工程項目數(shù)據(jù)信息在全生命周期的共享和運用。BIM的三維設(shè)計模式有效填補(bǔ)了二維設(shè)計上的不足,推動著傳統(tǒng)設(shè)計方式的轉(zhuǎn)變。目前,BIM技術(shù)在交通領(lǐng)域取得一些研究和應(yīng)用成果[3],但仍處于初級階段,尤其是在城市快速路工程中的BIM應(yīng)用案例相對較少。
因此,本文以溪東路(翔安南路—機(jī)場快速路段)工程為依托,研究BIM技術(shù)在城市快速路設(shè)計中的應(yīng)用,以期為同類項目提供參考。
溪東路(翔安南路—機(jī)場快速路段)工程是廈門市兩環(huán)八射快速路網(wǎng)的重要組成部分,按城市快速路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè),全長6.05km,路幅寬50m,設(shè)有主線高架道路及地面層道路,高架橋主線道路為雙向六車道,為連續(xù)梁形式,包含跨海特大橋1.38 km,兩端連接高架橋4.67 km,設(shè)計車速為80km/h; 地面層道路為雙向六車道,設(shè)計車速為60km/h。
該項目工程體量大,共涉及3座大型互通立交、1座跨海大橋、22個地面層平交口。主線與匝道、匝道與匝道之間交叉關(guān)系錯綜復(fù)雜(如圖1所示),如何選擇立交形式,合理布局立交主線與匝道是設(shè)計難點。同時,作為機(jī)場片區(qū)的門戶,以橋梁形式跨海,對景觀要求極高,如何選擇功能齊全、景觀優(yōu)美的橋型方案是本項目重點。
圖1 茂林互通線位縮圖
BIM標(biāo)準(zhǔn)是保障BIM在工程全生命周期中信息有效傳遞的前提[4]。目前,市政路橋工程相關(guān)BIM標(biāo)準(zhǔn)尚不完善,BIM實施缺乏相應(yīng)的規(guī)范指導(dǎo)。因此,本方案借鑒當(dāng)前《公路工程信息模型設(shè)計應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》(征求意見稿)《中國市政設(shè)計行業(yè)BIM指南》等標(biāo)準(zhǔn),從模型分類、細(xì)度、拆分、配色、乃至交付等方面,詳細(xì)制定適用于城市快速路項目的BIM應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn),以保障后續(xù)BIM設(shè)計的高效開展。
2.2.1 軟件選擇
當(dāng)前,國內(nèi)外BIM軟件眾多,如Autodesk、Bentley、Dassault、Tekla等。結(jié)合項目所在城市技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀,綜合考慮數(shù)據(jù)管理能力、數(shù)據(jù)接口匹配程度等諸多因素,鑒于BIM軟件在基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域應(yīng)用狀況[2,5],最終選擇以Bentley平臺系列軟件作為基礎(chǔ)進(jìn)行后續(xù)BIM設(shè)計。
2.2.2 協(xié)同管理平臺架設(shè)
城市快速路項目具有涉及專業(yè)多,立交口復(fù)雜、工程體量龐大等特點,專業(yè)間的協(xié)同是設(shè)計過程中的重點。協(xié)同管理平臺的架設(shè),能夠?qū)⒍鄠€專業(yè)的設(shè)計者作為聯(lián)動的整體進(jìn)行信息傳遞和溝通,使項目設(shè)計團(tuán)隊高效配合,極大地提高內(nèi)容的順暢表達(dá),避免溝通層結(jié)構(gòu)的混亂,提高設(shè)計效率[5]。利用ProjectWise協(xié)同管理平臺,建立多層級文件架構(gòu),實現(xiàn)設(shè)計資料、標(biāo)準(zhǔn)化文件、表單等數(shù)據(jù)、模型文件等集成化管理,實現(xiàn)多專業(yè)間協(xié)同設(shè)計及項目信息全生命周期傳遞,如圖2所示。
