深圳梅觀高速公路清湖南段市政道路工程位于深圳市中部綜合組團(tuán)，為高速公路市政化改造項目，路線全長約8.5km，共設(shè)置互通式立交8處，橋梁37座，景觀天橋11座，兩側(cè)輔道設(shè)綜合管廊總長約17.6km，總投資約95.9億元。項目采用城市快速路標(biāo)準(zhǔn)，雙向8車道主路，設(shè)計速度80km/h；雙向6車道輔路，設(shè)計速度40km/h；標(biāo)準(zhǔn)斷面總寬為90m。本次設(shè)計內(nèi)容主要分為兩部分，一是原高速公路改造擴(kuò)建為城市快速路主路，二是兩側(cè)新建城市快速路的輔道。

項目地處城市成熟區(qū)域，面臨景觀要求高、征地拆遷困難、沿線用地受限、路網(wǎng)密度大，且交通繁忙、建設(shè)周期短、協(xié)調(diào)難度大、施工交通組織復(fù)雜等突出問題。如何在項目實施過程中減少社會影響，提高工程質(zhì)量和效率，成為深圳市交委關(guān)注的焦點。BIM技術(shù)以其可視性、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性等特點，為本項目復(fù)雜難題的解決提供了良好的幫助。

本文結(jié)合梅觀高速公路清湖南段市政道路工程,研究和探索BIM技術(shù)在公路市政領(lǐng)域設(shè)計階段的應(yīng)用價值。

基礎(chǔ)環(huán)境的構(gòu)建

1.實景模型的構(gòu)建

本項目采用無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)，進(jìn)行全線實景數(shù)據(jù)的獲取，并在沿線布設(shè)58個高精度相控點，提高實景模型的精度，最終應(yīng)用Context Capture軟件構(gòu)建項目區(qū)域高精度實景模型28G（相當(dāng)于1：1000地形圖的精度）。

地質(zhì)模型

2.地質(zhì)模型的構(gòu)建

對于大型綜合市政工程設(shè)計而言，除了地形、地貌、城市環(huán)境以外，地質(zhì)條件也是關(guān)乎設(shè)計質(zhì)量的重要影響因素，對路基、護(hù)坡道、橋墩基礎(chǔ)的設(shè)計都有較大影響。本項目通過基于MicroStation平臺研發(fā)地質(zhì)建模工具集，基于勘探的原始鉆孔數(shù)據(jù)、地質(zhì)剖面圖、地質(zhì)平面圖、地形圖等數(shù)據(jù)，快速構(gòu)建項目區(qū)域三維地質(zhì)模型。

3.管線模型的構(gòu)建

市政項目建設(shè)環(huán)境非常復(fù)雜，尤其是地下環(huán)境，常常受錯綜復(fù)雜的地下管線等設(shè)施的制約，而這類項目常常需要向地下要空間。針對這一問題，項目組以Subsurface Utilities研發(fā)工具集，根據(jù)物探資料，精確完整構(gòu)建地下管線的BIM模型，準(zhǔn)確清晰定位管線位置，為項目的管線遷移、管廊方案布設(shè)與優(yōu)化提供強(qiáng)有力的支撐。

三維環(huán)境模型

4.基礎(chǔ)環(huán)境模型集成

最后，將實景模型、三維地質(zhì)模型、地下管線現(xiàn)狀模型集成,形成精確的項目基礎(chǔ)環(huán)境模型,作為BIM設(shè)計的關(guān)鍵基礎(chǔ)。

BIM設(shè)計

1.道路設(shè)計

項目路線走向受兩側(cè)用地限制，路網(wǎng)密度大且交通繁忙，雙向8車道主路為原高速公路改造擴(kuò)建的城市快速路，雙向6車道輔路為新建城市快速路的輔道。為了滿足項目需求和我國公路市政道路設(shè)計規(guī)范，項目組以O(shè)pen Roads Designer道路設(shè)計軟件為基礎(chǔ)，建立參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)橫斷面模板庫，并通過自主研發(fā)道路設(shè)計工具，快速完成全線復(fù)雜路段平、縱、橫斷面及三維道路(包含路基、路面、護(hù)坡道、護(hù)欄等)BIM模型設(shè)計和構(gòu)建，并自動計算道路土石方數(shù)量。

