郭堅(jiān)，陳韜

(長沙市規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，湖南 長沙 410007)

建筑信息模型(BIM)是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，集成建筑市政工程項(xiàng)目各種相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)模型。它是對工程項(xiàng)目相關(guān)信息的詳盡表達(dá)，是數(shù)字技術(shù)在建筑市政工程中的直接應(yīng)用，可解決建筑工程在軟件中的描述問題，使設(shè)計(jì)人員和工程技術(shù)人員能對各種信息作出正確設(shè)計(jì)和應(yīng)對，并為協(xié)同工作提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

長沙市軌道交通1號線北延工程周南中學(xué)站項(xiàng)目主要由疏解期間地鐵站場結(jié)構(gòu)、軌道區(qū)間、地面道路系統(tǒng)、排水管線遷改臨時及永久管網(wǎng)系統(tǒng)組成，規(guī)模大、結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜、綜合性強(qiáng)。傳統(tǒng)的基于二維平面的方案比選和設(shè)計(jì)方法通常難以整合城市三維建構(gòu)筑物、地質(zhì)、道路、管網(wǎng)等重要信息。為提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，該項(xiàng)目應(yīng)用BIM技術(shù)輔助決策、指導(dǎo)設(shè)計(jì)。

1 工程概況

長沙市軌道交通1號線北延一期工程位于金霞組團(tuán)段，起于彩霞路站，止于開福區(qū)政府站(1號線一期起點(diǎn)站)，線路長約10.67 km，其中高架段約4.52 km、地下段約5.81 km、過渡段0.34 km。共設(shè)5座車站，其中2座高架站、3座地下站、1座換乘站(與10號線換乘)，平均站間距2.02 km，最大站間距2.064 km(青竹湖路站至馮蔡路站)，最小站間距1.946 km(馮蔡路站至周南中學(xué)站)。在線路北端(彩霞路站北側(cè))設(shè)沙河停車場1座。

周南中學(xué)站為地下2層車站，全長298.5 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬22.7 m，地下一層為站廳層，地下二層為站臺層，總建筑面積17 252.1 m2。有效站臺中心處頂板覆土4.5 m，底板埋深18.03 m，軌面埋深16.55 m，軌面高程24.25 m。車站站廳凈高3.5 m，站臺層凈高3.2 m，車站范圍內(nèi)由北向南設(shè)0.2 %坡。南北方向芙蓉北路規(guī)劃道路紅線寬60 m，東西方向興聯(lián)路規(guī)劃道路紅線寬46 m，均屬于城市主干道，均已建成通車。站體總體平面布置見圖1。

圖1 周南中學(xué)站總體平面布置示意圖

在車站結(jié)構(gòu)BIM模型(見圖2)的基礎(chǔ)上，綜合運(yùn)用Revit2017、路易2018及鴻業(yè)云協(xié)同平臺，實(shí)現(xiàn)交通疏解道路路面系統(tǒng)、市政排水管網(wǎng)系統(tǒng)、站場主體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、兩廂周邊建筑及地形的“多模合一”(見圖3)，便于項(xiàng)目各參與方協(xié)同工作，方便溝通，大大提高生產(chǎn)效率。

圖2 周南中學(xué)站BIM建筑結(jié)構(gòu)模型

圖3 基于云協(xié)同平臺的BIM綜合模型

2 基于BIM技術(shù)的交通疏解設(shè)計(jì)流程

利用基于BIM理念和云技術(shù)架構(gòu)的協(xié)同管理平臺即BIM云協(xié)同，將設(shè)計(jì)過程中采用的BIM工具軟件結(jié)合為BIM項(xiàng)目設(shè)計(jì)與管理的整體解決方案，實(shí)現(xiàn)地鐵建設(shè)全過程、多專業(yè)綜合設(shè)計(jì)。利用BIM技術(shù)將二維交通疏解圖變成三維立體形象的可視化模型，使各相關(guān)單位可直觀了解既有道路通過交通改造后的情況，然后建立交通流，模擬道路改造后的交通狀況，并針對模擬后的交通疏解方案進(jìn)行優(yōu)化分析，提高交通疏解方案的審核通過率。交通疏解流程見圖4。

