BIM技術(shù)在重慶五橫線陳家閣立交的應(yīng)用研究

趙禮昭　劉靚　葉上

摘要：本文基于BIM技術(shù)互通式立交設(shè)計(jì)的軟件平臺(tái)，以重慶五橫線陳家閣立交工程為實(shí)例，采用三維建模與參數(shù)輸出的方法，構(gòu)建了建筑BIM模型，研究了模型在地形地質(zhì)分析、結(jié)構(gòu)物碰撞、虛擬演示等方面的實(shí)踐。通過BIM技術(shù)，互通式立交的設(shè)計(jì)更加直觀，發(fā)現(xiàn)問題更加及時(shí)。采用三維模型在立交方案優(yōu)化、效果展示、提高設(shè)計(jì)效率等方面較傳統(tǒng)設(shè)計(jì)更具優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);互通式立交;方案優(yōu)化;虛擬演示

The Application Study of BIM Technology in Chenjiage Interchange of Chongqing Wuheng Line

ZHAO Lizhao LIU Liang YE Shang

（China Merchants Chongqing Communications Technology Research&Design Institute Co. Ltd， Chongqing， 40067 China）

Abstract： Based on the software platform of BIM technology on interchange design， and takes Chenjiage Interchange Project of Chongqing Wuheng line as an example， adopts the method of 3D modeling and parameter output， constructs the BIM model， and studies the practice of the model in topographical and geological analysis， structural collision， virtual demonstration and so on. Through BIM technology， the design of interchange is more intuitive， and problems can be found more timely. 3D model has more advantages than traditional design in interchange scheme optimization， effect display and design efficiency improvement.

Key Words： BIM technology;Interchange; Scheme optimization;Virtual demonstration

BIM技術(shù)，即建筑信息模型（building information modeling）是目前道路交通建設(shè)領(lǐng)域正在大力推廣的一項(xiàng)新技術(shù)^[1]。隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷發(fā)展，城市用地管控日趨規(guī)范嚴(yán)格，眾多限制性因素使得工程設(shè)計(jì)中對(duì)各專業(yè)的協(xié)調(diào)配合、綜合展示的要求越來越高。BIM技術(shù)作為能為各專業(yè)提供協(xié)同工作平臺(tái)、集成呈現(xiàn)設(shè)計(jì)效果的創(chuàng)新工具，為工程項(xiàng)目正向設(shè)計(jì)提供了較好的技術(shù)支撐^[2]。

本文以重慶五橫線陳家閣立交工程為例，以道路交通工程設(shè)計(jì)BIM系統(tǒng)軟件為基礎(chǔ)，探索了BIM技術(shù)在互通式立交正向設(shè)計(jì)中的應(yīng)用并拓寬了BIM技術(shù)在道路基礎(chǔ)設(shè)施工程中的應(yīng)用價(jià)值，為未來類似立交工程設(shè)計(jì)提供借鑒。

1工程概況

陳家閣立交為半定向半苜蓿葉樞紐立交，解決重慶市快速路五橫線與三縱線的交通轉(zhuǎn)換，連接白居寺長(zhǎng)江大橋與魚洞長(zhǎng)江大橋，是重慶市南北與東西主發(fā)展軸相交點(diǎn)上的重要立交之一。

立交主線中壩路長(zhǎng)1.2公里，西城大道長(zhǎng)800米，道路設(shè)計(jì)行車速度為60Km/h，包含現(xiàn)狀北引道主線橋梁1座，匝道橋2座，匝道總長(zhǎng)度4.06公里，人行天橋2座，人行通道4座，項(xiàng)目整體效果如圖1。

2工程特點(diǎn)與難點(diǎn)

2.1位于兩條軌道交通保護(hù)區(qū)內(nèi)

陳家閣立交位于已運(yùn)營(yíng)的軌道二號(hào)線劉家壩至白居寺高架區(qū)間、規(guī)劃軌道18號(hào)線伏牛溪至茄子溪站地下區(qū)間隧道保護(hù)范圍內(nèi)，與軌道白居寺?lián)Q乘車站交通關(guān)系密切。特別是對(duì)于運(yùn)營(yíng)的2號(hào)線，立交實(shí)施時(shí)會(huì)對(duì)現(xiàn)狀軌道周邊區(qū)域進(jìn)行開挖7至8米，距離橋墩最小平面距離不足兩米，在保障軌道交通安全運(yùn)營(yíng)下進(jìn)行立交施工難度大。

2.2既有管線復(fù)雜

根據(jù)收集到的地下管線圖，結(jié)合物探技術(shù)，對(duì)立交紅線范圍內(nèi)的地下管線進(jìn)行探查，中壩路與三縱線大量既有市政管線，包括給水管道、排水管道、電力電纜、燃?xì)夤艿?、路燈電纜等，在立交設(shè)計(jì)過程中需盡量避讓，減少改遷。

