BIM正向设计在高速公路互通立交工程中的应用

摘 要 ：针 对 目 前 BIM设 计 普 遍 采 用 ”翻 模 _'而导致效率低下的问题，首 先 对 BIM互通设计的要点作了阐述，其
次以上浦高速互通段落为工程背景，基 于 Civil 3D 和 Revit，对 地 形 曲 面 、三维道路模型以及桥梁族库的创建三个
BIM正向设计的关键步骤做出分析。研究结果表明，得 益 于 BIM设计独有的可视化操作以及动态更新机制，设计人
在 部 件 编 辑 器 中 ，通 过 设 置 逻 辑 判 断 关 系 与 目 标 参 数 可 实 现 边 坡 填 挖 的 控 制 ；而 对 于 匝 道 断 面 ，可 通 过 设 置 行 车 道 偏 移 目 标 实 现 匝 道 的 变 宽 。部件编 辑 器 使 得 横 断 面 装 配 变 得 更 加 灵 活 ，适 用 性 相 较 于 预定义构件也更加广泛。利用部件编辑器进行参数 化横断面设计的过程见图％
员在设计的精确性以及设计效率上都有极大的提高。
关键词：B丨M;互 通 立 交 ；三维设计； Civil 3D
中图分类号：U412.35 +2
文献标志码： B
文 章 编 号 ：1 0 0 9 - 7 7 1 6 ( 2 0 2 1 ) 0 6 - 0 3 2 1 - 0 3
0 引言
BI M( 建 筑 信 息 模 型 ）技 术 目 前 正 被 日 益 广 泛 的 使 用 在 建 筑 、交 通 等 各 种 领 域 之 中 。 传 统 C A D 二 维 设计在设计过程中由于图纸与基础资料之间不具备 联 系 ，因 此 常 出 现 牵 一 发 而 动 全 身 的 问 题 ，各 专 业 间 往 往 会 发 生 设 计 冲 突 而 造 成 大 量 的 返 工 。BIM技术 由 于 其 具 有 可 视 化 ，协 调 性 等 优 点 ，且 得 益 于 其 动 态 更 新 机 制 ，能 极 大 的 提 高 设 计 效 率 与 设 计 质 量 。目 前 BIM 在 建 筑 领 域 已 经 获 得 了 一 定 的 成 功 经 验 ，相 比 于 建 筑 工 程 ，公 路 工 程 的 里 程 长 、空 间 范 围 广 且 地 形 变 化 较 大 。 目 前 公 路 B I M 设 计 主 要 采 用 “翻 模 ”，该 过 程 在 实 际 操 作 中 效 率 较 低 且 工 作 量 大 ，这有悖 于 B I M 高 效 设 计 的 初 衷 。 因 此 ，探 讨 及 推 动 B I M 正 向 设 计 在 公 路 工程中的应用十分必要。本文以江西上 浦 高 速 铜 钱 山 互 通 段 落 为 例 ，基 于 Civil 3 D 和 Revit 探 讨 了 公 路 工 程 中 BIM正 向 设 计 的 几 个 关 键 步 骤 。
收稿曰期：2020-12-01 作者简介：唐韬（1994—) , 男，硕士，助理工程师，从事路基 路面设计工作。
台 向 各 个 专 业 进 行 方 案 展 示 ，从 经 济 技 术 指 标 等 方 面 进 行 比 较 ，相 关 专 业 可 通 过 相 互 交 流 获 得 较 优 方 案 ， 减 少 后 续 方 案 变 更 造 成 返 工 的 可 能 性 。 （2 ) 施 工 图 阶 段 的 关 键 是 设 计 细 化 ，利 用 B I M 平 台 的 优 势 ，对 路 线 平 纵 横 以 及 桥 梁 布 置 进 行 优 化 、细 化 ，尤 其 是 匝 道 不 同 位 置 的 变 宽 、 出 人 口 处 端 部 等 细 部 位 置 的 设 计 ，本 次设计为施工图设计。
•321 .
