BIM在道路提升改造工程设计中的应用

李昆冈，程生平，李 瑛

（中国市政工程西北设计研究院有限公司，甘肃 兰州 730000）

0 引言

随着城镇化建设进程的推进，城市内外部交通量的急剧增加，现有道路基础设施的服务能力已经不能满足日益增长的交通需求。新增道路基础设施和提升现有道路基础设施的服务能力，是缓解交通问题的有效途径。

传统的二维设计图纸表述相对抽象和模糊，对于道路桥梁构筑物与周围地形地物的关系难以完整展示；设计中单一专业的修改导致多个关联专业重复修改。BIM以建筑工程项目的各项相关信息数据为基础，建立建筑模型，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息，基于BIM的协同设计，有效改善了这一问题，并通过模型信息的及时共享和无损传递，各专业同步参与。

本文结合BIM协同设计在某道路提升改造中的应用，对BIM实施全过程进行了详细论述，并针对提升改造工程自身的特点进行了进一步研究。

1 BIM设计概述

本次设计G310天水段全长约13.80 km。现状为高速公路，设计车速80km/h，路基宽24.5m，双向4车道，始建于1994年7月，是G310的主要路段。

1.1 工程概况

（1）建设规模

结合现状道路的特点及提升改造的目标，确定建设规模（见表1）。

表1 建设规模

其中：K6+320～K7+580段由地下道路及地面辅道构成;地下道路红线宽度28 m，长1.60 km。

（2）边界条件

G310天水段现状为高速公路，整体位于藉河南岸。本次提升改造设计现状制约因素多，主要有道路、桥梁、上跨下穿构造物、藉河河堤及道路沿线建筑物等。

1.2 BIM设计内容及应用点

（1）BIM设计内容

该项目BIM主要内容包括道路工程、交通工程、桥涵工程及照明工程。

（2）BIM技术应用点

结合项目特点，最大发挥BIM技术在方案设计中的作用，明确以下重点应用点：

a.方案设计三维模型建立；

b.完成现状限制因素校验；

c.实现多种BIM软件的融合应用；

d.通过BIM模型完成运行速度检测、视距检验等安全性评价。

1.3 BIM应用技术标准

BIM应用阶段：方案设计。

模型单元技术标准：模型精细度LOD2.0；几何表达精度G2、G3。

通过BIM软件实现方案的正向设计，建立现状地形模型，在此地形模型基础上完成各专业主体模型，以设计方案与现状、建设目标的匹配度为依据调整优化专业三维模型，进而得到最终方案设计模型。

1.4 BIM软件平台

本次BIM设计主要采用Bentley及纬地系列软件，实现了不同BIM平台软件的融合使用。BIM设计软件见表2。

表2 BIM设计软件

2 BIM实施过程

2.1 BIM设计指导书

依据行业标准及指南完成《BIM设计指导书》（项目级），结合应用需求及建设规模明确BIM设计应用点、思路目标、工作流程、模型技术标准等。

2.2 BIM设计流程

以《BIM设计指导书》为原则，确定整体建模流程，明确采用基于网络服务器的文件协同管理模式，指导设计人员建模及协同操作。BIM设计流程见图1。

图1 BIM设计流程

2.3 三维模型组织管理

从便于BIM模型建立及组织管理、有效实现方案设计可视化、数据互用性、提高工程量计算的准确性以及方便实现多领域协作的角度出发，结合该项目提升改造方案设计、城市规划及路段的特点，对三维模型进行分专业、分标段管理。模型标段划分见表3。

为便于管理，对三维模型、模板库及构件库的命名规则进行统一规定。命名规则见表4。

3 BIM设计

3.1 现状模型建立

以现状地形、建（构）筑物等基础资料为依据，按照信息深度等级N2、几何表达精度G2的标准创建可视化的现状三维模型，准确表达场地的地形、勘察及场地特征等信息，为设计模型建立提供基础。

表3 模型标段划分

表4 命名规则

3.2 模板、构件库建立

项目模板、构件库的建立是三维模型创建的基础，也是核心工作。模板信息的完整程度直接决定三维模型的信息深度；模板之间及模板组件之间的约束关系优劣，直接决定建模的工作效率及模型信息能否高效传递；参数化程度的高低决定了模板移植复用性的便利程度。

（1）模板库

该项目现状为公路，北侧濒临河道，南侧为待开发利用土地。其市政化改造过程中，必须考虑河堤、道路、场地、景观、交通功能等因素，因此在道路横断面模板创建过程中，综合考虑制约因素及技术标准，依此创建的模板中的路面结构等信息可直接被提取完成最终的工程量统计。道路标准段横断面模板见图2。

图2 道路标准段横断面模板

（2）参数化构（组）件库

桥涵、照明、交通专业中的桥墩、桥台、承台、桩基、路灯、交通标志等诸多构件有几何信息不同、非几何信息相同的特点，依此特点分类创建参数化的构件库。各类只需创建一个构件，其余不同尺寸的构件只需修改几何参数即可得到。参数化为构件的复用性和可移植性提供了保障。

3.3 设计模型建立

本次设计模型建立主要采用Bentley系列软件，各专业模型精细度为LOD2.0。

以现状模型和方案基本资料为基础，根据前期划分的模型标段，在协同环境下，首先路线专业分标段建立路线设计模型，将路线初步设计模型与现状、规划等模型集成，对路线走向、空间占位、路线平纵面进行可视化分析，进行道路选线的合理性评价，经模型优化完成最终路线模型。桥涵、照明等专业以现状模型、路线模型、参数化的模板、构件库为条件，快速完成各专业模型，通过模型协调整合完成总装模型（见图3）。

图3 总装模型

3.4 建筑限界校验

通过对总装模型的立交段、地下道路段等控制节点的碰撞检查，对建筑限界不满足规范要求的模型段落进行修改，使得控制节点的建筑限界满足规范要求。建筑限界校验见图4。

图4 建筑限界校验

3.5 安全性评价

由于该项目为公路市政化改造项目，现状公路设计修建时间早，技术指标偏低，加之市政化改造过程中受场地等因素的制约，需要对运行速度及视距进行检验。

将Bentley软件创建的三维模型导入纬地交通与安全工程BIM设计系统中，完成运行速度验证及视距检验，根据检验结果对效果不佳路段的三维模型进行优化调整。运行速度及视距验算模型见图5。

图5 运行速度及视距验算模型

4 结 语

BIM作为一个全新的理念，涉及一个工程项目全寿命周期，从规划、设计、理论、管理到施工维护技术一系列的创新，BIM的应用带来了工程行业的第二次革命。本次通过G310天水段提升改造工程BIM方案设计，对BIM正向设计内流程、技术标准，道路设计可视化，多领域协作，多平台软件融合应用，现状限制因素验证（建筑限界碰撞检查），参数化模板（构件）库创建，出图、工程量计算等进行了系统研究，建立设计方案三维模型，通过三维模型进行方案的技术合理性及运行安全性的论证，完成最终设计方案，可供类似工程参考借鉴。