楊倩倩

(山東華遠公路勘察設(shè)計有限公司，山東 濰坊 261061)

0 引 言

道路橋梁BIM技術(shù)設(shè)計中，參數(shù)設(shè)計是關(guān)鍵，前期的模型構(gòu)建及后續(xù)的工程設(shè)計中，參數(shù)設(shè)計都是不可或缺的，通過參數(shù)化設(shè)計，有效實現(xiàn)了對道路橋梁的現(xiàn)場模擬。BIM技術(shù)的數(shù)據(jù)信息集成化特征是傳統(tǒng)二維設(shè)計所難以達到的，具有顯著的可視性，操作性。

1 BIM技術(shù)分析

1.1 BIM技術(shù)優(yōu)點

通過對比得出該技術(shù)的優(yōu)點如下。

(1)BIM技術(shù)在道路橋梁設(shè)計中數(shù)據(jù)傳遞和承載功能突出，協(xié)同優(yōu)勢明顯，解決了傳統(tǒng)技術(shù)水平下，設(shè)計不足與分散的問題。

在三維模型圖中應(yīng)用路易BIM軟件，可以經(jīng)GIS技術(shù)和傾斜攝影測量技術(shù)的的加持，可迅速理解項目分部形態(tài)、周邊環(huán)境，為方案最終確定，提供切實可靠的意見。

BIM技術(shù)能夠完成信息共享，并且可以與多軟件相結(jié)合，比如BIM模型中的LEGION、STEPS等車輛、行人仿真模擬軟件，可實現(xiàn)交通模擬，進而優(yōu)化設(shè)計。

2 案例分析

2.1 工程概況

文章所依托的軟件為路易2020-BIM道路設(shè)計系統(tǒng)軟件，工程為昌樂青龍互通立交連接線工程，擬建橋梁為淳于河大橋，橋址區(qū)為河谷地貌，擬建橋梁的主橋跨越淳于河，河谷的寬度約為100 m。擬建橋梁采用6孔-20 m預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁，全長127 m，下部結(jié)構(gòu)型式為肋板(柱式)臺，橋梁全寬25 m。本橋3孔一聯(lián)，共兩聯(lián)，聯(lián)端設(shè)D80伸縮縫。具有經(jīng)濟效益好的優(yōu)點。

2.2 道路設(shè)計初步定義

BIM技術(shù)雖然具有多種優(yōu)勢，但是設(shè)計中要考慮多種因素，具體流程如下。

地形圖識別，生成地形曲面，設(shè)計文件中的地形數(shù)據(jù)一般由等高線和高程點組成。利用地形數(shù)據(jù)生成曲面后，可以進行三維地形查看，檢查高程異常的地方，并刪除錯誤數(shù)據(jù)。將外部的衛(wèi)星影像圖，按照參照方式插入當前的項目中。在進行三維漫游時，可以與地形曲面形成三維地形。

采用“導(dǎo)線法設(shè)計”或是“曲線法設(shè)計”進行路線設(shè)計。導(dǎo)線法設(shè)計時支持簡單型、基本型、凸形、S/C形、復(fù)曲線、回頭曲線等幾種線形。曲線路線設(shè)計時，采用起點接線、積木法設(shè)計中間段、終點接線的方式，其中終點接線可執(zhí)行多次。起點接線后，可隨意添加中間段，包括直線單元、圓弧單元和緩和曲線單元，并可以設(shè)定單元的額長度，對于圓弧單元可以設(shè)定半徑，對于緩和曲線單元可以設(shè)定起終點半徑，并可以實施拖動得到。

在縱段設(shè)計時，可以首先對沿線的構(gòu)筑物進行定義，構(gòu)筑物的類型為橋梁、分離式立體交叉、互通式立體交叉等，通過“從地形提取自然縱段數(shù)據(jù)”、“新建設(shè)計縱段”、“縱段拉坡”三個步驟完成縱段設(shè)計。從地形提取的自然縱段數(shù)據(jù)，可以加上偏移值，來獲取中央隔離帶邊緣、行車道邊緣等處的數(shù)據(jù)。并可以對自然地形提取縱段數(shù)據(jù)與自然地形曲面進行關(guān)聯(lián)，這樣就會實現(xiàn)自動修改。縱段設(shè)計時，可以對設(shè)計縱段樣式、設(shè)計縱段使用的數(shù)據(jù)源進行修改。