圖4 基于BIM技術(shù)的交通疏解設(shè)計(jì)流程

3 基于BIM技術(shù)的周南中學(xué)站分期模型

通過前期各方銜接會議及所建立的未分期模型初步確定車站主體及附屬工程分5期施工。開始施工之前，拆除部分芙蓉北路兩側(cè)路側(cè)綠化帶與人行道、兩廂建筑退讓廣場空地，施作臨時路面等。分期過程中，通過建立與設(shè)計(jì)同步的BIM數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)及時直觀分析疏解期間設(shè)計(jì)車道預(yù)留及占地是否滿足設(shè)計(jì)、紅線要求，并實(shí)現(xiàn)過程聯(lián)動，發(fā)現(xiàn)問題迅速反饋，并修改分期及車道布置，提高設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量。限于篇幅，僅以交通疏解第4期的BIM模型為例進(jìn)行闡述。

3.1 站點(diǎn)主體施工位置及圍擋區(qū)域

第4期圍擋施工剩余的1、2號出入口；施工圍擋占用芙蓉北路西側(cè)輔道道路、人行道及周邊建筑退讓用地，圍擋面積1 071.98 m2。實(shí)施時間4個月。

3.2 疏解車道布置

如圖5所示，興聯(lián)路由東至西方向的行車道基本恢復(fù)現(xiàn)狀交通，疏解車道保持雙向八車道；芙蓉北路疏解車道利用東側(cè)主體施工時的回填區(qū)域，交通疏解保持雙向十車道+人非混行車道。芙蓉路口采用現(xiàn)狀信號燈控制交通。

圖5 第4期圍擋和交通疏解示意圖

3.3 對現(xiàn)狀交通、兩廂居民出入及消防的影響

第4期施工對興聯(lián)路交通影響甚微，對芙蓉北路南北向交通影響較大，不過其各方向交通基本暢通。由于該區(qū)域小區(qū)進(jìn)出口較多，施工期間能保證消防車抵達(dá)周邊建筑物。施工完成后，按照芙蓉北路現(xiàn)狀進(jìn)行道路恢復(fù)。

項(xiàng)目設(shè)計(jì)人員及BIM建模人員協(xié)調(diào)配合，根據(jù)市政道路路面系統(tǒng)、市政排水管線系統(tǒng)、車站總體結(jié)構(gòu)、兩廂建筑信息及周邊地形建立 “多模合一”BIM綜合模型(見圖6、圖7)，用于指導(dǎo)地鐵建設(shè)過程中的交通疏解設(shè)計(jì)。

圖6 第4期BIM地面交通模型

圖7 第4期BIM綜合模型

4 BIM技術(shù)關(guān)鍵應(yīng)用點(diǎn)

4.1 交通疏解過程中的行車視距檢查

應(yīng)用BIM技術(shù)建立與站場結(jié)構(gòu)無縫對接的項(xiàng)目模型，充分了解和掌握項(xiàng)目涉及區(qū)域周邊情況，同步項(xiàng)目設(shè)計(jì)，由設(shè)計(jì)人員參與建立各階段BIM模型，用于方案展示匯報(bào)。模擬實(shí)際行車過程，及早發(fā)現(xiàn)、及時處理可能存在的視距問題、豎向高差問題、紅線占用問題。

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中只能依靠二維平面圖(見圖8)進(jìn)行交叉口視距分析，不能對整條道路進(jìn)行分析，且無法綜合考慮道路平、縱、橫、地形及其他構(gòu)造物對交通的影響，效率低下，也容易遺漏相關(guān)控制要素。如第1期交通疏解的芙蓉北路與興聯(lián)路交叉口處，施工時施工圍擋可能擋住駕駛員的視距。如果在傳統(tǒng)二維視圖中對該交叉口進(jìn)行視距分析，非經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師很容易遺漏相關(guān)因素。

