深圳梅觀(guān)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，為高速公路市政化改造項目，路線(xiàn)全長(cháng)約8.5km，共設置互通式立交8處，橋梁37座，景觀(guān)天橋11座，兩側輔道設綜合管廊總長(cháng)約17.6km，總投資約95.9億元。項目采用城市快速路標準，雙向8車(chē)道主路，設計速度80km/h；雙向6車(chē)道輔路，設計速度40km/h；標準斷面總寬為90m。本次設計內容主要分為兩部分，一是原高速公路改造擴建為城市快速路主路，二是兩側新建城市快速路的輔道。

項目地處城市成熟區域，面臨景觀(guān)要求高、征地拆遷困難、沿線(xiàn)用地受限、路網(wǎng)密度大，且交通繁忙、建設周期短、協(xié)調難度大、施工交通組織復雜等突出問(wèn)題。如何在項目實(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)調性、模擬性、優(yōu)化性等特點(diǎn)，為本項目復雜難題的解決提供了良好的幫助。

本文結合梅觀(guān)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)域設計階段的應用價(jià)值。

基礎環(huán)境的構建

1.實(shí)景模型的構建

本項目采用無(wú)人機傾斜攝影測量技術(shù)，進(jìn)行全線(xiàn)實(shí)景數據的獲取，并在沿線(xiàn)布設58個(gè)高精度相控點(diǎn)，提高實(shí)景模型的精度，最終應用Context Capture軟件構建項目區域高精度實(shí)景模型28G（相當于1：1000地形圖的精度）。

地質(zhì)模型

2.地質(zhì)模型的構建

對于大型綜合市政工程設計而言，除了地形、地貌、城市環(huán)境以外，地質(zhì)條件也是關(guān)乎設計質(zhì)量的重要影響因素，對路基、護坡道、橋墩基礎的設計都有較大影響。本項目通過(guò)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據、地質(zhì)剖面圖、地質(zhì)平面圖、地形圖等數據，快速構建項目區域三維地質(zhì)模型。

3.管線(xiàn)模型的構建

市政項目建設環(huán)境非常復雜，尤其是地下環(huán)境，常常受錯綜復雜的地下管線(xiàn)等設施的制約，而這類(lèi)項目常常需要向地下要空間。針對這一問(wèn)題，項目組以Subsurface Utilities研發(fā)工具集，根據物探資料，精確完整構建地下管線(xiàn)的BIM模型，準確清晰定位管線(xiàn)位置，為項目的管線(xiàn)遷移、管廊方案布設與優(yōu)化提供強有力的支撐。

三維環(huán)境模型

4.基礎環(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(xiàn)現狀模型集成,形成精確的項目基礎環(huán)境模型,作為BIM設計的關(guān)鍵基礎。

BIM設計

1.道路設計

項目路線(xiàn)走向受兩側用地限制，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(mǎn)足項目需求和我國公路市政道路設計規范，項目組以Open Roads Designer道路設計軟件為基礎，建立參數化標準橫斷面模板庫，并通過(guò)自主研發(fā)道路設計工具，快速完成全線(xiàn)復雜路段平、縱、橫斷面及三維道路(包含路基、路面、護坡道、護欄等)BIM模型設計和構建，并自動(dòng)計算道路土石方數量。

三維橋梁設計

2.橋梁BIM設計

項目全線(xiàn)共設橋梁37座，大部分位于互通式立交區域，結構形式多樣，上部涵蓋鋼箱梁、鋼—混凝土組合梁、預應力混凝土變截面箱梁等復雜結構，下部有花瓶墩、門(mén)架墩、墻式墩等復雜異型結構。針對本項目的橋型特點(diǎn)及設計要求，項目組基于Open Roads Designer的參數化設計技術(shù)，建立橋墩、橋臺、鋼箱梁等構件庫，并自主研發(fā)橋梁設計與參數化建模工具集，實(shí)現橋梁墩高和樁長(cháng)的自動(dòng)計算，橋墩、橋臺和鋼箱梁等的智能布設，有效解決項目中特殊異型結構橋梁的快速設計與模型構建。

管廊及管道BIM模型

3.綜合管廊BIM設計

項目所在區域地下環(huán)境復雜，沿線(xiàn)通訊、燃氣、熱力、次高壓、給排水等管線(xiàn)密布，綜合管廊設計成為項目設計的一大難點(diǎn)。精確合理的綜合管廊設計，成為工程成敗的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。項目組基于Open Roads Designer的參數化設計技術(shù)，建立管廊截面、節點(diǎn)構件庫，并自主研發(fā)綜合管廊設計工具集，實(shí)現管廊的自動(dòng)布設和建模，為工程實(shí)施過(guò)程中的管線(xiàn)遷改、管廊布設、管線(xiàn)入廊等問(wèn)題掃清障礙。

4.天橋BIM設計

項目所在區域是深圳市中軸線(xiàn)景觀(guān)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，按照高標準的要求，完成天橋BIM模型的構建，并將天橋與路線(xiàn)方案、實(shí)景模型充分融合，實(shí)現基于實(shí)景環(huán)境，多角度、全方位方案展示。