圖2 多層級文件架構(gòu)設(shè)置
考慮道路、橋梁及地下管線等多專業(yè)任務(wù)需求,滿足城市快速路性能分析、設(shè)計優(yōu)化分析等要求,基于Microstation模型整合平臺及ProjectWise協(xié)同管理平臺,統(tǒng)籌協(xié)調(diào)管理BIM設(shè)計全過程各類數(shù)據(jù)文件,制定適用于城市快速路項目的BIM方案的技術(shù)路線(如圖3所示),指導(dǎo)城市快速路BIM設(shè)計工作的高效開展。
圖3 BIM設(shè)計技術(shù)路線
參數(shù)化設(shè)計可使城市快速路模型采用“自底向上”的模塊化設(shè)計建模,先設(shè)定好參數(shù)化構(gòu)件,通過各類構(gòu)件的空間關(guān)系將多個構(gòu)件按設(shè)計方案組合為總體結(jié)構(gòu)[6],通過可變參數(shù)實現(xiàn)構(gòu)件的快速調(diào)整,提高設(shè)計效率。在Bentley中建立參數(shù)化構(gòu)件庫,統(tǒng)一調(diào)用模型材質(zhì)、元素、特征定義,實現(xiàn)模板庫關(guān)聯(lián)元素的同步更新,并通過構(gòu)件庫的檢索、調(diào)用、修改、維護(hù)等操作,實現(xiàn)構(gòu)件庫的更新,如圖4所示。
圖4 參數(shù)化構(gòu)件庫展示
根據(jù)城市快速路項目專業(yè)需求,搭建道路、橋梁、地下管線以及交通附屬四大構(gòu)件庫,其中橋梁工程包括各類復(fù)雜的橋墩及橋臺,如分離柱式墩、柱式墩、門式墩等,創(chuàng)建墩身高度、樁長、支座高度等為可變參數(shù)的橋梁構(gòu)件; 創(chuàng)建檢查井地面標(biāo)高、管內(nèi)底標(biāo)高、井底標(biāo)高等為參數(shù)的各類檢查井構(gòu)件; 創(chuàng)建參數(shù)化道路標(biāo)志牌、路燈、交通指示燈等交通附屬工程構(gòu)件。本項目共計建立450余種構(gòu)件,為后續(xù)城市快速項目BIM模型奠定基礎(chǔ)。
將BIM模型與場地模型進(jìn)行融合[7],利用LumenRT進(jìn)行漫游展示,可真實反映項目及周邊情況。對于空間關(guān)系錯綜復(fù)雜的互通立交,三維可視化設(shè)計生成的三維模型可直觀展示設(shè)計意圖,如圖5所示,輔助設(shè)計人員進(jìn)行主線、匝道設(shè)計,提高設(shè)計效率,提升各方溝通效率。
圖5 茂林互通虛擬場景仿真
利用Bentley 地勘數(shù)據(jù)管理平臺gINT提取地勘文件,通過C3D處理原始高程數(shù)據(jù),并轉(zhuǎn)換成Bentley可識別利用的格式,通過OpenRoads以及SUE軟件批量化創(chuàng)建三維地質(zhì)模型。在設(shè)計過程中,根據(jù)需求剖切地質(zhì)模型,快速生成地質(zhì)剖面(如圖6所示),直觀顯示橋梁下部地質(zhì)結(jié)構(gòu)層的分布狀況,為設(shè)計人員開展特殊地基處理設(shè)計、優(yōu)化橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計提供參考依據(jù)。
圖6 地質(zhì)剖面分析
視距是影響城市快速路交通安全的重要指標(biāo),利用LumenRT仿真模擬技術(shù),以駕駛員視角模擬真實路況,并進(jìn)行視距分析,如圖7所示。通過視距分析可校核視距范圍內(nèi)是否存在障礙物,進(jìn)而對道路線型、高架橋布跨方案、交通設(shè)施布置等進(jìn)行優(yōu)化。
圖7 65km/h的速度行車視距分析
