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(xiàng)目，路線全長(zhǎng)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(zhǎng)約17.6km，總投資約95.9億元。項(xiàng)目采用城市快速路標(biāo)準(zhǔn)，雙向8車(chē)道主路，設(shè)計(jì)速度80km/h；雙向6車(chē)道輔路，設(shè)計(jì)速度40km/h；標(biāo)準(zhǔn)斷面總寬為90m。本次設(shè)計(jì)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(xiàng)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(wèn)題。如何在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中減少社會(huì)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(diǎn)。BIM技術(shù)以其可視性、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性等特點(diǎn)，為本項(xiàng)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(jì)階段的應(yīng)用價(jià)值。

基礎(chǔ)環(huán)境的構(gòu)建

1.實(shí)景模型的構(gòu)建

本項(xiàng)目采用無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)，進(jìn)行全線實(shí)景數(shù)據(jù)的獲取，并在沿線布設(shè)58個(gè)高精度相控點(diǎn)，提高實(shí)景模型的精度，最終應(yīng)用Context Capture軟件構(gòu)建項(xiàng)目區(qū)域高精度實(shí)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(duì)于大型綜合市政工程設(shè)計(jì)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(jì)質(zhì)量的重要影響因素，對(duì)路基、護(hù)坡道、橋墩基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)都有較大影響。本項(xiàng)目通過(guò)基于MicroStation平臺(tái)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(xiàng)目區(qū)域三維地質(zhì)模型。

3.管線模型的構(gòu)建

市政項(xiàng)目建設(shè)環(huán)境非常復(fù)雜，尤其是地下環(huán)境，常常受錯(cuò)綜復(fù)雜的地下管線等設(shè)施的制約，而這類(lèi)項(xiàng)目常常需要向地下要空間。針對(duì)這一問(wèn)題，項(xiàng)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(xiàng)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(shí)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(xiàng)目基礎(chǔ)環(huán)境模型,作為BIM設(shè)計(jì)的關(guān)鍵基礎(chǔ)。

BIM設(shè)計(jì)

1.道路設(shè)計(jì)

項(xiàng)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(chē)道主路為原高速公路改造擴(kuò)建的城市快速路，雙向6車(chē)道輔路為新建城市快速路的輔道。為了滿足項(xiàng)目需求和我國(guó)公路市政道路設(shè)計(jì)規(guī)范，項(xiàng)目組以O(shè)pen Roads Designer道路設(shè)計(jì)軟件為基礎(chǔ)，建立參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)橫斷面模板庫(kù)，并通過(guò)自主研發(fā)道路設(shè)計(jì)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(jì)和構(gòu)建，并自動(dòng)計(jì)算道路土石方數(shù)量。

三維橋梁設(shè)計(jì)

2.橋梁BIM設(shè)計(jì)

項(xiàng)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(mén)架墩、墻式墩等復(fù)雜異型結(jié)構(gòu)。針對(duì)本項(xiàng)目的橋型特點(diǎn)及設(shè)計(jì)要求，項(xiàng)目組基于Open Roads Designer的參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)，建立橋墩、橋臺(tái)、鋼箱梁等構(gòu)件庫(kù)，并自主研發(fā)橋梁設(shè)計(jì)與參數(shù)化建模工具集，實(shí)現(xiàn)橋梁墩高和樁長(zhǎng)的自動(dòng)計(jì)算，橋墩、橋臺(tái)和鋼箱梁等的智能布設(shè)，有效解決項(xiàng)目中特殊異型結(jié)構(gòu)橋梁的快速設(shè)計(jì)與模型構(gòu)建。

管廊及管道BIM模型

3.綜合管廊BIM設(shè)計(jì)

項(xiàng)目所在區(qū)域地下環(huán)境復(fù)雜，沿線通訊、燃?xì)?、熱力、次高壓、給排水等管線密布，綜合管廊設(shè)計(jì)成為項(xiàng)目設(shè)計(jì)的一大難點(diǎn)。精確合理的綜合管廊設(shè)計(jì)，成為工程成敗的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。項(xiàng)目組基于Open Roads Designer的參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)，建立管廊截面、節(jié)點(diǎn)構(gòu)件庫(kù)，并自主研發(fā)綜合管廊設(shè)計(jì)工具集，實(shí)現(xiàn)管廊的自動(dòng)布設(shè)和建模，為工程實(shí)施過(guò)程中的管線遷改、管廊布設(shè)、管線入廊等問(wèn)題掃清障礙。

4.天橋BIM設(shè)計(jì)

