BIM技術(shù)在道路橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析

楊倩倩

(山東華遠(yuǎn)公路勘察設(shè)計(jì)有限公司，山東 濰坊 261061)

0 引 言

道路橋梁BIM技術(shù)設(shè)計(jì)中，參數(shù)設(shè)計(jì)是關(guān)鍵，前期的模型構(gòu)建及后續(xù)的工程設(shè)計(jì)中，參數(shù)設(shè)計(jì)都是不可或缺的，通過參數(shù)化設(shè)計(jì)，有效實(shí)現(xiàn)了對(duì)道路橋梁的現(xiàn)場(chǎng)模擬。BIM技術(shù)的數(shù)據(jù)信息集成化特征是傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)所難以達(dá)到的，具有顯著的可視性，操作性。

1 BIM技術(shù)分析

1.1 BIM技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

通過對(duì)比得出該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)如下。

(1)BIM技術(shù)在道路橋梁設(shè)計(jì)中數(shù)據(jù)傳遞和承載功能突出，協(xié)同優(yōu)勢(shì)明顯，解決了傳統(tǒng)技術(shù)水平下，設(shè)計(jì)不足與分散的問題。

在三維模型圖中應(yīng)用路易BIM軟件，可以經(jīng)GIS技術(shù)和傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的的加持，可迅速理解項(xiàng)目分部形態(tài)、周邊環(huán)境，為方案最終確定，提供切實(shí)可靠的意見。

BIM技術(shù)能夠完成信息共享，并且可以與多軟件相結(jié)合，比如BIM模型中的LEGION、STEPS等車輛、行人仿真模擬軟件，可實(shí)現(xiàn)交通模擬，進(jìn)而優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2 案例分析

2.1 工程概況

文章所依托的軟件為路易2020-BIM道路設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件，工程為昌樂青龍互通立交連接線工程，擬建橋梁為淳于河大橋，橋址區(qū)為河谷地貌，擬建橋梁的主橋跨越淳于河，河谷的寬度約為100 m。擬建橋梁采用6孔-20 m預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁，全長(zhǎng)127 m，下部結(jié)構(gòu)型式為肋板(柱式)臺(tái)，橋梁全寬25 m。本橋3孔一聯(lián)，共兩聯(lián)，聯(lián)端設(shè)D80伸縮縫。具有經(jīng)濟(jì)效益好的優(yōu)點(diǎn)。

2.2 道路設(shè)計(jì)初步定義

BIM技術(shù)雖然具有多種優(yōu)勢(shì)，但是設(shè)計(jì)中要考慮多種因素，具體流程如下。

地形圖識(shí)別，生成地形曲面，設(shè)計(jì)文件中的地形數(shù)據(jù)一般由等高線和高程點(diǎn)組成。利用地形數(shù)據(jù)生成曲面后，可以進(jìn)行三維地形查看，檢查高程異常的地方，并刪除錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。將外部的衛(wèi)星影像圖，按照參照方式插入當(dāng)前的項(xiàng)目中。在進(jìn)行三維漫游時(shí)，可以與地形曲面形成三維地形。

采用“導(dǎo)線法設(shè)計(jì)”或是“曲線法設(shè)計(jì)”進(jìn)行路線設(shè)計(jì)。導(dǎo)線法設(shè)計(jì)時(shí)支持簡(jiǎn)單型、基本型、凸形、S/C形、復(fù)曲線、回頭曲線等幾種線形。曲線路線設(shè)計(jì)時(shí)，采用起點(diǎn)接線、積木法設(shè)計(jì)中間段、終點(diǎn)接線的方式，其中終點(diǎn)接線可執(zhí)行多次。起點(diǎn)接線后，可隨意添加中間段，包括直線單元、圓弧單元和緩和曲線單元，并可以設(shè)定單元的額長(zhǎng)度，對(duì)于圓弧單元可以設(shè)定半徑，對(duì)于緩和曲線單元可以設(shè)定起終點(diǎn)半徑，并可以實(shí)施拖動(dòng)得到。