通過“板塊設(shè)計”、“邊坡設(shè)計”進行橫斷設(shè)計。在進行道路板塊設(shè)計時，可以單獨創(chuàng)建路線，也可以直接創(chuàng)建出帶道路全屬性的模型。當選擇了“道路裝配”和地形曲面時，會自動創(chuàng)建自然縱段和設(shè)計縱段，否則，不生成縱段數(shù)據(jù)。板塊包括人行道、慢車道、機非分隔帶、快車道等類型和相應(yīng)的寬度，需要及時進行板塊預(yù)覽，預(yù)覽時可以看到哥板塊平面投影線、板塊類型文本標柱、板塊坡度、板塊尺寸等。設(shè)施布置時，選擇路燈、綠化、標線、交通燈等控制參數(shù)。邊坡設(shè)計時需要把道路指定側(cè)指定樁號范圍標識為自定義放坡段。標識為自定義放坡段后，該范圍內(nèi)已有邊坡自動轉(zhuǎn)為自定義放坡，并且更新道路邊坡時，不再自動更新自由放坡是按設(shè)定坡度放坡到指定曲面，起坡線自動分為填方和挖方段，可以分別控制填挖方段的放坡參數(shù)。起坡線可以是道路邊界、交叉口邊界、已有道路或交叉口放坡，當起坡線選擇其他放坡結(jié)束線時，新產(chǎn)生的放坡自動當作下級放坡。

由路線、縱段、板塊方案、邊坡方案生成道路，道路可進行三維查看。三維查看時是在獨立的窗口沿駕駛路線察看。當?shù)匦螖?shù)據(jù)量比較大，道路邊界復(fù)雜又長時，可以將不挖掉道路范圍內(nèi)的地形，設(shè)置成半透明。這樣便于察看。

道路立交、橋梁參數(shù)編輯。進行橋梁三維設(shè)計時，可以列出所有已存在的分聯(lián)，順序命名為“第一聯(lián)”、“第二聯(lián)”等。當插入或刪除一聯(lián)時，受影響的聯(lián)重新編號命名。選中某一分聯(lián)時，右側(cè)的本聯(lián)跨徑組合和上部結(jié)構(gòu)顯示本聯(lián)，可編輯。

道路沿線綠化參數(shù)編輯。進行綠化三維設(shè)計時，路易BIM軟件提供了沿道路、沿綠化帶、沿線和隨意位置種植功能。對各種樹種及其模型，進行了歸類管理。常用樹種可以一鍵提取，極其方便，軟件可以根據(jù)曲面地形和道路高程自動計算樹的高程。對應(yīng)樹種的直徑、種植密度及最小距離也可以參數(shù)化編輯。在日常的設(shè)計過程中，隨著道路的延伸，綠化帶呈現(xiàn)明顯的節(jié)奏性變化，這種節(jié)奏稱為模板，主要有灌木叢、樹、路燈、圖塊等基本元素模板。軟件可以通過綠化模板管理器實現(xiàn)對綠化模板的組織管理及編組利用等。

道路設(shè)計中，穿越鄉(xiāng)村、城鎮(zhèn)路段時，道路兩側(cè)建筑物較多，可以通過定義建筑工程實現(xiàn)視覺化管理，可以把地形圖測繪時的房屋線轉(zhuǎn)化為三維模式，以便于演示。道路工程項目設(shè)計時的收費站、高壓線塔、水域等均可進行參數(shù)化三維設(shè)計。在設(shè)計道路上定位并輸入?yún)?shù)后，可以創(chuàng)建收費站的模型對象，繪制自定義實體。鐵路定義時，鐵路模型分為有砟鐵軌和無砟鐵軌兩種，三維多段線及數(shù)字地形上的高程可以直接提取。高壓線塔的模型有五種可以選擇，分別是酒杯塔、貓頭塔、鼓型塔、上字塔、桿塔?？梢愿鶕?jù)需要選擇合適的塔型，方便快捷。水域分為面狀水域和線性水域。

