BIM技术在地下交通通道中的应用——以济南市顺河高架南延地下交通通道为例

1.工程概况

1.1 项目简介

济南市顺河高架路穿越主城中心区，是快速路网规划“三横五纵”系统中的重要部分。顺河高架南延快速路建成后，将与二环南路、北园大街、二环东路、二环西路构成快速路路网骨架，共同组成主城区的快速机动车走廊。

顺河高架南延快速路的建设将有效提升周边地区的社会、经济发展环境，方便了主城区南部居住区的居民出行。本项目建成后，将拉近济南南北距离，带动济南市的旅游、商务、会展、房地产等产业发展。以快速路为纽带，西部城区、主城区、东部城区、滨河新区与南部景观区将更紧密的连接为一体。

图1 顺河高架南延工程位置示意图

济南市顺河高架南延建设工程北起玉函立交，南至二环南路英雄山路立交，全长约5.16公里。顺河快速路南延主线采用隧道和高架桥结合方式，从玉函立交直接下穿地下交通通道，到七里山南口地下交通通道穿出地面，高架部分从七里山南口向南与二环南立交相接。

1.2 BIM技术应用特点和难点

顺河高架南延工程中地下通道沿线环境复杂，涉及到道路、高架、管线等专业，协调难度大，常规设计手段难以表达清楚设计意图。

BIM技术的难点在于地下通道本身的设计难度和BIM技术自身的难度两方面。BIM应用难点主要有：（1）建设条件复杂，地面地下环境复杂；（2）缺少地下通道项目BIM解决案例；（3）各类地下管线较多，专业间协调复杂。

（4）Revit建模软件套包内没有地下通道模块，在处理地下通道出入口与地面道路相接处，横坡度相反的过渡段无法准确的连接。

（5）在道路设计方面，使用Civil 3D的道路设计模块，通过装配的改变以及偏移功能，进行道路建模。由于道路横断形式较多，变化复杂，使用Civil 3D的传统操作进行装配时工作量大。

（6）在细节方面，如绿化带的开始与结尾处，绿化带不能按实际设计标准表现出来，而且模型精度达不到要求。

图2 现状管线展示

图3 地下通道出入口与地面道路横坡相反

图4 道路横断装配表

图5 绿化带开始处展示

（7）三维设计过程中，由于地下通道、道路、管线组合模型较大，对计算机的要求较高。

（8）由于甲方、设计方、施工方对BIM技术了解还不够，对于BIM技术的认可度相对较低，不能很好的发掘BIM技术的真正价值。

2.BIM组织及应用环境

2.1 BIM应用目标

（1）地下通道、道路、高架组合结构复杂。通过三维设计模型，可以检查地下通道、道路、管线各构件之间相互关系，验证施工时的可操作性，而且将设计方案精确地呈现给甲方，方便更好的进行决策。

（2）进行revit构件库的建设，提高设计人员的效率。

（3）形成可以指导其他类似项目的BIM标准。

2.2 实施应用点

（1）基于道路曲线的地下通道创新建模方法；（2）高架桥与地下通道的方案比选；（3）revit构件库开发与应用；（4）地下管线、构筑物设施的碰撞检查；（5）地下通道的填挖土方量统计；（6）三维场景虚拟漫游。

2.3 实施方案

通过本工程的BIM实施，建立一套适用于地下通道项目全过程的BIM设计解决方案。

使用Civil 3D处理物探数据，生成实际的地形曲面，然后将该区域的卫星图覆盖到曲面上展示地形效果。使用ArcGIS批量生成现状的管线以及现状建筑；地下通道、道路、管线使用Civil 3D进行建模，然后导入到Revit中，最终在revit中完善模型。

2.4 应用措施

图6 地下通道与道路高架间关系展示

依据BIM的建模流程制定合理协同模式及工作流程；根据工程需求，确定项目的工作内容、深度、进度安排。根据设计内容进行专业拆分，交给设计人员进行专业设计。

2.5 软硬件环境

BIM软件对于计算机的硬件要求较高，至少使用8核CPU，16GB内存，64位系统，独立显卡1G缓存，最好有一台服务器，以便于运行大型项目。

通过前期的调研、咨询与学习，本项目使用Autodesk平台的几款核心软件进行BIM设计，主要使用的软件有Infraworks、Civil 3D、Revit、Navisworks、ArcGIS软件。

3.BIM应用

3.1 BIM建模

建模涵盖地下通道，两端高架桥梁、地下通道周边的地形、建（构）筑物、道路、地下管线等设计内容。

3.2 BIM应用情况

使用Civil 3D软件，根据所给的CAD物探图中的等高线、高程数据点、河流及湖泊位置快速、精确建立数字地面曲面模型。

绘制地下通道的中心线和纵断面，添加地下通道偏移，然后装配地下通道、道路及桥梁模型。

由于地下通道中心线都是空间曲线，而且设计道路宽度频繁变化、匝道曲面过渡困难、高程依靠桩号等，使得Revit等建模工具难以完成地下通道结构的设计，通过探索，我们将Civil3D和Revit功能进行结合解决了这一建模难题。

在项目前期，专家一般关心线形走向和设计规范参数，业主则关心占地面积、拆迁和工程造价，而公众更关心环境问题，利用BIM进行不同方案的比较，BIM技术完整地展示了方案的技术特点，可以更容易地被专家、甲方和公众理解，解决了专业人士与非专业人士的沟通问题，提高了方案决策的科学性。

4.运用效果

（1）通过BIM技术完整建立地下通道的周边地面和地下环境，减少传统二维设计中产生的设计变更问题。

（2）实现在Autodesk平台上的协同。

（3）能够将设计成果用真实的三维展示出来。

（4）通过三维的碰撞检测将设计上的失误提前检测出来，提高设计质量。

（5）地下通道、道路、管线一体化设计，统筹考虑相互之间的位置关系。

（6）实现了地下通道标准段的构件的参数化，将加快今后类似工程的设计速度。

（7）可视化的方案展示，更容易被专家、业主和公众理解，从而提高了方案决策的科学性。

5.总结

5.1 创新点

本项目进行了不少技术手段的创新，有力地提升了BIM项目设计的质量和速度；地下通道、道路、管线基于坐标、平纵曲线、桩号在BIM中准确定位；实现地下通道标准段的参数化；BIM分析优化设计方案；解决了地下通道、道路、管线在同一平台的协同设计问题；解决了地下通道横断变宽的过渡问题；解决了地下通道出入口与主干道路衔接问题；实现现状建筑、现状管线批量、快速建模；打通多软件之间的数据传递。

5.2 经验教训

本项目构件多且体量较大，项目前期未能做出更加合理的分级与规划，导致计算机运算负担过大，造成工作效率缓慢等影响。

目前国内还没有建立起BIM模型的检查标准以及规范，亦没有检查模型的有效软件工具和方法，既缺乏准确有效的模型检查手段，又缺少可以遵循的模型检查标准。现在主要的审查方式仍是人工审查，即人工对模型的几何及非几何信息进行判断、确认，检查中出现的错误、遗漏和工作效率低等问题难以避免。

模型库（族库、构件库等）不够完善，在建立构件级模型文件的工作上消耗了大量时间精力，例如针对项目的专项构件或特殊构件需要重新创建，以及复杂的结构构件不宜建立模板等。这些都需要在以后的BIM工作中改进。