妨 、开 \ 1 科 5 衫 浃
唐 韬 ：B丨M 正 向 设 计 在 高 速 公 路 互 通 立 交 工 程 中 的 应 用
2021年 2 道路模型创建 在 传 统 C A D 设 计 过 程 中 ， 道 路 的 平 面 线 位 、纵
断 面 与 横 断 面 之 间 相 互 分 开 设 计 ，缺 乏 相 应 的 联 系 。 公 路 工 程 由 于 其 里 程 长 ，地 势 变 化 大 的 特 点 ，对 平 纵 横任何一处的手动调整都可能造成大量的修正工 作 ，且 均 需 手 动 完 成 ，极 大 的 影 响 了 设 计 效 率 。 得 益 于 Civil 3 D 的 参 数 驱 动 机 制 ， 由 参 数 构 成 的 平 纵 横 相 互 之 间 有 着 动 态 联 系 ，对 任 何 一 者 的 修 改 道 路 模 型 都 能 够 进 行 自 动 更 新 ，见 图 3 。
2 项目概况
江西上饶至浦城高速公路新建工程路线全长 5 0. 8 0 5 k m ,主 线 路 基 宽 度 2 6 m ,设 计 速 度 1 0 0 k m /h ， 其 中 铜 钹 山 互 通 段 落 起 始 桩 号 K3 5 + 9 6 0 , 终 点 桩 号 K 3 7 + 2 0 0 。该 互 通 共 设 匝 道 5 座 ，路 基 宽 度 为 16 m 以 及 9 m ,设 计 速 度 4 0 k m /h 。
相互联系，动态更新
3 . 2 . 2 横断面装配 Civil 3 D 软 件 提 供 了 一 系 列 预 定 义 构 件 ，包 括 行
车 道 、路 肩 、挡 土 墙 等 ，这 些 预 定 义 构 件 可 直 接 调 配 使 用 。但 在 设 计 过 程 中 不 难 发 现 这 些 预 定 义构 件 存 在 着 一 定 的 局 限 性 ，尤 其 是 在 地 形 复 杂 的 段 落 ，很 多 构 件 难 以 满 足 放 坡 要 求 ， 而 运 用 Civil 3 D 的 部 件 编 辑 器 （S A C )对 横 断 面 进 行 参 数 化 设 计 可 实 现 复 杂 地 形下的多级边坡设置。
i组^ 輕族i
酿 《雜丨
丨 族i
丨支座族丨
IE 1M 1
图 6 三维道路模型 的 统 计 还 是 防 护 工 程 数 量 的 统 计 上 ，三 维 模 型 都 相 较二维平面模型更加准确。 3 . 3 桥 梁 BIM设计
传统桥梁设计常基于路线资料与二维地形图完 成 ，这 样 相 对 独 立 的 设 计 往 往 会 出 现 设 计 冲 突 ，同 时 桥梁与被跨构造物之间的位置关系也不清晰明确。 而 在 B 1M 设 计 过 程 中 不 同 专 业 可 协 同 完 成 设 计 内 容 ，在 已 经 创 建 完 成 的 三 维 道 路 模 型 的 基 础 上 ，桥 梁 专 业 可 对 桥 梁 位 置 与 桥 型 布 置 进 行 方 案 比 选 ，高效 地获得最优方案。 3 . 3 . 1 桥 梁 BIM正 向 设 计 关 键 步 骤
1
一■ .W' 111 aItItrI^
图 5 参数化横断面设计
3.2.3道路三维模型创建 传 统 C A D 道 路 模 型 为 二 维 模 型 ，对 道 路 的 填 挖
情 况 反 映 不 够 直 观 。Ci vi 丨3 D 创 建 道 路 模 型 的 原 理 是 将 横 断 面 装 配 中 相 同 代 码 的 点 线 相 连 接 ，这 样 便 在 路 线 纵 向 上 形 成 了 要 素 线 与 边 坡 面 ，两 者 组 合 而 成 三 维 的 道 路 模 型 ，见 图 6 。与 二 维 模 型 相 比 较 ，三 维 道 路模型将道路的平纵横三者更好地结合在了一起， 通过曲面粘贴命令可实现道路模型与三维曲面的融 合 ，这 样 路 线 的 填 挖 情 况 将 更 加 直 观 明 了 。这 种 直 观 的交互方式能帮助设计人员迅速的判断填挖的合理 性 ，对 不 合 理 断 面 的 修 改 ：T.作 也 变 得 相 对 高 效 。在 调 整 过 程 中 对 平 纵 横 任 何 一 者 的 修 改 ，道 路 模 型 都 将 自动更新。