在縱段設(shè)計(jì)時(shí)，可以首先對(duì)沿線的構(gòu)筑物進(jìn)行定義，構(gòu)筑物的類型為橋梁、分離式立體交叉、互通式立體交叉等，通過“從地形提取自然縱段數(shù)據(jù)”、“新建設(shè)計(jì)縱段”、“縱段拉坡”三個(gè)步驟完成縱段設(shè)計(jì)。從地形提取的自然縱段數(shù)據(jù)，可以加上偏移值，來獲取中央隔離帶邊緣、行車道邊緣等處的數(shù)據(jù)。并可以對(duì)自然地形提取縱段數(shù)據(jù)與自然地形曲面進(jìn)行關(guān)聯(lián)，這樣就會(huì)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)修改?？v段設(shè)計(jì)時(shí)，可以對(duì)設(shè)計(jì)縱段樣式、設(shè)計(jì)縱段使用的數(shù)據(jù)源進(jìn)行修改。

通過“板塊設(shè)計(jì)”、“邊坡設(shè)計(jì)”進(jìn)行橫斷設(shè)計(jì)。在進(jìn)行道路板塊設(shè)計(jì)時(shí)，可以單獨(dú)創(chuàng)建路線，也可以直接創(chuàng)建出帶道路全屬性的模型。當(dāng)選擇了“道路裝配”和地形曲面時(shí)，會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建自然縱段和設(shè)計(jì)縱段，否則，不生成縱段數(shù)據(jù)。板塊包括人行道、慢車道、機(jī)非分隔帶、快車道等類型和相應(yīng)的寬度，需要及時(shí)進(jìn)行板塊預(yù)覽，預(yù)覽時(shí)可以看到哥板塊平面投影線、板塊類型文本標(biāo)柱、板塊坡度、板塊尺寸等。設(shè)施布置時(shí)，選擇路燈、綠化、標(biāo)線、交通燈等控制參數(shù)。邊坡設(shè)計(jì)時(shí)需要把道路指定側(cè)指定樁號(hào)范圍標(biāo)識(shí)為自定義放坡段。標(biāo)識(shí)為自定義放坡段后，該范圍內(nèi)已有邊坡自動(dòng)轉(zhuǎn)為自定義放坡，并且更新道路邊坡時(shí)，不再自動(dòng)更新自由放坡是按設(shè)定坡度放坡到指定曲面，起坡線自動(dòng)分為填方和挖方段，可以分別控制填挖方段的放坡參數(shù)。起坡線可以是道路邊界、交叉口邊界、已有道路或交叉口放坡，當(dāng)起坡線選擇其他放坡結(jié)束線時(shí)，新產(chǎn)生的放坡自動(dòng)當(dāng)作下級(jí)放坡。

由路線、縱段、板塊方案、邊坡方案生成道路，道路可進(jìn)行三維查看。三維查看時(shí)是在獨(dú)立的窗口沿駕駛路線察看。當(dāng)?shù)匦螖?shù)據(jù)量比較大，道路邊界復(fù)雜又長(zhǎng)時(shí)，可以將不挖掉道路范圍內(nèi)的地形，設(shè)置成半透明。這樣便于察看。

道路立交、橋梁參數(shù)編輯。進(jìn)行橋梁三維設(shè)計(jì)時(shí)，可以列出所有已存在的分聯(lián)，順序命名為“第一聯(lián)”、“第二聯(lián)”等。當(dāng)插入或刪除一聯(lián)時(shí)，受影響的聯(lián)重新編號(hào)命名。選中某一分聯(lián)時(shí)，右側(cè)的本聯(lián)跨徑組合和上部結(jié)構(gòu)顯示本聯(lián)，可編輯。

道路沿線綠化參數(shù)編輯。進(jìn)行綠化三維設(shè)計(jì)時(shí)，路易BIM軟件提供了沿道路、沿綠化帶、沿線和隨意位置種植功能。對(duì)各種樹種及其模型，進(jìn)行了歸類管理。常用樹種可以一鍵提取，極其方便，軟件可以根據(jù)曲面地形和道路高程自動(dòng)計(jì)算樹的高程。對(duì)應(yīng)樹種的直徑、種植密度及最小距離也可以參數(shù)化編輯。在日常的設(shè)計(jì)過程中，隨著道路的延伸，綠化帶呈現(xiàn)明顯的節(jié)奏性變化，這種節(jié)奏稱為模板，主要有灌木叢、樹、路燈、圖塊等基本元素模板。軟件可以通過綠化模板管理器實(shí)現(xiàn)對(duì)綠化模板的組織管理及編組利用等。

