高速公路十车道改扩建项目的BIM参数化设计与应用

高速公路十车道改扩建项目的BIM参数化设计与应用

辽宁省交通规划设计院有限责任公司采用BIM技术完成了高速公路十车道改扩建项目的设计与应用。该项目全长230余公里，技术标准高，通过参数化设计和Revit平台的深化工作，实现了高精度模型的创建。

辽宁省交通规划设计院有限责任公司成立于1954年，现隶属于辽宁省交投集团，业务范围遍布29个省、自治区，综合实力在全国公路勘察设计行业中名列前茅，设计“神州第一路”“鸭绿江大桥”。秉持“12366”战略发展思路，坚持“提供集成一体化的产品和服务”为核心，聚焦“综合交通建设领域、城市发展领域”两大核心业务领域，构建“特色化发展”“平台化发展”“数智化发展”三个业务发展格局，布局 “一轴两翼三延”六大业务。

本改扩建项目的高速公路是《国家公路网规划(2013年-2030年)》七条高速公路首都放射线之一，是东北地区公路交通运输大动脉和进出关的重要通道，在国家和区域路网中居重要地位。本高速公路扩容项目，起自葫芦岛市，止于盘锦市盘锦枢纽互通式立交。新建复线至前所枢纽互通式立交，利用既有高速公路由六车道改扩建为整体十车道，项目路线全长230余公里，原路改扩建段长200余公里，采用整体式十车道标准扩建。项目共设置互通式立交近20座，服务区近10处，特大桥4座，大桥30余座、中桥50座、分离式立交(主线上跨) 30余座、分离式立交(主线下穿) 40余座,长隧道1600余米/1座。

项目规模大，主线为10车道高速公路，技术标准高，相关规范指导意义不强、可借鉴的经验不多，同时，既有与新建桥梁拼宽方案设计与建设方案，车流量大，道路保通施工交通组织设计难度高。全线公路、桥梁、隧道要求高精度、精细化BIM模型成果交付。因此，根据项目管理与技术应用需求，结合项目改扩建与新建段协同设计要求，制定本项目BIM实施方案与技术标准，共同构建为本项目的技术应用体系，确定整体项目协作模式、BIM技术路线选型，确定模型拆分与整合方案。

本项目前期采用同豪公路工程BIM设计软件，基于参数化设计方式，结合正射影像与地面高程数据生成地面模型，开展方案比选、路线选线及道路、桥梁、隧道等设施的参数化三维初步设计。在倾斜摄影资料的支持下大幅度提升了项目设计汇报进程以及模型设计、修改与BIM应用的效率。

为满足后续高精度BIM模型交付，并且充分利用项目初步设计阶段成果，项目团队制定了本项目数据交互标准，通过初步设计成果输出关键设计数据，并通过Excel数据表格进行数据交互，接力前序阶段参数化设计数据，补充模型构件拆分与WBS编码数据后，在Revit平台进行后续模型深化工作。为降低开发难度，使用Dynamo可视化编程界面作为程序应用平台，使用Python语言作为程序实现工具，调用Revit API生成模型，从而实现便捷、快速大批量的高精度模型创建。在本项目中，完成基于设计数据的路基、路面、常见结构形式桥梁、涵洞以及隧道的自动建模程序开发，工程师可以根据项目需要使用设计数据自动创建模型并完成编码赋值等工作，极大程度的减少工程师的重复工作，从而可以投入更多精力关注在设计本身。

道路模型生成主要分为：数据准备、族库创建、坐标计算、模型生成、编码赋值五个步骤。

数据准备阶段充分考虑利用前序阶段的设计成果，导出设计数据，以Excel文档作为数据交换文件，整理并汇总设计数据，包括：总体、路线、路基、路面、防护、排水、排水构件参数、桥梁、涵洞、洞口构件参数、交安、WBS编码等数据。

总体数据主要为道路类型、建模范围、分段长度、基点坐标等总体信息，对建模进行总体控制。

路线数据包括道路逐桩的桩号、坐标、高程及横坡信息，作为BIM构件三维空间坐标计算的数据源。

路基数据包括逐桩断面的桩号、中心填挖高、路基两侧逐级坡高、坡率及平台、护坡道、碎落台宽度，用于描述路基边坡形状。

路面数据包括路面宽度、路面厚度、路缘石尺寸、中分带开口数据，用于描述路基横向宽度及路面分层结构等信息。

防护数据包括挡墙起终点桩号、断面尺寸、挡墙材料等信息，用于描述挡墙位置及断面形状。

排水数据描述边沟、截水沟、泄水槽、急流槽等排水设施的布设位置及型式。

桥梁数据包括桥梁的中心桩号、角度、桥长、起终点侧的桥台侧墙（或耳墙）长以及洞口型式。

以及其他各类用于描述设计成果的设计数据。

本项目中采用的族主要分为三大类：全部有自适应点控制的自适应族、自适应路径+参数化断面族及普通参数化族。

全部采用自适应点控制形体生成的构件主要包括：路基、路面、挡墙、锥坡以及大部分用于剪切的空心等模型。

自适应路径+参数化断面族主要用于长度随路线变化而断面点数相对固定的模型，如边沟、路缘石、护栏等。

常规的参数化族主要用于形状较规则，参数个数相对固定且不受路线长度影响的模型，如涵洞各构件、护栏柱、交通标志等模型。

在坐标计算过程中，需要分别考虑几种不同类型族文件的放置方式，并根据需要计算所需的坐标值。例如，采用全部自适应点族创建的模型，计算全部自适应点三维坐标；采用自适应路径+参数化断面族创建的模型，计算路径自适应点三维坐标；采用参数化族创建的模型，计算族插入点的三维坐标及方位角。这一部分的运算过程在读取设计数据文件后，在程序中实现。

模型的生成主要通过在Dynamo中通过Python代码调用RevitAPI实现模型的批量创建与构件放置。

部分模型完成放置后还需要进行剪切等后处理操作以满足使用需求。

下面是部分模型的展示：

完成模型创建后，根据工程管理需要对模型进行编码赋值。

桥梁与隧道模型的创建过程与道路模型方法类似，也是通过Excel文档进行设计数据交互，并使用Dynamo进行模型构件的批量生成与放置。此处不再详述建模过程。

项目中的三个BIM应用案例简介

H型大悬臂门架桥墩专项设计

七里台大桥全长近500m，由于大桥跨越既有公路，原桥左幅8号桥墩、右幅6号桥墩采用大悬臂盖梁，新加宽部分因既有公路的影响需设计成门架桥墩，门架桥的盖梁采用钢盖梁。需综合考虑H型大悬臂及新建桥墩与既有桥梁的协调关系。上部新加宽部分与原桥上部连接，下部不连接。加宽上部采用钢混组合梁，下部采用桩柱式桥墩，实际过程中基于BIM模型充分考虑新旧桥墩的位置关系，确保桥墩不侵占既有公路界限。

全景融合应用

采用大疆Mavic 3 Enterprise无人机定期采集现场全景照片，基于JARVIS平台实景融合技术，实现施工现场与设计模型的净赚匹配，定期查看施工进度与问题，核查不同时间点问题处理情况，辅助现场施工与设计一致性对比分析及问题管控。

交通组织及抬高路基桥梁拼宽施工方案模拟

针对改扩建项目的重难点问题，进行交通组织及抬高路基桥梁拼宽施工方案模拟展示四阶段交通组织、路基施工、桥梁施工的详细过程，与建设方充分沟通保通方案，合理安排施工计划，确保改扩建期间道路畅通安全。