通 过 航 测 、G P S 、 卫 星 遥 感 等 方 式 获 取 原 始 地 形 数 据 ，将 其 导 人 Civil 3 D 中 ，在 排 除 异 常 高 程 点 及 等 高 线 后 ，根 据 需 要 对 曲 面 样 式 和 特 性 进 行 编 辑 ，即 可 获 得 三 维 地 形 曲 面 。该 互 通 段 二 维 地 形 及 三 维 地 形 见 图 1 、图 2 。
1 BIM 互通设计要点分析
在 公 路 工 程 中 ，互 通 方 案 的 合 理 性 与 否 对 工 程 的 经 济 效 益 、服 务 水 平 乃 至 行 车 安 全 都 有 着 重 要 的 影 响 。由 于 互 通 形 式 变 化 多 样 ，采 用 可 视 化 程 度 更 高 的 B IM 设 计 能 高 效 的 获 得 更 为 合 理 的 方 案 。BIM 互 通设计的关键根据设计阶段的不同主要有如下两 点 ：（1 )工 可 阶 段 的 关 键 是 方 案 展 示 与 对 比 ，同 一 互 通 段 落 通 常 存 在 着 较 多 方 案 ，利 用 B I M 的 可 视 化 平
第 6 期(总第266期 ） 2021 年 6 月
域 命 科 5 衫洪 URBAN ROADS BRIDGES & FLOOD CONTROL
成果应用
DOI: 1 0 .16799/ki.csdqyfh.2021.06.082
B I M 正向设计在高速公路互通立交工程中的应用
唐祐 ( 中 交 第 二 航 务 工 程 勘 察 设 计 院 有 限 公 司 ，湖 北 武 汉 4 3 0 0 6 0 )
•_
> --
地形曲面创建
图 3 道路模型创建流程
3 . 2 . 1 路线平纵设计 Civil 3 D 创 建 路 线 平 面 的 方 法 有 多 种 ，包 含 ：（1 )
对 象 法 ：直 接 绘 制 多 段 线 ，以 多 段 线 为 对 象 创 建 路 线 ，其 中 多 段 线 应 为 连 续 对 象 。（2 ) 图 元 法 ：先 建 立 固 定 图 元 ，再 依 次 创 建 浮 动 图 元 与 自 由 图 元 ，该 法 常 适 用 于 复 杂 线 型 设 计 。 （3 ) 交 点 法 ：运 用 路 线 布 局 工 具 直 接 创 建 路 线 ，同时还能够精确修改曲线半径以及 缓 和 曲 线长度等参数。本项目由于包含多个匝道段 落 ，使 用 交 点 法 创 建 路 线 更 为 合 适 。
Civil 3 D 可 通 过 曲 面 面 积 计 算 与 放 坡 体 积 计 算 等方法统计道路工程量，由于三维道路模型与曲面 模 型 的 融 合 更 接 近 于 实 际 地 形 ，不 论 是 在 土 石 方 量
•322 •
2021年 第 6 期
唐 韬 ：B IM 正 向 设 计 在 高 速 公 路 互 通 立 交 工 程 中 的 应 用
3 BIM 正向设计
3 . 1 地形曲面创建
传 统 C A D 二 维 地 形 图 由 简 单 的 点 线 构 成 ，而 Civil 3 D 中 的 三 维 地 形 图 由 具 有 高 程 信 息 的 高 程 点 及 等 高 线 等 图 元 构 成 。 相 比 于 传 统 二 维 地 形 ，三 维 地 形 图 更 能 反 映 地 势 的 起 伏 状 况 ，同 时 还 能 通 过 编 辑 曲 面 特 性 进 行 高 程 分 析 以 及 流 域 分 析 等 。三 维 地 形 有 助 于 道 路 专 业 进 行 线 位 比 较 、放 坡 分 析 ，同 时 有 利 于 桥 梁专业对桥墩布置合理性进行分析。
利 用 Civil 3 D 的 快 速 纵 断 面 功 能 ，可 以 高 效 地 形 成 路 线 纵 断 面 ，并 对 沿 线 的 填 挖 量 有 大 致 的 预 估 。在 同一纵断面图中可以实现多条纵断面设计线的同时 创 建 ，这 样 便 于 对 不 同 的 方 案 进 行 比 选 。倘 若 在 设 计 过 程 中 调 整 平 面 线 位 ，纵 断 面 地 面 线 将 自 动 更 新 ，但 纵 断 面设计线需进行手动调整。在多视口模式下利 用 “桩 号 追 踪 器 ”功 能 可 实 现 路 线 具 体 桩 号 与 纵 断 面 的 一 一 对 应 ，实 现 纵 断 面 的 精 确 调 整 。铜 钱 山 互 通 路 线平面见图4。