道路交通安全設(shè)是道路的重要組成部分，參數(shù)化設(shè)計時，用同系統(tǒng)路易交通設(shè)施設(shè)計軟件的設(shè)計結(jié)果，可以直接轉(zhuǎn)化為三維對象。對于自畫的復(fù)雜平面交叉，也可以轉(zhuǎn)換。道路交通標志的三維化支持實線、虛線、文字、填充、突起路標、輪廓標等，并且也支持多種立柱式、懸臂式、門架式標志桿及附著式標志牌。隔離護欄也支持三維化。信號燈的設(shè)計直觀、便捷，可定制，可以將信號燈分成不同的配時編組，設(shè)置信號相位，依次串聯(lián)成信號循環(huán)周期。并可設(shè)置綠燈的早開或是滯后，方便簡單。

生到路口可進行三維漫游。在CAD文檔視圖中進行巖路線駕駛的三維漫游時。事先需要設(shè)置合適的視圖模式。根據(jù)樁號、距中心線距離、視線高度設(shè)定AutoCAD視點，并切換到對應(yīng)的CAD三維透視模式。如果當前的三維漫游窗口已經(jīng)打開，那么里面的視點也會相應(yīng)改變?？梢灾苯訉⒐こ讨卸x的道路路線轉(zhuǎn)為三維漫游的路線，自動從路線設(shè)計縱段提取高程。也可以直接將多段線轉(zhuǎn)為三維漫游路線。三維漫游時可利用多段線加載交通路線，這樣漫游時會看到交通路線上形式的車輛。交通流量、車輛比例也可以確定。當交通路線存在交叉時，漫游中行駛的車輛會按照避讓關(guān)系來進行主動避讓。

具體方法如下：初步設(shè)計時，先對本項目的地形進行識別，生成三維地形曲面，本項目的曲面點數(shù)41 306個，三角形個數(shù)82 415個，最大高程367.00，最小高程122.00，檢查后，消除劣質(zhì)三角形。路線采用導(dǎo)線設(shè)計，并從曲面地形中提取自然縱段文件，并進行縱段拉坡，形成設(shè)計縱段文件。本項目道路板塊為路基寬度25.5 m。

2.3 橋梁參數(shù)初步定義

橋梁參數(shù)初步定義時，首先應(yīng)在路易2020-BIM道路設(shè)計系統(tǒng)中進行初步定義優(yōu)化。模型在建立過程中還應(yīng)該結(jié)合設(shè)計外觀的需要進行。初步選用基本信息：橋梁名稱、所屬道路、起止樁號、跨徑組合、上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)等。

護欄定義時，可以在管理項目時設(shè)立中央護欄、防眩板及側(cè)護欄的規(guī)格。

主梁斷面設(shè)計時，主梁斷面的包括斷面類型選擇、斷面規(guī)格定義、斷面參數(shù)設(shè)置、主梁斷面繪制、箱式設(shè)計等。并且每個主梁斷面方案都有單獨的編輯功能。切換到預(yù)覽圖模式時，可以對當前參數(shù)生成的箱式進行預(yù)覽。左右對設(shè)計時，右側(cè)對應(yīng)的參數(shù)編輯框自動和另一側(cè)同步。

上部結(jié)構(gòu)定義時，可以在上部結(jié)構(gòu)方案節(jié)點中選擇規(guī)格，如箱梁、小箱梁、T梁、空心板方案等。只能使用一種橋類型，但是左右幅分離時可以分別使用不同的類型。

橋墩定義時，類型有圓形、矩形、圓端形、雙圓端形、雙薄壁墩幾種。在輸入合適的橋墩設(shè)計參數(shù)后，可以根據(jù)不同的類型顯示示意圖。

蓋梁墩帽定義時，類型有標準樣式、墩帽樣式、帶系梁墩帽等幾個選型，可以編輯選擇設(shè)計，當參數(shù)是左右對稱時，可以右半側(cè)參數(shù)自動隨左半側(cè)變化?？梢愿鶕?jù)顯示示意圖實時修改。

橋臺規(guī)格定義時，類型有臺類型，U形臺、耳墻式、八字形翼墻等幾個類型，輸入橋臺的設(shè)計類型后，可以進行編輯，但是同一項目的橋臺間不能重名。

索塔構(gòu)件的斷面設(shè)計時，類型有橢圓形、矩形、工字型、十字形、T字型等，并根據(jù)實際參數(shù)調(diào)整。索塔實體的構(gòu)件是索塔構(gòu)件，一個索塔可以由一個或多個索塔構(gòu)件組成。索塔構(gòu)件實體由索塔斷面沿各個索塔立面路徑掃掠得到，一個索塔構(gòu)件可以包含一個或多個索塔立面路徑，索塔構(gòu)件可通過特性修改，并設(shè)置好寬度。