道路設(shè)計(jì)中，穿越鄉(xiāng)村、城鎮(zhèn)路段時(shí)，道路兩側(cè)建筑物較多，可以通過定義建筑工程實(shí)現(xiàn)視覺化管理，可以把地形圖測(cè)繪時(shí)的房屋線轉(zhuǎn)化為三維模式，以便于演示。道路工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)的收費(fèi)站、高壓線塔、水域等均可進(jìn)行參數(shù)化三維設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)道路上定位并輸入?yún)?shù)后，可以創(chuàng)建收費(fèi)站的模型對(duì)象，繪制自定義實(shí)體。鐵路定義時(shí)，鐵路模型分為有砟鐵軌和無砟鐵軌兩種，三維多段線及數(shù)字地形上的高程可以直接提取。高壓線塔的模型有五種可以選擇，分別是酒杯塔、貓頭塔、鼓型塔、上字塔、桿塔。可以根據(jù)需要選擇合適的塔型，方便快捷。水域分為面狀水域和線性水域。

道路交通安全設(shè)是道路的重要組成部分，參數(shù)化設(shè)計(jì)時(shí)，用同系統(tǒng)路易交通設(shè)施設(shè)計(jì)軟件的設(shè)計(jì)結(jié)果，可以直接轉(zhuǎn)化為三維對(duì)象。對(duì)于自畫的復(fù)雜平面交叉，也可以轉(zhuǎn)換。道路交通標(biāo)志的三維化支持實(shí)線、虛線、文字、填充、突起路標(biāo)、輪廓標(biāo)等，并且也支持多種立柱式、懸臂式、門架式標(biāo)志桿及附著式標(biāo)志牌。隔離護(hù)欄也支持三維化。信號(hào)燈的設(shè)計(jì)直觀、便捷，可定制，可以將信號(hào)燈分成不同的配時(shí)編組，設(shè)置信號(hào)相位，依次串聯(lián)成信號(hào)循環(huán)周期。并可設(shè)置綠燈的早開或是滯后，方便簡(jiǎn)單。

生到路口可進(jìn)行三維漫游。在CAD文檔視圖中進(jìn)行巖路線駕駛的三維漫游時(shí)。事先需要設(shè)置合適的視圖模式。根據(jù)樁號(hào)、距中心線距離、視線高度設(shè)定AutoCAD視點(diǎn)，并切換到對(duì)應(yīng)的CAD三維透視模式。如果當(dāng)前的三維漫游窗口已經(jīng)打開，那么里面的視點(diǎn)也會(huì)相應(yīng)改變。可以直接將工程中定義的道路路線轉(zhuǎn)為三維漫游的路線，自動(dòng)從路線設(shè)計(jì)縱段提取高程。也可以直接將多段線轉(zhuǎn)為三維漫游路線。三維漫游時(shí)可利用多段線加載交通路線，這樣漫游時(shí)會(huì)看到交通路線上形式的車輛。交通流量、車輛比例也可以確定。當(dāng)交通路線存在交叉時(shí)，漫游中行駛的車輛會(huì)按照避讓關(guān)系來進(jìn)行主動(dòng)避讓。

具體方法如下：初步設(shè)計(jì)時(shí)，先對(duì)本項(xiàng)目的地形進(jìn)行識(shí)別，生成三維地形曲面，本項(xiàng)目的曲面點(diǎn)數(shù)41 306個(gè)，三角形個(gè)數(shù)82 415個(gè)，最大高程367.00，最小高程122.00，檢查后，消除劣質(zhì)三角形。路線采用導(dǎo)線設(shè)計(jì)，并從曲面地形中提取自然縱段文件，并進(jìn)行縱段拉坡，形成設(shè)計(jì)縱段文件。本項(xiàng)目道路板塊為路基寬度25.5 m。