三維橋梁設(shè)計

2.橋梁BIM設(shè)計

項目全線共設(shè)橋梁37座，大部分位于互通式立交區(qū)域，結(jié)構(gòu)形式多樣，上部涵蓋鋼箱梁、鋼—混凝土組合梁、預(yù)應(yīng)力混凝土變截面箱梁等復(fù)雜結(jié)構(gòu)，下部有花瓶墩、門架墩、墻式墩等復(fù)雜異型結(jié)構(gòu)。針對本項目的橋型特點及設(shè)計要求，項目組基于Open Roads Designer的參數(shù)化設(shè)計技術(shù)，建立橋墩、橋臺、鋼箱梁等構(gòu)件庫，并自主研發(fā)橋梁設(shè)計與參數(shù)化建模工具集，實現(xiàn)橋梁墩高和樁長的自動計算，橋墩、橋臺和鋼箱梁等的智能布設(shè)，有效解決項目中特殊異型結(jié)構(gòu)橋梁的快速設(shè)計與模型構(gòu)建。

管廊及管道BIM模型

3.綜合管廊BIM設(shè)計

項目所在區(qū)域地下環(huán)境復(fù)雜，沿線通訊、燃?xì)狻崃Α⒋胃邏骸⒔o排水等管線密布，綜合管廊設(shè)計成為項目設(shè)計的一大難點。精確合理的綜合管廊設(shè)計，成為工程成敗的一個關(guān)鍵點。項目組基于Open Roads Designer的參數(shù)化設(shè)計技術(shù)，建立管廊截面、節(jié)點構(gòu)件庫，并自主研發(fā)綜合管廊設(shè)計工具集，實現(xiàn)管廊的自動布設(shè)和建模，為工程實施過程中的管線遷改、管廊布設(shè)、管線入廊等問題掃清障礙。

4.天橋BIM設(shè)計

項目所在區(qū)域是深圳市中軸線景觀帶的重要組成部分，定位天橋為“一橋一景，爭創(chuàng)國際一流”。項目組創(chuàng)新工作方式，按照高標(biāo)準(zhǔn)的要求，完成天橋BIM模型的構(gòu)建，并將天橋與路線方案、實景模型充分融合，實現(xiàn)基于實景環(huán)境，多角度、全方位方案展示。

5.景觀綠化BIM設(shè)計

以往景觀設(shè)計都是以效果圖的方式展示最漂亮的時段，然而一年四季景觀不同。為了向業(yè)主展示多季節(jié)、更真實的景觀設(shè)計，項目組基于Open Roads Designer和LumenRT軟件，快速實現(xiàn)景觀綠化植物的布設(shè)和展示，將項目區(qū)域景觀方案根據(jù)四季變化全面呈現(xiàn)和論證，為方案的全面優(yōu)化論證提供了新的方法和技術(shù)。

BIM應(yīng)用

1.方案快速比選

立交橋方案優(yōu)化比選

路線立交方案優(yōu)化比選

項目地處發(fā)達(dá)地區(qū)，土地資源稀缺，走廊內(nèi)用地受限，路線立交的優(yōu)化難度極大。針對這一問題，創(chuàng)新采用BIM道路設(shè)計，實現(xiàn)了路線立交方案的快速設(shè)計，并結(jié)合拆遷、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)實現(xiàn)多方案的快速優(yōu)化比選，大幅提高設(shè)計的品質(zhì)和水平，得到了業(yè)主和相關(guān)專家的高度好評。

橋梁方案優(yōu)化比選

橋梁方案的快速設(shè)計和優(yōu)化比選

本項目為市政工程，業(yè)主對于景觀要求非常高，在橋梁方面，要求采用復(fù)雜的景觀造型。項目針對橋梁設(shè)計中的問題，創(chuàng)新采用橋梁BIM設(shè)計，實現(xiàn)復(fù)雜異型結(jié)構(gòu)（花瓶墩、鋼箱梁、鋼混組合梁等）的構(gòu)建。并結(jié)合景觀要求、地質(zhì)條件，在方案初期實現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)方案比選和優(yōu)化，大幅提高了橋梁設(shè)計質(zhì)量。

綜合管廊的方案優(yōu)化

管廊方案優(yōu)化論證

本項目用地空間非常有限，地下管線密布，橋梁密集，周邊水庫、大型企業(yè)、工廠、物流園區(qū)等既有建筑不受道路擴(kuò)建影響，致使綜合管線的線位設(shè)計造成了巨大的困難。在綜合管廊的設(shè)計上，利用BIM技術(shù)的可視化、碰撞檢測、協(xié)調(diào)性，對綜合管廊的線位布設(shè)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，在施工前解決問題，減少了設(shè)計變更，避免了不必要的窩工返工。

