摘要：BIM (Building Information Modeling，建筑信息模型)技术是解决复杂工程问题的重要手段，安立路是京藏高速和京承高速之间的南北向主要交通干道。在安立路改造项目的概念设计期应用BIM技术，特别的对安立路立水桥附近区域进行精细化建模，建立了地铁五号线和现况安立路以及改造后的安立路模型，使得方案对比实现了三维可视化、可模拟性、协调性和优化性。

关键词：道路工程；概念设计；城市快速路；BIM技术；

引 言

BIM (Building Information Modeling，建筑信息模型)是建筑项目物理和功能特性的数字化表达，也是建筑项目相关信息的共享知识资源[[i]]。BIM技术是信息化、数字化、互联网、物联网等现代信息技术发展及在工程领域应用的必然结果；是智慧交通、智慧城市建设过程的必经阶段；也是工程建管养体制从“设计、施工、运维分离”向“全生命期设计、施工、运维一体化”发展的必然要求，归根结底是土建行业工业化和产业化的必由之路。BIM技术的应用也必将给公路交通事业带来新的技术变革。

一、概述

BIM技术应当属于工程信息化范畴，其本质为工程数字化的重要手段和实现路径，通过BIM技术实现道路工程设计，特别是城市快速路的方案设计，可以最大程度发挥BIM技术三维可视化、可模拟性、协调性和优化性特性，可以快速将参与各方对项目的理解拉倒一个相同的沟通级别。

项目依托北京市安立路，该项目是北京市北部纵轴区域内的一条放射性国道主干线，为规划国道111重要组成部分，连接中心城与北部地区，在北京市域范围内称为安立路。国道111起点为安定门，终点为黑龙江省加格达奇，全长2123公里。其中北京段全长约167公里。

1.1 工程概述

本期工程研究范围为（科荟路-北六环），全长约18公里。道路规划等级为城市快速路，主路设计速度为80km/h，辅路设计速度为60km/h，红线宽度60-80米。

项目位于朝阳西北部及昌平南部地区，是京藏高速和京承高速之间的南北向主要交通干道。沿线经过天通苑居住区、回龙观居住区、北七家组团、TBD、未来科技城等地区，远端可辐射中关村科学城和怀柔科学城。建成后将实现北部地区与中心成之间的快速通道，是连接中关村科学城、未来科技城和怀柔科学城快速交通走廊的重要组成部门，是天通苑、回龙观、北七家等地区交通快速疏解通道，同时也是北京市重要的公共交通走廊、北部地区的旅游通道和北部地区防灾、减灾的重要通道。

1.2 BIM技术在道路设计应用

BIM技术虽然目前在工民建行业应用较为广泛，但在道路设计行业的应用，一直是国内外研究的热点。

邓雪原[[ii]]等从信息共享的角度对 BIM进行了级别分类，即建模－协作－集成的 BIM模型程序构建；李犁[[iii]]等学者，述了基于BIM技术的建筑信息平台的结构与构建方法，使各个专业在图形显示编辑平台上，利用底层数据库所存储的数据，进行多部门多专业的规划、设计、施工、运营维护等，真正做到协同工作。刘向阳[[iv]]等，以BIM技术为基础，依托包茂高速公路项目，研发公路三维数字建模技术构建全项目道路、桥涵构造物的三维模型；同时结合公路特点研究制定信息数据编码规则，创建了公路BIM多元信息数据库，实现公路BIM平台。在Azhar [[v]]（2011）引用的案例研究中，在道路设计阶段，业主通过使用BIM选择最经济的设计方案，节省了大约199.5万美元的成本。在另一个项目中（Zoo Interchange Project，2014）[[vi]]，早期创建的道路交汇处BIM模型，该模型是4D调度和5D调度+成本能力。经统计分析，该项目约节省了20，000页的设计文件的印刷，大大减少了设计人员的工作量。Hyunjoo Kim [[vii]] 等人应用面向对象的三维可视化建模来解决公路线性调整问题，有效的解决了道路建设中的耗时问题；Weiss K等学者[[viii]]为我们介绍了BIM软件如何在公路工程设计过程中进行可视化处理，并以埃尔多拉多县（加利福尼亚州）的道路项目为例，展示了信息建模如何整合土地和道路几何之间的关系。研究表明，BIM可视化可以帮助设计者提前发现问题或提出多个设计方案，从而更好地了解变更对项目成本和工期的影响。陈光宇[[ix]]等，在检验分析公路设计基础上，结合工程经验提出了公路设计中 BIM的应用思路。

2 基于BIM技术道路方案设计

在安立路项目的方案设计阶段，主要应用BIM技术进行了设计方案快速成型和方案可行性验证工作，考虑了安立路项目为城市快速路，道路复杂，且制约因素较多，项目也确定采用欧特克工程建设行业 BIM平台，主要应用了Civil 3D、Infraworks和Revit，辅助采用了视频编辑软件。

