城市互通式立交桥梁概念设计BIM应用研究

2017-04-11胡哲卿

四川水泥 2017年2期

关键词：互通式横断面线形

胡哲卿

（1同济大学上海 200092 2天津市市政工程设计研究院天津 300191）

城市互通式立交桥梁概念设计BIM应用研究

胡哲卿1,2

（1同济大学上海 200092 2天津市市政工程设计研究院天津 300191）

本文介绍了某市立交桥梁工程方案阶段概念设计的BIM可视化应用，阐述了互通式立交桥梁BIM设计的一般流程与主要BIM应用点，如地模制作、路线设计、可视化应用等，为市政行业BIM应用提供了相关参考。

BIM；互通式立交；可视化

0 前言

建筑信息模型（BIM）是以三维图形为主的电脑辅助设计，是用数字化模型来表示建造物的构件，它可以让项目各参与方通过模拟项目的各阶段，实现全生命周期内效率与质量的提高，减少错误的发生。桥梁工程在市政行业所占比重大，所以开展桥梁工程中的BIM应用研究的意义十分重要。

1 工程概况

某市立交桥梁工程的建设拉近了中心城区与高新区，加快了二者的融合。完善规划路网，提升道路等级的一条快速通道。项目总投资19亿元。道路长度8.5公里，其中快速路8.5公里，主干路0.4公里，期间共设置桥梁3座。本次BIM应用采用Bentley软件对其中一处互通式立交部分进行设计。

2 总体应用流程

该工程为八匝道互通式立交工程，桥梁上部结构为现浇箱梁结构，下部结构为圆形墩柱接承台与桩基础，总建模面积 33万平米。桥梁结构建模面积约 18.5万平米。

BIM设计首先要进行地模制作。再根据现状查勘环境建立关键节点，如拆迁房屋，相接顺桥梁，下穿道路等。最后将航拍图片与地模结合形成较真实的地形环境。

使用PowerCivil软件进行桥梁建模设计，通过纵断编辑器可以将平曲线与纵断线型结合生成直观的三维桥梁中线，可直接查询桩号、高程、坡度等信息。利用横断面编辑器将横断面模板深化设计，可添加横断面布设、横坡度、宽度、结构使用材料等相关信息。将创建的横断面模板附于道路线形中，形成完整的三维立交桥梁模型。

最后将模型通过专业软件渲染后，可以实现效果图与实景漫游动画，便于方案汇报与比选。确定好方案后，使用BridgeMaster软件进行常规现浇箱梁设计，通过设置桥梁结构基本参数，自动生成上部、下部结构与附属图纸与模型，生成的模型可以实现 PowerCivil软件的互导。桥梁结构的钢筋模型需要配合 ProConcrete与ProStructures软件实现。

3 BIM应用特点

3.1 地模制作

在地模制作中，可将实地勘测获得的地形数据导入PowerCivil建模软件，搭建数字地理模型，形成三角网地模，最终优化为曲面地形。在方案阶段就可以进行拆迁房屋的精细化比选。比较传统的二维平面，可以快速得知所需点位的高程，不会因为采集高程点位不够而带来设计精度不足的问题。

通过真实的地形模型可以还原项目周边环境，模拟石德铁路与立交匝道、辅道车辆下穿通过，展现斜拉桥与立交相对位置关系等。将现状周边环境与新建三环立交放在同一模型中，从而选择出线形平顺美观、市民出行方便的最优方案。

3.2 路线设计

传统的路线设计是通过“平面线形”和“纵断面线形”表达出来。需要用桩号分别查询平面与纵断面信息，然后组合。图面复杂繁乱，不够直观。BIM设计将平面线形和纵断面线形叠合成为三维道路线形，可从中直接查询桩号、高程、坡度等信息。同时可以从三维道路线形中提取每条路线的纵断面线，从而作出修改或查询相关信息，并实现统一修改。

BIM横断面模板将二维横断面图、路面结构图、路基处理图融合，可从模型中查询横断面布设情况、横坡度、道路宽度、每层结构使用材料等相关信息。创建的横断面模板激活到道路线形中，形成集二维平面图、纵断面图、横断面图、路面结构图、路基处理图于同一模型。在立交分、合流处有时匝道与主线存在高差无法顺接，这在二维设计中是很难发现的，使用PowerCivil软件在模型阶就可以调节此处路面高程，对设计加以完善，避免了施工错误。

通过BIM数据库可以实现任一阶段上工程基础信息的快速获取，快速计算每个组件的工程量，提升施工预算的精度与效率，有效提高施工管理效率。

3.3 可视化应用

立交设计图纸是将各个构件的信息在图纸上的线条表达，但是由于空间、结构体系的复杂性，同时二维图纸很难确定主线、匝道以及辅道各个流向之间的互通关系。采用BIM技术逐渐实现互通立交设计的可视化，使得以往的线条构件变为三维的立体实物图形展示在人们的面前。BIM可视化能够使构件之间形成互动与反馈性，贯穿了项目的整个生命周期。

使用BIM模型可清晰直观地展现道路建成后交通标线情况与主线匝道之间的空间层次及桥墩分布情况清晰分明。也可以从不同角度不同方位模拟车辆通过，进行墩柱外观选型等等。

BIM信息模型在整个设计过程都是可视化的，所以，可视化的结果不仅可以用来类似效果图的展示及汇报材料的生成，更重要的是项目设计、建造过程中的沟通、讨论、决策都在直观的状态下进行。利用BIM的三维技术可以进行碰撞检查、净空检测，从而优化设计，精确控制净高，大大减少在施工阶段返工和存在错误损失的可能性。

3.4 海绵城市技术应用

在这个项目中我们也首次将海绵城市的设计理念通过BIM 技术表达出来，同时应用Infoworks软件对排水效果进行验证，使方案得以顺利通过。项目的整套排水系统由低影响开发设施和传统市政管线共同组成，最大限度发挥绿地调蓄及土壤下渗作用的同时，也可以在大雨暴雨时路面无积水，保证排水安全。路面取消传统雨水收水井，雨水通过过水侧石进入下凹式绿化带调蓄。当水位到达溢流高度时则通过溢流口进入下渗式收水井。

结合该市土质及地下水位分析，雨水进入溢流井后通过盲管及井底的渗孔可直接进入地下，如雨量过大则通过收水支管溢流进入市政雨水管道，这样保证了排水安全。

3.5 BIM-4D、5D模拟

4D进度模拟：可以使参与方从模型中很快地了解投标单位对工程施工组织的编排情况、主要的施工方法、总体计划等，从而对投标单位的施工经验和实力做出初步评估。

5D造价控制：提供按照流水段、进度计划、时间、构件等丰富的物资量统计功能，并提供施工常用物资需用计划表，为物资采购、限额领料提供准确数据支撑。

在项目的后续应用中，我们将加入Revit软件，广联达软件。配合Bentley软件i-model模型综合应用BIM-4D、5D等技术，创建多维度的信息模型。继续研究项目多参与方、多层次的协同管理技术、深化BIM应用功能。实现该工程从决策到后期运维的全生命周期的集成、动态和可视化管理。