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，為高速公路市政化改造項目，路線全長約8.5km，共設置互通式立交8處，橋梁37座，景觀天橋11座，兩側輔道設綜合管廊總長約17.6km，總投資約95.9億元。項目采用城市快速路標準，雙向8車道主路，設計速度80km/h；雙向6車道輔路，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(qū)域，面臨景觀要求高、征地拆遷困難、沿線用地受限、路網密度大，且交通繁忙、建設周期短、協調難度大、施工交通組織復雜等突出問題。如何在項目實施過程中減少社會影響，提高工程質量和效率，成為深圳市交委關注的焦點。BIM技術以其可視性、協調性、模擬性、優(yōu)化性等特點，為本項目復雜難題的解決提供了良好的幫助。

本文結合梅觀高速公路清湖南段市政道路工程,研究和探索BIM技術在公路市政領域設計階段的應用價值。

基礎環(huán)境的構建

1.實景模型的構建

本項目采用無人機傾斜攝影測量技術，進行全線實景數據的獲取，并在沿線布設58個高精度相控點，提高實景模型的精度，最終應用Context Capture軟件構建項目區(qū)域高精度實景模型28G（相當于1：1000地形圖的精度）。

地質模型

2.地質模型的構建

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，地質條件也是關乎設計質量的重要影響因素，對路基、護坡道、橋墩基礎的設計都有較大影響。本項目通過基于MicroStation平臺研發(fā)地質建模工具集，基于勘探的原始鉆孔數據、地質剖面圖、地質平面圖、地形圖等數據，快速構建項目區(qū)域三維地質模型。

3.管線模型的構建

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等設施的制約，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，根據物探資料，精確完整構建地下管線的BIM模型，準確清晰定位管線位置，為項目的管線遷移、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，將實景模型、三維地質模型、地下管線現狀模型集成,形成精確的項目基礎環(huán)境模型,作為BIM設計的關鍵基礎。

BIM設計

1.道路設計

項目路線走向受兩側用地限制，路網密度大且交通繁忙，雙向8車道主路為原高速公路改造擴建的城市快速路，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計規(guī)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，并通過自主研發(fā)道路設計工具，快速完成全線復雜路段平、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

項目全線共設橋梁37座，大部分位于互通式立交區(qū)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、門架墩、墻式墩等復雜異型結構。針對本項目的橋型特點及設計要求，項目組基于Open Roads Designer的參數化設計技術，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，實現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，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(qū)域地下環(huán)境復雜，沿線通訊、燃氣、熱力、次高壓、給排水等管線密布，綜合管廊設計成為項目設計的一大難點。精確合理的綜合管廊設計，成為工程成敗的一個關鍵點。項目組基于Open Roads Designer的參數化設計技術，建立管廊截面、節(jié)點構件庫，并自主研發(fā)綜合管廊設計工具集，實現管廊的自動布設和建模，為工程實施過程中的管線遷改、管廊布設、管線入廊等問題掃清障礙。

4.天橋BIM設計

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，按照高標準的要求，完成天橋BIM模型的構建，并將天橋與路線方案、實景模型充分融合，實現基于實景環(huán)境，多角度、全方位方案展示。

5.景觀綠化BIM設計

以往景觀設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)、更真實的景觀設計，項目組基于Open Roads Designer和LumenRT軟件，快速實現景觀綠化植物的布設和展示，將項目區(qū)域景觀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。

BIM應用

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)達地區(qū)，土地資源稀缺，走廊內用地受限，路線立交的優(yōu)化難度極大。針對這一問題，創(chuàng)新采用BIM道路設計，實現了路線立交方案的快速設計，并結合拆遷、技術經濟指標實現多方案的快速優(yōu)化比選，大幅提高設計的品質和水平，得到了業(yè)主和相關專家的高度好評。

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)主對于景觀要求非常高，在橋梁方面，要求采用復雜的景觀造型。項目針對橋梁設計中的問題，創(chuàng)新采用橋梁BIM設計，實現復雜異型結構（花瓶墩、鋼箱梁、鋼混組合梁等）的構建。并結合景觀要求、地質條件，在方案初期實現橋梁結構方案比選和優(yōu)化，大幅提高了橋梁設計質量。

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建影響，致使綜合管線的線位設計造成了巨大的困難。在綜合管廊的設計上，利用BIM技術的可視化、碰撞檢測、協調性，對綜合管廊的線位布設進行優(yōu)化調整，在施工前解決問題，減少了設計變更，避免了不必要的窩工返工。

管線遷改方案比選優(yōu)化

2.現狀管線遷改

項目區(qū)域地下管網密布，對項目設計方案和實施影響非常大，尤其是管廊布設和管線遷改的難度極大。項目組利用BIM技術可視化的優(yōu)勢，在地下密布的構造物基礎和管網中，通過道路、橋梁、綜合管廊各專業(yè)間協同設計，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

實景技術對既有高速公路現狀有清楚的表達和描述，而BIM設計技術又能夠充分展示和呈現改造后項目區(qū)域的情況。本項目應用實景技術和BIM技術，創(chuàng)新交流方式，將既有現狀與改造后項目情況通過技術手段，實時對比呈現，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(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)劣直接關系項目的實施難度和工程造價。項目組通過BIM技術的可視化優(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，全線僅僅拆遷57834平方米。同時在征拆方案的交流和協調過程中，BIM提供了良好的溝通平臺，使得主管領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建。針對這一難題，項目組通過BIM技術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，設計要求極高，通過BIM技術在設計階段的應用和創(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技術綜合解決方案，并建立了一支既懂專業(yè)，又熟練應用BIM設計的專業(yè)技術隊伍。這些成果和經驗將為后續(xù)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(qū)改擴建項目起到推動和示范引領作用。

未來，在上述研發(fā)成果的基礎上，結合梅觀項目的建設、運營管理和養(yǎng)護需求，將BIM技術向縱深方向推進，構建建設和運營管理平臺。同時結合更多的工程項目，開展BIM應用和技術探索，總結公路市政BIM技術標準規(guī)范，構建公路市政行業(yè)BIM標準體系，助推BIM技術在全行業(yè)全生命期廣泛應用。

授權轉載于：橋梁雜志

原標題：深圳梅觀高速公路上的BIM設計應用

作者 / 程鵬 劉向陽 張峰