基于Autodesk BIM软件Civil 3d、Revit和Infraworks协同设计工作流程如下所示。

 1、方案初定：（Infraworks）

在Infraworks中获取真实的地形地物信息，直观地进行路线方案设计，并快速进行道路平纵横设计及土石方计算。对不同方案进行直观展示及比选，初步确定合理的方案。

2、详细设计及三维建模：（Civil 3D）

将Infraworks初步确定的方案路线导入到Civil 3d，结合实际测绘地形图，进行道路的细部设计及三维建模：

1）地形曲面创建与分析

运用曲面创建功能，由实际测绘地形点、等高线生成地形曲面，进行曲面优化，并进行高程、坡度、流域分析。

2）路线平面设计

据道路等级、结合旧路，确定平曲线半径、缓和曲线长度

3）道路纵断面设计

使用竖曲线创建工具，结合最大坡度、坡长限制，确定道路的坡度、竖曲线长度，并通过平纵联动，动态观察各断面填挖方情况。经对比分析，实时调整坡度坡长，最终确定合理的纵断面。

4）道路横断面设计

进行道路装配设计，包括道路断面形式、车道宽度类型、面层基层厚度、边坡坡度等。

5）土石方计算

运用曲面法，对比道路曲面和地形曲面间的体积，精确计算土石方量。

6）三维建模

将设计好的道路进行三维建模，并进行道路标线设计。

3、 构筑物的精细建模（Revit）

在建模软件revit中对设计中需要重点展现或复杂节点进行概念性建模，并依托企业级构件族库实现节点桥梁和隧道等快速建模与整合。

4、平台整合：（Infraworks）

将Civil 3D建好的三维道路模型导回到Infraworks中，进行细化设计，比如增加绿化，车辆等，并进行交通模拟，碰撞检查，更直观地展示设计道路的效果。

1）在Infraworks进行快速方案设计，直观进行方案比选。

2）将Infraworks初定方案导入到Civil 3D进行细部设计：地形曲面创建→道路模型创建（平面设计、纵断面设计、横断面设计、土石方计算）

3）将Civil 3D建立的地形曲面、三维道路模型导回到Infraworks中，进行效果展示及交通模拟。

3 基于BIM技术的安立路概念设计初探

本次概念设计按照《城市快速路设计规程》进行设计，以适应未来交通发展和安全的需要，在规划范围内尽量采用较高的线形标准，保障行车安全，充分体现“以人为本、安全舒适”的设计理念。

本工程道路沿线均有现状路，全线基本保持三上三下或四上四下城市主干路的标准，且路况较好，本次设计路线主要利用现状走廊带建设，分为主路和辅路两部分。如何更好的做到合理布置主线线位、道路横断面，合理考虑主路交通、地面辅路、快速公交、沿线轨道、地下管线等交通系统，减少对现状道路的占用，最大程度的利用现状道路是项目设计的关键点。根据交通量预测结果，道路横断面主路保证三上三下六条机动车道、辅路保证三上三下六条机动车道的建设标准；同时通过对现状沿线公交系统及客流的研究，考虑设置BRT公交专用道同时预留有轨电车布设条件。主路方案采用高架形式，天通苑路段采用主路隧道下穿形式进行必选，辅路方案保留原三上三下交通系统，快速公交采用地面和高架两种方式进行比较选。

安立路整体概念设计方案主要采用了Infraworks软件进行了方案整合与展示，采用C3D软件对道路的路线、路基路面等信息进行了建模，导入Infraworks，同时在特殊节点采用revit进行了桥梁和隧道洞口建模，整体平台展示模型如图3所示。

而BIM技术的应用在复杂节点的方案比选等环节起到很好的效果，图4为安立路采用高架桥方案通过地铁五号线立水桥，图5为采用隧道方案通过立水桥附近道路断面图，图六为隧道口BIM模型图，可以直观的看出采用对周边影响小、有效降低噪音，同时不占用绿地空间，整体环保对周边居民影响最小。

4 结论

安立路改造项目位于朝阳西北部及昌平南部地区，是京藏高速和京承高速之间的南北向主要交通干道。在该项目的概念设计期，采用BIM技术能最大化的发挥优势，使得方案展示更加直观。

特别的采用BIM技术对安立路立水桥附近区域进行精细化建模，建立了地铁五号线和现况安立路以及改造后的安立路模型，使得方案对比实现了三维可视化、可模拟性、协调性和优化性特性。

参考文献：

[[1]]鲁丹.BIM内容库组织结构研究[D].天津大学，2014.

[2]邓雪原.CAD、BIM与协同研究[J].土木建筑工程信息技术，2013，5(5):20-25.

[3]李犁，邓雪原.基于BIM技术的建筑信息平台的构建[J].土木建筑工程信息技术， 2012(2):25-29.

[4]刘向阳，吴健，刘国图，等.基于BIM的公路全寿命周期管理平台构建与应用[J]. 公路，2016(8):131-137.

[5] Azhar S. Building Information Modeling (BIM): Trends，Benefits， Risks， and Challenges for the AEC Industry[J]. Leadership & Management in Engineering， 2011， 11(3):241-252.

[6] Zoo Interchange Project (2014) Retrieved from http://tinyurl.com/l9ysfvt，30 November.

[7] Kim H，Anderson K. Energy Modeling System Using Building Information Modeling Open Standards[J]. Journal of Computing in Civil Engineering， 2013， 27(3):203-211.

[8] Weiss K. Software Shortcuts: Building Information Modeling and Horizontal Assets[J]. Public Works，2010， 141.

[9]陈光宇. 利用Civil 3D从测量点数据创建数字地形模型[J]. 黑龙江水利科技， 2008， 36(1):51-52.

 

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