董建勛，王召強(qiáng)，徐玉曉，鄒淑國

(青島市市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，山東 青島 266061)

建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)是建立在三維數(shù)字技術(shù)的基礎(chǔ)上，集成了建筑工程項(xiàng)目各種相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)模型。近年來，隨著BIM技術(shù)在建筑領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，BIM技術(shù)被廣泛被應(yīng)用到公路、鐵路、橋梁、軌道交通、水利水電等多個(gè)領(lǐng)域，相比于傳統(tǒng)的二維+效果圖表達(dá)方式，BIM技術(shù)具有數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、動(dòng)態(tài)可視性、交互協(xié)同性、碰撞檢查分析、輔助出圖等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，BIM理念和技術(shù)已經(jīng)逐漸成為路橋建設(shè)行業(yè)的發(fā)展方向。

1 工程概況

疏港一路與子信路立交位于山東省青島市董家口港區(qū)與臨港產(chǎn)業(yè)區(qū)的交界，背靠規(guī)劃物流園區(qū)，向南通過疏港一路銜接遠(yuǎn)期棋子灣作業(yè)區(qū)，是規(guī)劃疏港兩橫三縱路網(wǎng)體系的幾何中心，是港區(qū)、物流園區(qū)、臨港產(chǎn)業(yè)區(qū)的樞紐轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)。

疏港一路是港區(qū)重要的南北向集疏運(yùn)通道，子信路上跨疏港鐵路，承擔(dān)著港區(qū)東西向快速聯(lián)系。

立交總體方案設(shè)計(jì)為雙環(huán)定向匝道全互通立交，立交總體布設(shè)三層。結(jié)合交通預(yù)測結(jié)果，子信路西向與疏港一路南北向左轉(zhuǎn)聯(lián)系采用環(huán)形匝道實(shí)現(xiàn)；子信路東向與疏港一路南北向左轉(zhuǎn)聯(lián)系采用標(biāo)準(zhǔn)相對較高的定向匝道實(shí)現(xiàn)；右轉(zhuǎn)匝道均采用定向匝道形式銜接。

因疏港鐵路與規(guī)劃道路交叉，為解決疏港鐵路對子信路的阻隔，子信路需進(jìn)行上跨鐵路設(shè)計(jì)，增加了立交的層數(shù)及高度。

疏港一路工程總體實(shí)施范圍南北長約1 970 m，其中橋梁段長約831.4 m引橋兩側(cè)設(shè)計(jì)為自然放坡形式。疏港一路主線跨線橋設(shè)計(jì)上下行分幅，分幅間距1 m，單幅橋?qū)?4 m，跨線橋布設(shè)為雙向十車道，其中主線采用雙向六車道，輔路采用雙向四車道，主線橋梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷度面寬為32 m。

子信路工程總體實(shí)施范圍東西長約1 512.42 m，其中橋梁段長約543.74 m，西段引橋兩側(cè)為擋墻結(jié)構(gòu)形式；東端引橋兩側(cè)設(shè)計(jì)為自然放坡形式。子信路主線橫斷面布設(shè)為雙向八車道，橋梁分幅設(shè)置，主線橋梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷度面寬為35.5 m。

2 BIM在方案設(shè)計(jì)階段應(yīng)用

2.1 方案比選

通過建立不同方案類型的互通立交可視化三維模型，進(jìn)行總體方案的比選。

利用BIM設(shè)計(jì)軟件將設(shè)計(jì)成果實(shí)現(xiàn)三維呈現(xiàn)，展現(xiàn)不同方案立交交通組織、立交方案對周邊鐵路及管廊的影響，通過方案比選，推薦滿足規(guī)范、用地指標(biāo)等多項(xiàng)影響因素的最優(yōu)方案。

2.2 基礎(chǔ)建模

(1)模型可視化漫游展示

利用Roadleader5.0、交通設(shè)施、Revit Structure 2016等多種軟件，實(shí)現(xiàn)了立交總體、橋梁結(jié)構(gòu)、道路、交通、管線、景觀及附屬工程的三維協(xié)同設(shè)計(jì)。