2.3用地條件緊張

立交緊臨陳家閣水庫，水庫位于西南象限，距立交匝道最小距離為4m，并且水庫與兩條道路之間，建有一條長(zhǎng)480m，斷面尺寸3m*3.5m和110Kv電纜隧道，致使立交用地條件非常緊張。同時(shí)陳家閣立交東北側(cè)靠近既有綠地集團(tuán)小區(qū)、竹園小區(qū)等建筑物，特別是綠地小區(qū)，距離立交匝道水平僅為5米，高差約15m，在保障小區(qū)建筑安全的情況下進(jìn)行邊坡開挖，采用合理的防護(hù)形式尤為重要。

3 BIM技術(shù)應(yīng)用

3.1組織結(jié)構(gòu)

為保證BIM技術(shù)的順利實(shí)施，確定了以項(xiàng)目經(jīng)理為核心，各主要專業(yè)總工把控，項(xiàng)目組全員參與的“一核心，多節(jié)點(diǎn)”統(tǒng)籌協(xié)調(diào)的組織結(jié)構(gòu)，具體如圖2。

3.2技術(shù)路線

本工程運(yùn)用土木行業(yè)Autodesk公司的多款主流BIM軟件，包括Civil 3d、Infraworks、Revit、Dynamo、AutoCAD、Raster Design等^[3]，配合部分國(guó)內(nèi)外專業(yè)軟件開展設(shè)計(jì)。

首先通過Civil 3D快速處理地形，并利用鴻業(yè)路易一鍵實(shí)現(xiàn)地形影象下載、拼接和對(duì)位;將處理好的地形導(dǎo)入Infraworks，并利用Infraworks快速完成既有管線建模工作;利用Revit對(duì)軌道交通線、站、橋建模，并導(dǎo)入至Infraworks中;確定立交功能，并在AutoCAD中勾畫道路、立交平面草圖;立交平面草圖導(dǎo)入Infraworks，進(jìn)行道路、立交方案三維可視化交互設(shè)計(jì);設(shè)計(jì)方案?jìng)骰谻ivil 3D，完成道路初步設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)出圖;結(jié)合道路設(shè)計(jì)成果，利用Civil 3D完成排水管網(wǎng)設(shè)計(jì)并出圖。根據(jù)管線表生成Revit模型，進(jìn)行管線綜合設(shè)計(jì);設(shè)計(jì)方案導(dǎo)入Revit完成橋梁設(shè)計(jì);利用Revit進(jìn)行天橋設(shè)施、標(biāo)志牌等附屬工程設(shè)計(jì);所有模型導(dǎo)入Infraworks整合，進(jìn)行檢查與展示^[4]。

3.3 BIM技術(shù)應(yīng)用

在路、橋BIM正向設(shè)計(jì)探索過程中，努力向周拓展，力求在利用BIM模型與信息，解決工程設(shè)計(jì)中各個(gè)難題的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)更多的BIM應(yīng)用與附加價(jià)值。

3.3.1三維地質(zhì)快速提取

運(yùn)用自主研發(fā)地調(diào)大師軟件，勘測(cè)數(shù)據(jù)信息實(shí)現(xiàn)同步云存儲(chǔ)。通過調(diào)用云端數(shù)據(jù)，利用地質(zhì)軟件，快速生成三維鉆孔和地質(zhì)模型。專業(yè)的人機(jī)交互地層劃分，使得地層更準(zhǔn)確、界面更清晰，生成的地質(zhì)模型可直接輸出成Autodesk平臺(tái)dwg、dxf等格式，可導(dǎo)入Autodesk任意一款軟件應(yīng)用，極大的提高了數(shù)據(jù)管理與使用效率，地質(zhì)可視化模型如圖3。

3.3.2軌道交通線、站、橋、地下管網(wǎng)避讓

陳家閣立交的實(shí)施將受到周邊已運(yùn)營(yíng)軌道線、復(fù)雜的現(xiàn)狀地下管線等因素影響，大量限制性因素的綜合考慮成為設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)^[5]。根據(jù)已建立的完整的BIM軌道線、站、橋及管網(wǎng)模型，利用軟件中的數(shù)據(jù)信息處理工具，將各專業(yè)模型導(dǎo)入合并，對(duì)結(jié)構(gòu)物、市政管網(wǎng)模型進(jìn)行虛擬設(shè)計(jì)與碰撞檢查。問題暴露于工程實(shí)施之前，適時(shí)可視化調(diào)整立交線形，避讓軌道橋墩;可視化調(diào)整人行道寬度，適應(yīng)軌道車站出入口等，通過三維可視化方案設(shè)計(jì)，減少了專業(yè)間協(xié)調(diào)與返工工作量，節(jié)約設(shè)計(jì)周期約2周，并且大大提高方案質(zhì)量，軌道線與管線結(jié)構(gòu)碰撞如圖4。