5.景觀(guān)綠化BIM設計

以往景觀(guān)設計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(guān)不同。為了向業(yè)主展示多季節、更真實(shí)的景觀(guān)設計，項目組基于Open Roads Designer和LumenRT軟件，快速實(shí)現景觀(guān)綠化植物的布設和展示，將項目區域景觀(guān)方案根據四季變化全面呈現和論證，為方案的全面優(yōu)化論證提供了新的方法和技術(shù)。

BIM應用

1.方案快速比選

立交橋方案優(yōu)化比選

路線(xiàn)立交方案優(yōu)化比選

項目地處發(fā)達地區，土地資源稀缺，走廊內用地受限，路線(xiàn)立交的優(yōu)化難度極大。針對這一問(wèn)題，創(chuàng )新采用BIM道路設計，實(shí)現了路線(xiàn)立交方案的快速設計，并結合拆遷、技術(shù)經(jīng)濟指標實(shí)現多方案的快速優(yōu)化比選，大幅提高設計的品質(zhì)和水平，得到了業(yè)主和相關(guān)專(zhuān)家的高度好評。

橋梁方案優(yōu)化比選

橋梁方案的快速設計和優(yōu)化比選

本項目為市政工程，業(yè)主對于景觀(guān)要求非常高，在橋梁方面，要求采用復雜的景觀(guān)造型。項目針對橋梁設計中的問(wèn)題，創(chuàng )新采用橋梁BIM設計，實(shí)現復雜異型結構（花瓶墩、鋼箱梁、鋼混組合梁等）的構建。并結合景觀(guān)要求、地質(zhì)條件，在方案初期實(shí)現橋梁結構方案比選和優(yōu)化，大幅提高了橋梁設計質(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(xiàn)密布，橋梁密集，周邊水庫、大型企業(yè)、工廠(chǎng)、物流園區等既有建筑不受道路擴建影響，致使綜合管線(xiàn)的線(xiàn)位設計造成了巨大的困難。在綜合管廊的設計上，利用BIM技術(shù)的可視化、碰撞檢測、協(xié)調性，對綜合管廊的線(xiàn)位布設進(jìn)行優(yōu)化調整，在施工前解決問(wèn)題，減少了設計變更，避免了不必要的窩工返工。

管線(xiàn)遷改方案比選優(yōu)化

2.現狀管線(xiàn)遷改

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

3.改建項目方案創(chuàng )新展示

實(shí)景技術(shù)對既有高速公路現狀有清楚的表達和描述，而B(niǎo)IM設計技術(shù)又能夠充分展示和呈現改造后項目區域的情況。本項目應用實(shí)景技術(shù)和BIM技術(shù)，創(chuàng )新交流方式，將既有現狀與改造后項目情況通過(guò)技術(shù)手段，實(shí)時(shí)對比呈現，充分和清楚地表達項目建成對周邊環(huán)境的影響。

4.征地拆遷

本項目地處發(fā)展成熟區域，改建方案相較原高速公路斷面拓寬了50多米。沿線(xiàn)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(shí)施難度和工程造價(jià)。項目組通過(guò)BIM技術(shù)的可視化優(yōu)勢，結合周邊用地情況，反復論證優(yōu)化征拆方案，最大限度地將拆遷量降到最低，全線(xiàn)僅僅拆遷57834平方米。同時(shí)在征拆方案的交流和協(xié)調過(guò)程中，BIM提供了良好的溝通平臺，使得主管領(lǐng)導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(shí)施改造擴建。針對這一難題，項目組通過(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)了項目的順利開(kāi)展。

本項目作為深圳市重點(diǎn)工程，設計要求極高，通過(guò)BIM技術(shù)在設計階段的應用和創(chuàng )新，解決了各專(zhuān)業(yè)方案論證優(yōu)化、施工期交通疏解、施工組織、景觀(guān)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(zhuān)業(yè)，又熟練應用BIM設計的專(zhuān)業(yè)技術(shù)隊伍。這些成果和經(jīng)驗將為后續項目提供可推廣、可借鑒、可復制的解決方法和流程，為發(fā)達地區改擴建項目起到推動(dòng)和示范引領(lǐng)作用。

未來(lái)，在上述研發(fā)成果的基礎上，結合梅觀(guān)項目的建設、運營(yíng)管理和養護需求，將BIM技術(shù)向縱深方向推進(jìn)，構建建設和運營(yíng)管理平臺。同時(shí)結合更多的工程項目，開(kāi)展BIM應用和技術(shù)探索，總結公路市政BIM技術(shù)標準規范，構建公路市政行業(yè)BIM標準體系，助推BIM技術(shù)在全行業(yè)全生命期廣泛應用。

授權轉載于：橋梁雜志

原標題：深圳梅觀(guān)高速公路上的BIM設計應用

作者 / 程鵬 劉向陽(yáng) 張峰