通過構(gòu)建的三維橋梁模型，直觀與高效地展現(xiàn)立交橋梁結(jié)構(gòu)的復(fù)雜設(shè)計(jì)，給橋梁三維建模帶來了一種新思路，讓橋梁設(shè)計(jì)更加直觀、簡潔、高效。

利用Revit Structure 2016、Roadleader5.0兩種BIM軟件相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)規(guī)劃鐵路和橋梁結(jié)構(gòu)平、縱、橫各方向關(guān)系的核查，滿足鐵路限界要求的同時(shí)，對鐵路列車行駛視距有效評價(jià)。

(2)橋梁結(jié)構(gòu)參數(shù)化建模、族庫開發(fā)建設(shè)

通過在Revit Structure 2016中創(chuàng)建參數(shù)化橋梁部件族，可以方便快捷的進(jìn)行修改調(diào)整，極大提高了設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。

將不同Revit族按照特性、參數(shù)等屬性分類歸檔，逐步積累和形成企業(yè)自己獨(dú)有的族庫，形成生產(chǎn)力，方便快捷地在其他類似工程中調(diào)用。

2.3 拓展應(yīng)用

(1)鋼筋鋼束碰撞檢查及優(yōu)化

預(yù)應(yīng)力箱梁縱橫向均布設(shè)有大量預(yù)應(yīng)力鋼束，且各自按照受力需要存在多處彎起，二維設(shè)計(jì)難以精確定位相互關(guān)系，沖突碰撞幾乎難以避免，本工程中創(chuàng)造性采用Revit MEP功能模擬縱橫向鋼束，可及時(shí)進(jìn)行碰撞檢查，避免后期變更調(diào)整，并可提取每條鋼束三維坐標(biāo)提供現(xiàn)場精確放樣使用。

采用自定義鋼筋的形式，利用REX2016插件，將鋼束視為依附于腹板主梁的鋼筋，可以快速實(shí)現(xiàn)縱橫向鋼束和普通鋼筋的同步建模、同步碰撞檢查。

通過構(gòu)建三維模型、配合碰撞檢查，可以大大提高圖紙?jiān)O(shè)計(jì)質(zhì)量，減少工程后期變更，并精確統(tǒng)計(jì)工程量。

將典型上部結(jié)構(gòu)鋼束鋼筋三維模型進(jìn)行優(yōu)化、完善，制作成三維漫游展示動(dòng)畫，可用于向業(yè)主匯報(bào)和施工單位進(jìn)行技術(shù)交底。

(2)三維地質(zhì)建模(地質(zhì)信息數(shù)據(jù)庫)及分析計(jì)算

工程場區(qū)局部地形起伏較大，地質(zhì)變化劇烈，但是由于各種原因不可能直接勘測到所有的地質(zhì)細(xì)節(jié)。BIM建模過程中以傳統(tǒng)地勘探孔資料為基礎(chǔ)，構(gòu)建三維地質(zhì)模型用以提高設(shè)計(jì)精確性和安全性，減少后期變更。

基于GEO5軟件，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)分層的三維可視化，相對精確的提取任意點(diǎn)地質(zhì)數(shù)據(jù)、任意線地質(zhì)剖面；協(xié)助構(gòu)筑物選址，避讓地質(zhì)隱患，并快捷得進(jìn)行分析計(jì)算；形成成套有機(jī)融合且可不斷更新的數(shù)據(jù)庫平臺，場區(qū)相關(guān)項(xiàng)目均可貢獻(xiàn)數(shù)據(jù)和獲取信息。

在已經(jīng)構(gòu)建的三維地質(zhì)模型基礎(chǔ)上，可以在任意點(diǎn)進(jìn)行各類基礎(chǔ)驗(yàn)算，在任意線進(jìn)行擋墻、邊坡分析。

2.4 上部結(jié)構(gòu)分析計(jì)算與出圖算量一體化

利用Revit強(qiáng)大的導(dǎo)出導(dǎo)入功能，可以實(shí)現(xiàn)將導(dǎo)出的三維數(shù)據(jù)無縫導(dǎo)入到Midas Civil等專業(yè)有限元軟件進(jìn)行三維結(jié)構(gòu)分析計(jì)算，大大簡化了三維分析模型的建模工作，極大提高了結(jié)構(gòu)分析計(jì)算效率。