2.3 橋梁參數(shù)初步定義

橋梁參數(shù)初步定義時(shí)，首先應(yīng)在路易2020-BIM道路設(shè)計(jì)系統(tǒng)中進(jìn)行初步定義優(yōu)化。模型在建立過程中還應(yīng)該結(jié)合設(shè)計(jì)外觀的需要進(jìn)行。初步選用基本信息：橋梁名稱、所屬道路、起止樁號(hào)、跨徑組合、上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)等。

護(hù)欄定義時(shí)，可以在管理項(xiàng)目時(shí)設(shè)立中央護(hù)欄、防眩板及側(cè)護(hù)欄的規(guī)格。

主梁斷面設(shè)計(jì)時(shí)，主梁斷面的包括斷面類型選擇、斷面規(guī)格定義、斷面參數(shù)設(shè)置、主梁斷面繪制、箱式設(shè)計(jì)等。并且每個(gè)主梁斷面方案都有單獨(dú)的編輯功能。切換到預(yù)覽圖模式時(shí)，可以對(duì)當(dāng)前參數(shù)生成的箱式進(jìn)行預(yù)覽。左右對(duì)設(shè)計(jì)時(shí)，右側(cè)對(duì)應(yīng)的參數(shù)編輯框自動(dòng)和另一側(cè)同步。

上部結(jié)構(gòu)定義時(shí)，可以在上部結(jié)構(gòu)方案節(jié)點(diǎn)中選擇規(guī)格，如箱梁、小箱梁、T梁、空心板方案等。只能使用一種橋類型，但是左右幅分離時(shí)可以分別使用不同的類型。

橋墩定義時(shí)，類型有圓形、矩形、圓端形、雙圓端形、雙薄壁墩幾種。在輸入合適的橋墩設(shè)計(jì)參數(shù)后，可以根據(jù)不同的類型顯示示意圖。

蓋梁墩帽定義時(shí)，類型有標(biāo)準(zhǔn)樣式、墩帽樣式、帶系梁墩帽等幾個(gè)選型，可以編輯選擇設(shè)計(jì)，當(dāng)參數(shù)是左右對(duì)稱時(shí)，可以右半側(cè)參數(shù)自動(dòng)隨左半側(cè)變化?？梢愿鶕?jù)顯示示意圖實(shí)時(shí)修改。

橋臺(tái)規(guī)格定義時(shí)，類型有臺(tái)類型，U形臺(tái)、耳墻式、八字形翼墻等幾個(gè)類型，輸入橋臺(tái)的設(shè)計(jì)類型后，可以進(jìn)行編輯，但是同一項(xiàng)目的橋臺(tái)間不能重名。

索塔構(gòu)件的斷面設(shè)計(jì)時(shí)，類型有橢圓形、矩形、工字型、十字形、T字型等，并根據(jù)實(shí)際參數(shù)調(diào)整。索塔實(shí)體的構(gòu)件是索塔構(gòu)件，一個(gè)索塔可以由一個(gè)或多個(gè)索塔構(gòu)件組成。索塔構(gòu)件實(shí)體由索塔斷面沿各個(gè)索塔立面路徑掃掠得到，一個(gè)索塔構(gòu)件可以包含一個(gè)或多個(gè)索塔立面路徑，索塔構(gòu)件可通過特性修改，并設(shè)置好寬度。

對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的各個(gè)位置進(jìn)行初步設(shè)計(jì)后，利用路易BIM軟件對(duì)標(biāo)準(zhǔn)段的草圖設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，使混凝土小箱梁模型實(shí)現(xiàn)參數(shù)化。通過設(shè)計(jì)參數(shù)命令可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，是模型更加具有實(shí)用性。

3 三維實(shí)景模型的應(yīng)用特征

(1)能三維實(shí)景模型能夠使地形地貌以及構(gòu)造物周邊環(huán)境得到真實(shí)反應(yīng)。三維展示時(shí)，可對(duì)地形進(jìn)行遮蔽，這樣遮蔽區(qū)內(nèi)的地形就不會(huì)顯示。并可以在路面(包括平交口)內(nèi)劃定一個(gè)區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)的路面三維模型不再顯示，這就相當(dāng)于路面上開了一個(gè)觀察窗，便于察看路面下的管線等。

