基于BIM技术的复杂立交桥协同设计方法

2020-01-19

中国公路 2020年18期

（青岛市市政工程设计研究院有限责任公司，山东青岛 266100）

一、BIM技术简述

BIM是一种设施实体、功能特性的数字化表达方式，可用于工程设计建造管理，通过参数模型实现对项目所有信息的整合，并在项目策划、实施、运行、维护等全生命周期内进行共享与传递，有利于提高生产效率、节约成本、缩短工期。

二、BIM技术在桥梁工程设计中的应用分析

BIM技术在桥梁工程设计、施工、运维等方面具有显著优势。城市桥梁尤其是部分立交桥结构复杂、周边环境制约因素多，传统二维设计方法效率低、难度大，采用BIM技术可直观展示桥梁结构及其与周边环境的关系，有利于将复杂问题简单化，提高工程设计效率与质量。

依据桥梁工程的总体设计路线，设计过程中结合BIM技术优势完成三维模型创建，提出桥梁设计完整方案。应用BIM技术进行桥梁设计具有以下要点：

三维设计：BIM桥梁设计的核心在于利用三维软件进行设计建模，通过生成的三维模型，设计人员可及时发现设计错误，并进行可视化修改和优化。

参数化设计：BIM桥梁设计是面向对象系统建模，族是参数化设计的有效载体，利用Revit等软件建立参数化族，通过修改族的相关参数，实现对模型的实时修改解决常规设计和修改图纸容易遗漏、出错等问题。

协同设计：协同设计是BIM桥梁设计中关键的一环，包括道路、桥梁、设备、排水、交通工程等多专业的协同配合，各专业使用同一个实时更新的三维模型使不同专业之间进行衔接，实现设计方案的系统优化。

三、基于BIM技术的复杂立交桥协同设计实例分析

本文以双元路与双积路节点立交工程为例，通过BIM技术应用，解决项目结构和环境复杂、协同设计要求高等难题，实现总体方案优化、交通组织优化，应用效果显著。

（一）项目概况

双元路与双积路节点立交桥是青岛市规划双元路快速路南端起点，与现状双埠互通立交相接，是青岛东岸城区对外出行的门户，也是东岸城区与胶东国际机场、北岸城区联系的交通咽喉。工程采用双跨线+定向匝道四层立交设计，立交占地面积约16×104m2。

（二）立交桥特点与难点

（1）受双埠立交桥和白沙河桥制约，立交设计实施难度大；

（2）在规划双元路快速路起点时，需在实现南北快速通行的基础上，预留远期双元路快速路衔接建设条件；

（3）项目位于流亭机场周边，两侧企业和社区密集，地下管线复杂，需使用BIM模型建立立交与周边建筑和地下管线的关系，确定征地拆迁和管线迁改影响范围。

（三）基于BIM技术的复杂立交桥协同设计方法

本项目基于鸿城集成平台，各专项设计通过直接入库或转换入库合模，开展立交桥BIM协同设计工作。

1.基于BIM的方案设计

（1）实景建模与三维地质分析

项目位于流亭机场周边，受空域管制影响无法航拍，利用路易BIM软件进行建筑虚拟合成，确保虚拟建筑模型尺寸和位置与实景吻合，基于传统地勘探孔资料，应用GEO5软件构建三维地质模型以提高设计精确性和安全性，为桥梁建模提供可视化地勘资料。

（2）三维可视化方案比选

在常规立交功能、工程投资、占地规模等方案比较基础上，通过三维可视化模型，系统展示立交与衔接路网、周边环境和地下管线等的相互关系，保证方案比选更科学合理。

（3）征地拆迁工程量动态统计与可视化

结合不同立交方案BIM模型成果，直观展示周边建筑与立交相互关系，为建设方确定征地拆迁影响范围提供决策依据。

（4）基于BIM模型快速实现VISSIM交通仿真分析

VISSIM交通仿真与BIM模型结合，对路口现状和设置南北、东西、南西跨线桥三种情况下的立交方案进行交通仿真模拟，实现立交方案优化和地面平交口信号配时动态一体化设计和运行结果评价，基于BIM模型和VISSIM仿真确定的信号灯配时方案，可为交通管理部门优化交通管理提供依据和参考。

（5）虚拟驾驶模拟交通运行效果

采用BIM技术虚拟驾驶模拟，直观展示交通运行效果，动态优化路线平纵组合设计，提高立交行车安全与舒适性。

（6）动态检测立交视距、净空

通过BIM模型立交桥视距、净空进行动态检测，并生成检测报告，方便调整立交总体方案设计和BIM模型，确保设计成果满足通行安全和规范要求。

（7）三维可视化碰撞检测，合理组织管线迁改

通过BIM模型实现各专业管线之间数据传递，以及三维可视化视口快速检查管线碰撞情况，实现多专业管线协同设计，高效优化管线综合布置；结合桥梁BIM成果，直观体现管线现状与桥墩距离的位置关系，合理确定管线迁改范围和数量。

（8）多专业集成协同设计

基于鸿城集成平台，整合项目道路、桥梁、管网、景观、交通、照明等专业内容，实现工程范围内建设内容的全方位BIM整合、协同设计及BIM模型轻量化展示。

2.基于BIM的施工图设计

（1）基于BIM模型的施工图协同设计与校审

通过鸿城集成平台合模各专业BIM成果，实现上下游专业数据高效互通，在协同设计基础上，实现项目全专业BIM模型成果会审及校审。通过协同设计集成平台，各专业负责和审核人员可系统、支管查看所有专业设计成果及相互管辖，提高了成果质量和设计效率。

（2）基于BIM模型的桥梁系统分析-校核-出图一体化

基于三维地质数据模型，开展桥梁基础精细化三维分析及计算校核，保证下部结构设计安全合理；通过创建典型桥梁的空间整体钢筋、预应力钢束模型，对钢筋、钢束空间布置进行优化调整，解决“钢筋钢束空间干涉”这一预应力桥梁结构设计难点，保证设计及施工质量；基于BIM参数化模型-计算模型-分析结果，实现一键出图和工程量统计。

（3）基于BIM模型的道路设计参数优化与施工图设计

基于路立德专业的平纵横、超高、加宽等道路工程设计功能，创建道路BIM参数化模型与设计过程正向结合，直观展示路线组合、超高、加宽等专业性设计，根据国家规范标准要求和可视化效果优化设计参数；结合地质情况模型，可直观展示和有效复核不同地质情况下的路基处理方案、范围和深度等；基于BIM模型中确定的断面和路面结构层参数，方便主要建材工程量统计；基于专业软件正向设计的BIM模型，能实现快速、批量化出图，乃至直接交付建设和施工单位指导现场施工。

（4）三维可视化施工图设计交底

基于BIM模型展示施工图设计成果，进行三维可视化技术交底，直观、易懂且利于保证现场建设质量。