圖8 傳統(tǒng)二維視圖

通過建立周南中學(xué)站第1期交通疏解的BIM模型，構(gòu)建真實(shí)的市政道路三維場景，能快速、準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)并解決問題。在道路BIM模型中，在每個交叉口視距三角形的直角邊上連續(xù)布置機(jī)動車(見圖9)，然后沿道路以設(shè)計(jì)速度模擬駕駛漫游，只要在漫游經(jīng)過視距三角形(見圖10)時能看到相交道路上預(yù)先布置的所有機(jī)動車，則該交叉口停車視距滿足規(guī)范要求。

圖9 3D模型俯視圖

圖10 漫游中的視距

如圖所10示，在以40 km/h的速度進(jìn)行道路漫游時無法看到預(yù)先布置的目標(biāo)車輛，視線被施工圍擋阻擋。為此，提出以下2種解決方案：1)改變圍擋范圍。圍擋修改前由于缺乏經(jīng)驗(yàn)，設(shè)置的圍擋阻礙行車視野(見圖11)，對行人及相關(guān)車輛造成威脅。通過路易2018自帶的視距三角形分析，對圍擋倒角處進(jìn)行動態(tài)調(diào)整(見圖12)，保障行人及車輛行駛安全。2)降低此處施工期間的設(shè)計(jì)速度。考慮到此處由于周南中學(xué)地鐵站施工需要無法移動施工圍擋，將施工期間的設(shè)計(jì)速度降到30 km/h，并重新進(jìn)行30 km/h路線漫游，確認(rèn)可行。

圖11 圍擋修改前

圖12 圍擋修改后

應(yīng)用BIM技術(shù)對交通疏解期間行車視距進(jìn)行檢查，可綜合道路情況、施工階段圍擋布置、周邊建構(gòu)物情況，也能通過BIM模型根據(jù)各種制約因素的變化及時制訂有針對性的調(diào)整方案，相比僅由道路專業(yè)人員按照規(guī)范檢查更高效和可靠。

4.2 交通疏解不同分期車道變換可能產(chǎn)生的擁堵與解決措施

目前，城市道路設(shè)計(jì)主要基于設(shè)計(jì)規(guī)范和設(shè)計(jì)人員的工程經(jīng)驗(yàn)，而城市道路交通復(fù)雜多變，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法很難滿足現(xiàn)實(shí)要求?；贐IM的交通工程仿真分析可彌補(bǔ)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的不足。在道路BIM模型中，對行車速度、交通流量、車型及交叉口信號燈配時等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，可真實(shí)模擬道路的交通情況，實(shí)時觀察各路段、各路口的交通擁堵情況，避免由于工程設(shè)計(jì)引起交通擁堵，對疏解期間道路紅線的調(diào)整也可給出相應(yīng)建議。

4.2.1 信號燈配時優(yōu)化

芙蓉北路設(shè)計(jì)速度為60 km/h。按照《城市道路工程規(guī)范》，設(shè)計(jì)速度為60 km/h時，第4級飽和流的車流密度為57 pcu/s，施工期間取0.7倍第4級飽和流的車流密度即40 pcu/s(見圖13)。以該項(xiàng)目第2期施工為例，首先建立周南中學(xué)站第2期施工模型(見圖14)，然后導(dǎo)入相應(yīng)交通標(biāo)志標(biāo)線、紅綠燈及交通流，通過對交通流與信號燈的關(guān)聯(lián)配時(表1、見圖15)進(jìn)行交通仿真模擬，再通過反復(fù)調(diào)整配時，得到合理可行的交通方案(見圖16)。

圖13 交通參數(shù)控制

圖14 第2期交通疏解仿真模擬

表1 信號燈配時優(yōu)化

圖15 信號燈配時優(yōu)化

圖16 第2期交通疏解模型

4.2.2 根據(jù)擁堵情況調(diào)整疏解期間車道數(shù)量

周南中學(xué)站位于興聯(lián)路與芙蓉北路交匯處，其中芙蓉北路高峰期車流量較大，第1、2期施工圍擋均占用芙蓉北路較大面積，而根據(jù)建模分析結(jié)果，縮減芙蓉北路車道數(shù)量將導(dǎo)致整個芙蓉北路擁堵，嚴(yán)重影響施工期間芙蓉北路的使用。因此，第1、2期施工時均拓寬道路西側(cè)紅線(見圖17、圖18)，適當(dāng)降低芙蓉北路車道寬度，保持芙蓉北路車道數(shù)不變。