對橋梁結(jié)構(gòu)的各個位置進行初步設(shè)計后，利用路易BIM軟件對標準段的草圖設(shè)計參數(shù)進行設(shè)置，使混凝土小箱梁模型實現(xiàn)參數(shù)化。通過設(shè)計參數(shù)命令可以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，是模型更加具有實用性。

3 三維實景模型的應(yīng)用特征

(1)能三維實景模型能夠使地形地貌以及構(gòu)造物周邊環(huán)境得到真實反應(yīng)。三維展示時，可對地形進行遮蔽，這樣遮蔽區(qū)內(nèi)的地形就不會顯示。并可以在路面(包括平交口)內(nèi)劃定一個區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)的路面三維模型不再顯示，這就相當于路面上開了一個觀察窗，便于察看路面下的管線等。

(2)通過數(shù)據(jù)生成的三維實景模型，可以與GIS地理信息系統(tǒng)軟件中的投影坐標相結(jié)合，可視化仿真，結(jié)合數(shù)字地形模型，簡化并且多分辨率的表達bin技術(shù)。

(3)通過三維實景模型，可得到等高線圖、網(wǎng)格地形等相關(guān)信息。同時可利用傾斜攝影功能，將不需要的道路、交叉口、水域等隱藏，屬于傾斜攝影挖洞功能。定義到曲面上的建筑物、樹、路燈、標志、標線、隔離護欄及CAD實體，均可按高程重新定位到指定曲面上。軟件支持批量移動實體，以及將實體從曲面提高到指定高度，并自動搜索曲面計算高程。三維地質(zhì)同樣可以讀取到地面上，將勘測單位的鉆孔數(shù)據(jù)，整理過濾，作為模型數(shù)據(jù)源，進行三維地質(zhì)的鉆孔數(shù)據(jù)讀取，數(shù)據(jù)讀取成功后，可以按工程項目的實際情況進行編輯修改，及此三維地質(zhì)模型，可進行模型剖切，出具地質(zhì)剖面圖。實現(xiàn)地質(zhì)挖方效果是，可使用已有曲面對地質(zhì)模型進行挖除，來實現(xiàn)地質(zhì)效果。

(4)通過三維實景模型，可對結(jié)構(gòu)進行單體化分析，通過核心指標和關(guān)鍵數(shù)據(jù)，全視角查看橋梁設(shè)計，運籌帷幄，統(tǒng)籌全局。并對各分項工程的進展情況進行監(jiān)視，對風險情況提前預(yù)知，對趨勢走向通過可視化組件進行提前預(yù)判，將設(shè)計、施工調(diào)度直達項目一線。

物聯(lián)監(jiān)測實現(xiàn)調(diào)度可視化，助力高效決策，管理人員之間的溝通時間減少50%，溝通和調(diào)度效率成倍提升。

可以結(jié)和云數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動終端等先進的技術(shù)信息，構(gòu)件信息體系，實現(xiàn)橋梁建設(shè)過程的全程可追溯、結(jié)果可分析，不讓風險化成隱患，同時消除隱患，提高總體設(shè)計、施工、管理水平。

3.2 三維實景模型的應(yīng)用

該參數(shù)化的BIM模型可為項目的全壽命周期提供合理的數(shù)據(jù)支持，主要包括階段為項目的設(shè)計、施工、運營、維護階段。這種方式更有利于項目的施工。

在本項目中，將三維實景模型與參數(shù)化模型進行結(jié)合，通過填挖方的數(shù)據(jù)信息對實景模型進行修改，最終形成符合項目實際情況的三維模型。該融合圖可以對施工過程進行模擬，為后期階段提供數(shù)據(jù)等。

4 結(jié) 語

通過對BIM技術(shù)在道路橋梁設(shè)計中的應(yīng)用進行分析，得出以下結(jié)論。

路易BIM軟件，將地形、路線、縱段、道路、橋隧、立交、地質(zhì)進行參數(shù)化設(shè)計，實現(xiàn)數(shù)字化，道路橋梁三維實景模型的應(yīng)用，使得信息表達由二維上升到三維，提高了工作效率，弱化了專業(yè)間的銜接錯誤，值得深入研究推廣。