項(xiàng)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?yàn)?ldquo;一橋一景，爭(zhēng)創(chuàng)國(guó)際一流”。項(xiàng)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(shí)景模型充分融合，實(shí)現(xiàn)基于實(shí)景環(huán)境，多角度、全方位方案展示。

5.景觀綠化BIM設(shè)計(jì)

以往景觀設(shè)計(jì)都是以效果圖的方式展示最漂亮的時(shí)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(shí)的景觀設(shè)計(jì)，項(xiàng)目組基于Open Roads Designer和LumenRT軟件，快速實(shí)現(xiàn)景觀綠化植物的布設(shè)和展示，將項(xiàng)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(xiàng)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(duì)這一問(wèn)題，創(chuàng)新采用BIM道路設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了路線立交方案的快速設(shè)計(jì)，并結(jié)合拆遷、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)實(shí)現(xiàn)多方案的快速優(yōu)化比選，大幅提高設(shè)計(jì)的品質(zhì)和水平，得到了業(yè)主和相關(guān)專家的高度好評(píng)。

橋梁方案優(yōu)化比選

橋梁方案的快速設(shè)計(jì)和優(yōu)化比選

本項(xiàng)目為市政工程，業(yè)主對(duì)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(xiàng)目針對(duì)橋梁設(shè)計(jì)中的問(wèn)題，創(chuàng)新采用橋梁BIM設(shè)計(jì)，實(shí)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(shí)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(jì)質(zhì)量。

綜合管廊的方案優(yōu)化

管廊方案優(yōu)化論證

本項(xiàng)目用地空間非常有限，地下管線密布，橋梁密集，周邊水庫(kù)、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(jì)造成了巨大的困難。在綜合管廊的設(shè)計(jì)上，利用BIM技術(shù)的可視化、碰撞檢測(cè)、協(xié)調(diào)性，對(duì)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(wèn)題，減少了設(shè)計(jì)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(xiàng)目區(qū)域地下管網(wǎng)密布，對(duì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案和實(shí)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(xiàng)目組利用BIM技術(shù)可視化的優(yōu)勢(shì)，在地下密布的構(gòu)造物基礎(chǔ)和管網(wǎng)中，通過(guò)道路、橋梁、綜合管廊各專業(yè)間協(xié)同設(shè)計(jì)，比選出最優(yōu)的管廊方案和管線遷改方案。

3.改建項(xiàng)目方案創(chuàng)新展示

實(shí)景技術(shù)對(duì)既有高速公路現(xiàn)狀有清楚的表達(dá)和描述，而B(niǎo)IM設(shè)計(jì)技術(shù)又能夠充分展示和呈現(xiàn)改造后項(xiàng)目區(qū)域的情況。本項(xiàng)目應(yīng)用實(shí)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(xiàng)目情況通過(guò)技術(shù)手段，實(shí)時(shí)對(duì)比呈現(xiàn)，充分和清楚地表達(dá)項(xiàng)目建成對(duì)周邊環(huán)境的影響。

4.征地拆遷

本項(xiàng)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(kù)、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(fèi)用極大，拆遷方案的優(yōu)劣直接關(guān)系項(xiàng)目的實(shí)施難度和工程造價(jià)。項(xiàng)目組通過(guò)BIM技術(shù)的可視化優(yōu)勢(shì)，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(shí)在征拆方案的交流和協(xié)調(diào)過(guò)程中，BIM提供了良好的溝通平臺(tái)，使得主管領(lǐng)導(dǎo)和公眾能夠快速理解方案，對(duì)于征地拆遷給予了很大的支持。

5.施工期交通疏解

項(xiàng)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(shí)施改造擴(kuò)建。針對(duì)這一難題，項(xiàng)目組通過(guò)BIM技術(shù)開(kāi)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(mén)的理解和支持，有效地推動(dòng)了項(xiàng)目的順利開(kāi)展。

本項(xiàng)目作為深圳市重點(diǎn)工程，設(shè)計(jì)要求極高，通過(guò)BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)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(jì)的專業(yè)技術(shù)隊(duì)伍。這些成果和經(jīng)驗(yàn)將為后續(xù)項(xiàng)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(xiàng)目起到推動(dòng)和示范引領(lǐng)作用。

未來(lái)，在上述研發(fā)成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合梅觀項(xiàng)目的建設(shè)、運(yùn)營(yíng)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(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)。同時(shí)結(jié)合更多的工程項(xiàng)目，開(kāi)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(jì)應(yīng)用

作者 / 程鵬 劉向陽(yáng) 張峰