圖17 施工第1期車道及圍擋布置

圖18 施工第2期車道及圍擋布置

第1期施工圍擋占用的興聯(lián)路路幅比第2期大，根據(jù)交通建模分析，第1期施工如果不拓寬興聯(lián)路紅線，興聯(lián)路將變成雙向二車道道路，周南中學(xué)站交叉口將發(fā)生嚴(yán)重?fù)矶?。因此，?期施工時拓寬興聯(lián)路北側(cè)道路紅線，保證該交叉口的正常通行，第2期施工時恢復(fù)現(xiàn)狀路幅。

應(yīng)用BIM技術(shù)對交通疏解期間進(jìn)行擁堵狀況分析，可更科學(xué)地布置疏解期間車道規(guī)模及信號燈配時，在保證交通順暢的條件下盡量少占道路紅線之外的用地。

4.2.3 交通疏解期標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)牌庫的建立

疏解設(shè)計(jì)中，通過采用BIM仿真技術(shù)建立交通標(biāo)志標(biāo)線及安全設(shè)施的三維模型，與道路模型拼合，構(gòu)建道路三維場景，實(shí)現(xiàn)全路網(wǎng)道路交通標(biāo)志標(biāo)線的合理性分析和評價。

由于各地方標(biāo)志標(biāo)牌的樣式并不統(tǒng)一，設(shè)計(jì)中需創(chuàng)建一個適用于地鐵建設(shè)期間完整的標(biāo)志標(biāo)牌庫，方便建模時取用。該項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，在建立周南中學(xué)站5個施工期及運(yùn)營期模型的同時，建立部分交通疏解期間及施工期間標(biāo)志標(biāo)牌庫(見圖19)。

圖19 運(yùn)營期周南中學(xué)站交通疏解和第1期交通疏解標(biāo)志標(biāo)牌庫

該項(xiàng)目所處位置十分重要，是未來地鐵12號線、興聯(lián)路過江通道及芙蓉路快速化改造項(xiàng)目的控制性關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，標(biāo)志標(biāo)牌及模型數(shù)據(jù)庫的建立，可對未來地鐵12號線周南中學(xué)換乘站的建模帶來極大便利，在此基礎(chǔ)上還可對未來興聯(lián)路過江通道及芙蓉路快速化改造工程提供基礎(chǔ)模型支持，大大提高建模效率，縮短設(shè)計(jì)周期。

5 結(jié)語

結(jié)合長沙地鐵工程建設(shè)實(shí)際情況，對1號線北延線周南中學(xué)站交通疏解采用BIM技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，取得了良好效果，為未來長沙地鐵交通疏解及管線遷改設(shè)計(jì)中BIM技術(shù)的運(yùn)用起到了帶頭和示范作用。

應(yīng)用BIM技術(shù)對地鐵建設(shè)期及后續(xù)運(yùn)營期的交通疏解進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過建立與站場結(jié)構(gòu)無縫對接的項(xiàng)目模型，可充分了解和掌握項(xiàng)目涉及區(qū)域周邊情況；采用BIM技術(shù)模擬實(shí)際行車過程，可及早發(fā)現(xiàn)、及時處理可能存在的視距問題、豎向高差問題、紅線占用問題；通過采用BIM仿真技術(shù)，建立交通標(biāo)志標(biāo)線及安全設(shè)施的三維模型，與道路模型拼合，構(gòu)建道路三維場景，可實(shí)現(xiàn)全路網(wǎng)道路交通標(biāo)志標(biāo)線的合理性分析和評價；在BIM軟件中建立長沙市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)標(biāo)志標(biāo)牌模型庫，可為長沙未來地鐵工程及其他市政基礎(chǔ)工程中BIM模型建立提供參考。