充分應(yīng)用BIM理念，最大化利用數(shù)據(jù)價(jià)值，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)，以分析計(jì)算為核心，優(yōu)化了模板、鋼束出圖流程，極大提高了效率。上部結(jié)構(gòu)鋼束立面圖、大樣圖、坐標(biāo)控制表、工程量統(tǒng)計(jì)表均一鍵導(dǎo)出，簡單整理即可出圖。初步實(shí)現(xiàn)了計(jì)算完成則鋼束圖紙基本完成，建模完成則工程量同步完成的目標(biāo)。

相比于傳統(tǒng)流程，可縮短約35%的設(shè)計(jì)時(shí)間，大幅縮短了鋼束繪圖時(shí)間，圖紙內(nèi)容和數(shù)據(jù)由軟件生成，避免了人工制圖可能的錯(cuò)漏碰缺。

表1 一聯(lián)典型橋梁上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)間比較

2.5 基于Dynamo、Revit的橋梁建模功能二次開發(fā)

通過可視化編程軟件Dynamo及Revit的API接口的結(jié)合，進(jìn)行Revit軟件橋梁建模功能的二次開發(fā)。實(shí)現(xiàn)了Revit平臺下的個(gè)性化橋梁建模，解決了異形橋梁組件構(gòu)件、空間曲線橋梁快速建模等技術(shù)難點(diǎn)。

2.6 其他應(yīng)用

利用交通設(shè)施3.1設(shè)計(jì)軟件，優(yōu)化完善交通工程內(nèi)容的細(xì)節(jié)處理，實(shí)現(xiàn)交通設(shè)施設(shè)計(jì)的科學(xué)性及合理性。

與道路工程協(xié)同設(shè)計(jì)，布設(shè)給水、 排水、 燃?xì)?、熱力等各類市政管線。除進(jìn)行傳統(tǒng)的碰撞檢查外，還可自動(dòng)調(diào)整管線之間、管線與構(gòu)筑物之間的水平、豎向間距及埋深、坡度等；根據(jù)管線容量設(shè)計(jì)檢查井、閥門等結(jié)構(gòu)的造型。

通過對工程進(jìn)行三維可視化設(shè)計(jì)，對工程沿線配置標(biāo)志標(biāo)線、車行護(hù)欄、路燈、景觀綠化等附屬設(shè)施，實(shí)現(xiàn)三維設(shè)計(jì)的真實(shí)性。

結(jié)合建立的三維模型，利用UC-winroad軟件的模擬駕駛功能，實(shí)現(xiàn)對總體方案平縱指標(biāo)、視距等的優(yōu)化完善。

3 結(jié)束語

(1)設(shè)計(jì)協(xié)同——在本工程中，各專業(yè)之間通過BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)無縫的協(xié)同設(shè)計(jì)，在快速建立三維模型的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了總體方案的展示、橋梁結(jié)構(gòu)的分析、管線的三維檢查，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)的二維向三維設(shè)計(jì)、粗放型設(shè)計(jì)向精細(xì)化設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)變，并通過設(shè)計(jì)成果的實(shí)時(shí)優(yōu)化與評價(jià)，提升了工程設(shè)計(jì)的效率、科學(xué)性及合理性。

BIM技術(shù)在建筑行業(yè)的運(yùn)用日趨成熟，并帶來了革新性的變化，雖在市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中的應(yīng)用尚處于起步階段、困難重重，但BIM的理念與技術(shù)在市政基礎(chǔ)中的協(xié)同設(shè)計(jì)、碰撞檢查、動(dòng)態(tài)調(diào)整、三維評價(jià)的應(yīng)用讓工程建設(shè)及管理更為科學(xué)、合理、高效。

(2)信息化——本工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，深入理解BIM理念，凸顯了BIM中“I”的核心價(jià)值。

(3)軟件、數(shù)據(jù)互通——綜合實(shí)現(xiàn)多種軟件的互導(dǎo)互通，充分實(shí)踐了“BIM技術(shù)是通過一系列數(shù)據(jù)信息軟件的交互來實(shí)現(xiàn)”的技術(shù)路線及應(yīng)用理念。