城市快速路改造工程BIM技术应用研究

丁健华 张方晴

(中设设计集团股份有限公司 南京 210014)

城市快速路作为城市交通的重要组成部分，对于缓解城市交通压力，促进城市经济发展具有重要作用。但由于城市快速路项目多为改造项目，受周边环境影响较大，传统的设计手段已很难满足复杂的设计需求。2017年，交通运输部办公厅发布《关于推进公路水运工程BIM技术应用的指导意见》(交办公路[2017]205号)，提出了公路水运工程BIM技术应用的发展目标，促使BIM技术在交通行业的应用深度、广度快速提升。本文即以徐韩公路快速化改造工程项目为例，对BIM技术在城市快速路改造项目中的应用进行研究。

1 工程简介

1.1 项目概况

徐韩公路快速化改造工程位于徐州市东北部鼓楼区、铜山区及徐州市经济技术开发区。项目道路分为徐韩公路和金港路两段，其中徐韩公路段起点位于秦洪立交(三环北路与三环东路交叉)，沿现状G310向北至京台高速，全长约3.556 km，金港路段西起秦洪立交，东至锦绣路，全长约2.46 km。设计中主线采用城市快速路标准，设计车速100 km/h,辅路采用城市主干路兼一级公路标准，设计车速60 km/h，设计内容主要包括秦洪互通立交桥(见图1)、徐韩公路高架桥、徐州北互通立交桥、金港路高架桥。

图1 秦洪互通立交桥

1.2 项目特点

徐韩公路快速化改造工程为改造项目，沿线条件十分复杂，主要表现为以下几点。

1) 沿线经过住宅区、工厂区、铁路区等，其中，徐韩公路沿线主要以农业用地、居住用地及工业用地为主，金港路沿线主要以工业用地为主。

2) 沿线相交道路多。徐韩公路共有相交道路14条，另外徐韩公路与京杭大运河相交，现状下穿郑徐客专，北侧紧邻京沪铁路(见图2)；金港路共有相交道路3条。

图2 徐韩公路沿线情况

3) 现状管线条件复杂。徐韩公路现状设有埋地国防光缆、架空杆线、路灯管线等；金港路现状设有雨污水管线、路灯管线、给水管线、埋地弱电、电力管线、国防光缆、架空220 kV、10 kV电力铁塔及弱电信号塔。

4) 地质条件复杂。根据沿线地质调查，徐韩高架及徐州北互通存在岩溶发育区，岩溶发育程度为强发育，岩溶多以溶(隙)洞为主，见图3。

图3 沿线地质情况

2 传统设计方案的不足

基于以上项目特点，徐韩公路快速化改造工程在设计中存在诸多难点，传统的设计方法面对复杂城市快速路改造项目时，已难以满足设计需求，主要体现在验证设计成果的合理性、复杂节点设计等方面，具体情况[1]如下。

2.1 路线设计的合理性无法验证

由于项目沿线条件复杂，设计中需考虑各种因素，导致路线设计线型复杂。在复杂项目传统路线设计过程中，平纵曲线往往分开设计，因此经常会出现平面线形设计很好，纵曲线也符合规范要求，但平纵曲线结合后出现不利点的情况。在这种情况下，就需要借助BIM技术，以三维的形式设计或者进行路线验证，以达到设计最优的目标，同时通过模拟驾驶，体验真实的驾驶感受。

2.2 红线核查效率和准确性低

传统设计在进行红线核查时，对桥梁上部构件、人行道外边线与红线之间的距离，通常是以关键点核查的方式，对可能超出红线的位置进行测定，通常一个项目需要核查几百个关键点，不仅工作繁琐，还容易出现错漏。为提高核查的效率和准确性，需要借助新手段来进行核查工作。

2.3 新旧交接处设计难度大

项目沿线与既有路、桥交接较多，且现状存在多种管线，因此在设计的过程中，经常会存在新旧交接的设计，如与既有路、桥的交接设计，与现状管线的交接设计等，但是由于测量数据存在一定的误差，通常采用设计预留、施工现场调节的方式，但这种方式具有较高的不确定性，因此需要新的技术手段来进行精细化设计。

2.4 复杂地质区的设计优化

该项目存在串珠型溶洞，对设计施工产生不利的影响。传统的设计多以剖面形式反映地质情况，较难立体直观地反映溶洞的真实样貌，影响设计与施工的效率。因此在复杂地质路段，需采用三维的设计方法进行快速设计，同时为施工提供技术支持。

3 BIM技术应用方法

根据项目的特点和传统设计中存在的问题，借助BIM、GIS等新技术手段的应用，同时通过工程实践，对城市快速路改造项目BIM技术应用方法进行总结。

3.1 基于BIM+GIS技术的路桥设计

通过建立倾斜摄影模型，在三维空间环境下测定桥梁上部结构、人行道外边线与周边环境、现有建筑、用地红线之间的位置关系(见图4)，对超出红线的位置进行方案优化[2]。同时通过将BIM设计模型与现状模型融合，对新旧交接处道路、桥梁进行设计验证，并模拟真实的驾驶感受[3]，确保设计方案的精确性，见图5。

图4 基于BIM+GIS的项目控制线核查

图5 基于BIM+GIS的新旧工程衔接设计

基于以上设计方法，通过BIM+GIS的融合应用，为城市快速路改造项目的方案比选、方案优化提供了有力的技术支撑。

3.2 复杂地质的三维设计

由于项目沿线地质包含溶洞，对设计施工极为不利，而采用BIM技术建立三维地质模型可实现地层三维可视化，并且可以查询地层信息。项目通过建立高架桥梁段三维地质模型(见图6)，实现溶洞可视化，直观了解到该段溶洞多为串珠型溶洞。利用BIM模型采用平面与剖面结合的设计方法[4](见图7)，可以提升效率。

图7 三维地质剖切面

图6 三维地质模型拆分地层

同时借助BIM模型对施工进行交底，建议施工时对溶洞进行处理，找到稳定的中风化灰岩持力层，后期勘察结合地质雷达、高密度电法等手段，进一步探查施工区的溶洞分布范围。

3.3 管线BIM设计方法

改造项目管线设计需重点考虑已有管线的分布情况，因此在设计中应做好管线的避让和高程交接，同时还应注意与路桥等主体结构的关系，避免发生碰撞。本项目在设计中通过建立现状与设计管线的BIM模型，在设计的过程中进行管线之间、管线与主体之间的各项核查工作，对管线高出路面的部分进行改迁(见图8)，管线与主体碰撞的部分进行调整(见图9)，为后期节省了大量变更工作量。

图8 管线突出路面的部分

图9 管线与主体碰撞的部分

4 结语

本文结合徐韩公路快速化改造工程项目，通过对城市快速路改造的特点进行总结，探索了一套BIM技术在城市快速路改造设计中的应用方法。①通过BIM+GIS技术的应用，在三维环境下对红线进行核查、新旧交接处进行设计等，从而优化设计方案；②建立地质模型，对复杂地质情况进行分析并设计，从而实现精细化设计；③对管线与主体结构进行核查，发现设计中的错误并及时解决，提升设计的质量。

BIM技术作为设计的新工具，只有与设计深度融合，充分发掘传统设计中不易解决的问题，才能真正发挥BIM技术应用的价值，更好地为设计服务。