3.3.3輔助軌道橋墩受力分析

利用Autodesk強(qiáng)大的模型格式轉(zhuǎn)換功能，將revit模型直接導(dǎo)入到Midas中，進(jìn)行網(wǎng)格劃分和軌道橋梁偏壓、偏載情況受力計(jì)算。該方法減少計(jì)算建模時(shí)間70%以上，同時(shí)大大提高了模型精度，保證軌道交通運(yùn)營(yíng)安全。

3.3.4避讓小區(qū)方案設(shè)計(jì)

立交實(shí)施范圍周邊緊鄰小區(qū)，開發(fā)利用受限。為保證小區(qū)安全，合理利用土地，通過實(shí)景和模擬放坡，找出最需要設(shè)計(jì)擋墻的位置，節(jié)約了土地資源。結(jié)合地質(zhì)情況，確定擋墻高度、形式，利用三維地質(zhì)精確設(shè)計(jì)每個(gè)樁和長(zhǎng)度。在三維環(huán)境下，可以直觀的查看邊坡防護(hù)設(shè)置的合理性，并進(jìn)行可視化的調(diào)整修改，確定樁板擋墻形式后，結(jié)合三維地質(zhì)確定樁長(zhǎng)，以最經(jīng)濟(jì)合理的方案確保立交和小區(qū)的雙重安全，小區(qū)邊坡可視化設(shè)計(jì)如圖5。

3.3.5交通組織虛擬演示

基于BIM數(shù)據(jù)，結(jié)合創(chuàng)建三維標(biāo)志標(biāo)牌參數(shù)化族庫，只需簡(jiǎn)單參數(shù)修改，將以往二維圖中的標(biāo)志標(biāo)牌位置設(shè)計(jì)工作轉(zhuǎn)到infraworks三維模型，便能使得標(biāo)志標(biāo)牌展現(xiàn)在設(shè)計(jì)成果中，使設(shè)計(jì)變得直觀、具體，合理性一目了然。再通過方案模型導(dǎo)入VR模擬軟件，在計(jì)算機(jī)數(shù)字化環(huán)境中建立一個(gè)多源信息融合和交互式的三維動(dòng)態(tài)視景的仿真世界，選擇大型車輛對(duì)道路運(yùn)營(yíng)條件進(jìn)行核查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)方案設(shè)計(jì)中存在的問題，并驗(yàn)證以設(shè)計(jì)速度、運(yùn)行速度行駛時(shí)的安全性與舒適性^[6]。同時(shí)模擬可能存在超速的情況，為超速留出一定余量，提高道路運(yùn)營(yíng)安全性，交通組織虛擬演示如圖6。

4 結(jié)語

（1）通過本項(xiàng)目BIM正向設(shè)計(jì)開展，已探索并實(shí)踐出一條切實(shí)可行、高效快捷、適合路橋BIM正向設(shè)計(jì)技術(shù)路線，且能讓BIM在路橋?qū)I(yè)設(shè)計(jì)中的價(jià)值得以最大化體現(xiàn)。因此，該技術(shù)路線是一條值得推廣應(yīng)用的技術(shù)路線。

（2）通過積累的大量道路、橋梁BIM設(shè)計(jì)資源庫，包括參數(shù)化標(biāo)志標(biāo)牌、參數(shù)化橋梁墩柱與上部結(jié)構(gòu)、Civil3D出圖樣板、Infraworks標(biāo)線材質(zhì)等大量資源，為深入推進(jìn)路、橋BIM正向設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

（3）工程項(xiàng)目結(jié)構(gòu)物的位置描述不再是平面圖加文字形式，三維模形使得設(shè)計(jì)物與結(jié)構(gòu)物相對(duì)位置關(guān)系更加清晰，使得審查工作迅速推進(jìn)，極大節(jié)約設(shè)計(jì)周期。

參考文獻(xiàn)

[1]賈世杰，徐結(jié)明.BIM技術(shù)在全互通立交橋建設(shè)中的應(yīng)用[J].科技與創(chuàng)新，2018（24）：37-39+42.

[2]鄭萬成.BIM技術(shù)在互通立交橋建設(shè)中的應(yīng)用分析[J].黑龍江交通科技，2019，42（12）：125-126.

[3]葉錦華，賈惠文，王利偉，曹艷輝，張星鈺，李輝.BIM技術(shù)在北京新機(jī)場(chǎng)高速3標(biāo)中的應(yīng)用研究[J].土木建筑工程信息技術(shù)，2020，12（04）：77-84.

[4]黃亞棟，劉闊，郭雨鑫.基于公路工程設(shè)計(jì)BIM系統(tǒng)的高速公路正向設(shè)計(jì)[J].交通科技，2020（06）：65-67+78.

[5]王鵬飛. 基于EICAD的互通立交線形設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)交互研究[D].大連海事大學(xué)，2020.

[6]賈勝?gòu)?qiáng). 基于BIM技術(shù)的市政交通設(shè)計(jì)及應(yīng)用研究[D].浙江大學(xué)，2020.