(2)通過數(shù)據(jù)生成的三維實(shí)景模型，可以與GIS地理信息系統(tǒng)軟件中的投影坐標(biāo)相結(jié)合，可視化仿真，結(jié)合數(shù)字地形模型，簡(jiǎn)化并且多分辨率的表達(dá)bin技術(shù)。

(3)通過三維實(shí)景模型，可得到等高線圖、網(wǎng)格地形等相關(guān)信息。同時(shí)可利用傾斜攝影功能，將不需要的道路、交叉口、水域等隱藏，屬于傾斜攝影挖洞功能。定義到曲面上的建筑物、樹、路燈、標(biāo)志、標(biāo)線、隔離護(hù)欄及CAD實(shí)體，均可按高程重新定位到指定曲面上。軟件支持批量移動(dòng)實(shí)體，以及將實(shí)體從曲面提高到指定高度，并自動(dòng)搜索曲面計(jì)算高程。三維地質(zhì)同樣可以讀取到地面上，將勘測(cè)單位的鉆孔數(shù)據(jù)，整理過濾，作為模型數(shù)據(jù)源，進(jìn)行三維地質(zhì)的鉆孔數(shù)據(jù)讀取，數(shù)據(jù)讀取成功后，可以按工程項(xiàng)目的實(shí)際情況進(jìn)行編輯修改，及此三維地質(zhì)模型，可進(jìn)行模型剖切，出具地質(zhì)剖面圖。實(shí)現(xiàn)地質(zhì)挖方效果是，可使用已有曲面對(duì)地質(zhì)模型進(jìn)行挖除，來實(shí)現(xiàn)地質(zhì)效果。

(4)通過三維實(shí)景模型，可對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行單體化分析，通過核心指標(biāo)和關(guān)鍵數(shù)據(jù)，全視角查看橋梁設(shè)計(jì)，運(yùn)籌帷幄，統(tǒng)籌全局。并對(duì)各分項(xiàng)工程的進(jìn)展情況進(jìn)行監(jiān)視，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)情況提前預(yù)知，對(duì)趨勢(shì)走向通過可視化組件進(jìn)行提前預(yù)判，將設(shè)計(jì)、施工調(diào)度直達(dá)項(xiàng)目一線。

物聯(lián)監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)調(diào)度可視化，助力高效決策，管理人員之間的溝通時(shí)間減少50%，溝通和調(diào)度效率成倍提升。

可以結(jié)和云數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)終端等先進(jìn)的技術(shù)信息，構(gòu)件信息體系，實(shí)現(xiàn)橋梁建設(shè)過程的全程可追溯、結(jié)果可分析，不讓風(fēng)險(xiǎn)化成隱患，同時(shí)消除隱患，提高總體設(shè)計(jì)、施工、管理水平。

3.2 三維實(shí)景模型的應(yīng)用

該參數(shù)化的BIM模型可為項(xiàng)目的全壽命周期提供合理的數(shù)據(jù)支持，主要包括階段為項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)、維護(hù)階段。這種方式更有利于項(xiàng)目的施工。

在本項(xiàng)目中，將三維實(shí)景模型與參數(shù)化模型進(jìn)行結(jié)合，通過填挖方的數(shù)據(jù)信息對(duì)實(shí)景模型進(jìn)行修改，最終形成符合項(xiàng)目實(shí)際情況的三維模型。該融合圖可以對(duì)施工過程進(jìn)行模擬，為后期階段提供數(shù)據(jù)等。

4 結(jié) 語

通過對(duì)BIM技術(shù)在道路橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論。

路易BIM軟件，將地形、路線、縱段、道路、橋隧、立交、地質(zhì)進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，道路橋梁三維實(shí)景模型的應(yīng)用，使得信息表達(dá)由二維上升到三維，提高了工作效率，弱化了專業(yè)間的銜接錯(cuò)誤，值得深入研究推廣。