二維設(shè)計模式無法直觀展示復(fù)雜的立交系統(tǒng),容易出現(xiàn)各專業(yè)間不協(xié)調(diào)的情況。通過BIM模型快速查找碰撞沖突,輔助設(shè)計人員校核設(shè)計圖紙中的錯漏碰缺等問題,可有效避免空間沖突,減少變更,降低施工過程中出錯的可能性。本次設(shè)計分析了道路、橋梁、地下管線及交通附屬工程之間的空間關(guān)系,共優(yōu)化14處碰撞沖突,如圖8所示。
圖8 碰撞檢測分析
利用BIM模型三維可視化的優(yōu)勢,對整體進(jìn)行材質(zhì)、場景、季節(jié)、光照等效果高度模擬,呈現(xiàn)全方位、立體化、直觀清晰的設(shè)計效果。根據(jù)不同橋梁形式和涂裝配色的跨海大橋方案進(jìn)行比選分析(如圖9所示),輔助設(shè)計人員優(yōu)化設(shè)計方案,提高項目的決策效率。
圖9 橋梁造型、涂裝比選
BIM建模后可同步生成工程量表,并與傳統(tǒng)的算量方式進(jìn)行對比分析。以茂林互通立交混凝土用量為例,可以發(fā)現(xiàn),BIM算量結(jié)果與傳統(tǒng)算量結(jié)果基本吻合,相對誤差控制在2.5%以內(nèi),如圖10所示。相較于傳統(tǒng)算量方式,BIM算量更為便捷高效,并能保障足夠的準(zhǔn)確性,極大地縮減了設(shè)計人員的工作量。
圖10 各分項工程量對比誤差
工程設(shè)計—施工—運維各階段數(shù)據(jù)信息的有效傳遞是全生命周期BIM應(yīng)用的關(guān)鍵,模型是工程信息的載體,因此,模型交付是BIM應(yīng)用的重要一環(huán)。本項目采用exe文件格式及BIM平臺實現(xiàn)模型輕量化交付,業(yè)主無需安裝相關(guān)建模軟件即可在本地電腦瀏覽模型,并基于模型開展項目管理; 同時向施工階段BIM實施方提供源格式(.dgn)模型文件、構(gòu)件庫以及通用格式(.ifc)模型文件,實現(xiàn)設(shè)計階段模型信息與施工管理平臺的無縫對接(如圖11所示),為施工階段利用BIM開展精細(xì)化管理、指導(dǎo)施工奠定基礎(chǔ)。
以溪東路(翔安南路—機(jī)場快速路段)工程為背景,應(yīng)用BIM技術(shù)實現(xiàn)道路、橋梁和地下管線等專業(yè)的協(xié)同設(shè)計和快速建模,并開展性能分析和設(shè)計優(yōu)化分析。
基于BIM技術(shù)在可視化、信息化方面的優(yōu)勢,針對城市快速路項目特點,從BIM應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)、軟件選取、協(xié)同管理平臺、數(shù)據(jù)整合平臺以及BIM設(shè)計技術(shù)路線等方面,構(gòu)建一套完整的適用于城市快速路項目BIM實施方案,為城市快速路精細(xì)化、協(xié)同化設(shè)計提供指導(dǎo)。
實踐證明,Bentley軟件對城市快速路工程具有良好的適應(yīng)性,以Bentley系列軟件為平臺,搭建道路、橋梁、地下管線以及交通附屬四大類參數(shù)化構(gòu)件庫,為后續(xù)城市快速路快速建模、參數(shù)化調(diào)整、模型維護(hù)更新奠定基礎(chǔ)。
BIM技術(shù)對于復(fù)雜城市快速路的設(shè)計工作起到明顯改善作用,可實現(xiàn)城市快速路設(shè)計信息橫向、縱向的高效傳遞與協(xié)同,有助于各專業(yè)設(shè)計信息的表達(dá)與共享,直觀感受設(shè)計成果,及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計缺陷并改正,提高設(shè)計的可信度、精確度與設(shè)計方案的合理性,有助于完善設(shè)計項目的建成效果。同時,基于BIM模型的可視化與信息動態(tài)關(guān)聯(lián)屬性,設(shè)計信息向下傳遞至施工及運維階段,在項目全生命周期發(fā)揮價值。