管線遷改方案比選優(yōu)化

2.現(xiàn)狀管線遷改

項目區(qū)域地下管網(wǎng)密布，對項目設(shè)計方案和實施影響非常大，尤其是管廊布設(shè)和管線遷改的難度極大。項目組利用BIM技術(shù)可視化的優(yōu)勢，在地下密布的構(gòu)造物基礎(chǔ)和管網(wǎng)中，通過道路、橋梁、綜合管廊各專業(yè)間協(xié)同設(shè)計，比選出最優(yōu)的管廊方案和管線遷改方案。

3.改建項目方案創(chuàng)新展示

實景技術(shù)對既有高速公路現(xiàn)狀有清楚的表達(dá)和描述，而BIM設(shè)計技術(shù)又能夠充分展示和呈現(xiàn)改造后項目區(qū)域的情況。本項目應(yīng)用實景技術(shù)和BIM技術(shù)，創(chuàng)新交流方式，將既有現(xiàn)狀與改造后項目情況通過技術(shù)手段，實時對比呈現(xiàn)，充分和清楚地表達(dá)項目建成對周邊環(huán)境的影響。

4.征地拆遷

本項目地處發(fā)展成熟區(qū)域，改建方案相較原高速公路斷面拓寬了50多米。沿線受民治水庫、既有互通立交、平南鐵路、華為公司、富士康公司等影響，征地拆遷難度和費用極大，拆遷方案的優(yōu)劣直接關(guān)系項目的實施難度和工程造價。項目組通過BIM技術(shù)的可視化優(yōu)勢，結(jié)合周邊用地情況，反復(fù)論證優(yōu)化征拆方案，最大限度地將拆遷量降到最低，全線僅僅拆遷57834平方米。同時在征拆方案的交流和協(xié)調(diào)過程中，BIM提供了良好的溝通平臺，使得主管領(lǐng)導(dǎo)和公眾能夠快速理解方案，對于征地拆遷給予了很大的支持。

5.施工期交通疏解

項目是深圳市乃至珠三角快速路網(wǎng)中一條重要的南北向快速干道，交通繁忙，改造期間交通組織難度大，且需要在不中斷交通的條件下實施改造擴(kuò)建。針對這一難題，項目組通過BIM技術(shù)開展了施工期間交通疏解的方案論證，模擬分析施工期間各階段各區(qū)間存在的疏解難題和解決途徑，最終提出最優(yōu)的交通疏解方案，得到了業(yè)主、交警等相關(guān)部門的理解和支持，有效地推動了項目的順利開展。

本項目作為深圳市重點工程，設(shè)計要求極高，通過BIM技術(shù)在設(shè)計階段的應(yīng)用和創(chuàng)新，解決了各專業(yè)方案論證優(yōu)化、施工期交通疏解、施工組織、景觀優(yōu)化提升等難題，探索形成了一套行之有效的市政工程BIM技術(shù)綜合解決方案，并建立了一支既懂專業(yè)，又熟練應(yīng)用BIM設(shè)計的專業(yè)技術(shù)隊伍。這些成果和經(jīng)驗將為后續(xù)項目提供可推廣、可借鑒、可復(fù)制的解決方法和流程，為發(fā)達(dá)地區(qū)改擴(kuò)建項目起到推動和示范引領(lǐng)作用。

未來，在上述研發(fā)成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合梅觀項目的建設(shè)、運營管理和養(yǎng)護(hù)需求，將BIM技術(shù)向縱深方向推進(jìn)，構(gòu)建建設(shè)和運營管理平臺。同時結(jié)合更多的工程項目，開展BIM應(yīng)用和技術(shù)探索，總結(jié)公路市政BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，構(gòu)建公路市政行業(yè)BIM標(biāo)準(zhǔn)體系，助推BIM技術(shù)在全行業(yè)全生命期廣泛應(yīng)用。

授權(quán)轉(zhuǎn)載于：橋梁雜志

原標(biāo)題：深圳梅觀高速公路上的BIM設(shè)計應(yīng)用

作者 / 程鵬 劉向陽 張峰