郑州市四环线及大河路快速化工程BIM技术应用

一、项目简介

郑州居中国之中，是华夏文明发祥地，而今，郑州是一带一路重要节点、国际综合枢纽之城，本项目位于郑州市主城区的外围，承担城市外围组团与中心城区的交通转换功能，由大河路、东四环、南四环及西四环组成闭合环线，路线全长93.03公里，城市快速路标准，设计速度80公里/小时，平均宽度180m，全线高架快速路长63.6公里，互通立交27座，跨河桥21座，跨铁路、轨道节点34处，项目总投资378.97亿元，是一项特大型城市立体交通项目，本项目全线桥梁80%范围采取节段预制技术，对配套的流程和工艺提出了更高的要求，项目高架主线工期为18个月，总工期为24个月，作为中国近来单体投资最大的市政交通项目，本工程规模大，周边环境复杂，设计施工周期短，参与方多，对设计组织、表现和施工协调都提出了新的挑战，作为Bentley的ELS用户，我们根据项目的需求和特点，采用了基于统一数据平台的九款Bentley Connect版本系列软件，以全专业互联为目的，开展本次BIM设计工作。

二、BIM协同环境搭建

利用ProjectWise搭建协同设计平台，建立多层级文件架构，设计资料云端存储，随时调用查看并开展设计工作，解决了项目跨地区、多参与方、多设计人员的实时配合与数字化提资问题，管控项目BIM设计的设计、校核、审查流程，保证工作质量。

三、BIM设计环境搭建

利用无人机倾斜摄影技术，沿线进行数据采集，通过ContextCapture软件，生产约120平方公里模型，可达到1：500地形图精度的实景模型，作为项目全线三维设计的基础资料，在此基础上进行方案设计，使设计更加协调于现场条件，创建三维地质模型，研究多款软件模型数据对接方案，整合地质模型与其他模型，形成BIM设计的三维地质环境， 对辅助优化、地下管线敷设、基坑支护开挖、道路地基处理、桥梁桩基设计提升设计效率和质量。

二、BIM协同环境搭建

利用ProjectWise搭建协同设计平台，建立多层级文件架构，设计资料云端存储，随时调用查看并开展设计工作，解决了项目跨地区、多参与方、多设计人员的实时配合与数字化提资问题，管控项目BIM设计的设计、校核、审查流程，保证工作质量。

三、BIM设计环境搭建

利用无人机倾斜摄影技术，沿线进行数据采集，通过ContextCapture软件，生产约120平方公里模型，可达到1：500地形图精度的实景模型，作为项目全线三维设计的基础资料，在此基础上进行方案设计，使设计更加协调于现场条件，创建三维地质模型，研究多款软件模型数据对接方案，整合地质模型与其他模型，形成BIM设计的三维地质环境， 对辅助优化、地下管线敷设、基坑支护开挖、道路地基处理、桥梁桩基设计提升设计效率和质量。

四、BIM设计应用

本项目实行标准化设计，应用标准断面适应多样化断面形式，对参数化设计提出更高要求，我们采用Open Roads Designer设计软件，针对全线95公里道路内共10余种不同形式道路模型，建立道路断面参数化构件库，采用Open Bridge Modeler软件，并进行软件研究开发，解决了变截面桥梁上部结构建模难的问题，快速实现项目65公里范围内共20种不同桥梁断面类型的上部结构设计，使用Microstation软件，创建参数化单元，完成上百种不同墩高、放坡比例的个性化桥墩创建，同时将不同高程参照的梁体运用布尔运算进行剪切与合并，解决了立交匝道鼻端三角区纵坡衔接问题，项目采用了节段预制技术，经探索，形成了装配式桥梁BIM设计与管理体系，利用Bentley系列软件快速完成全线10种基本跨度组合的共约五万榀的预制节段桥梁设计，通过对梁体进行实体编码，保证了每一片梁的唯一性，同时对复杂设计成果进行专业的整理、拆分，使得梁厂生产及施工安装单位可直接拿到所需成果，帮助指导生产和安装工作，具有完整信息的BIM模型，提升了装配式桥梁BIM生成与管理水平，保证项目在短时间内高质量的完工，通过ProStructures深化设计软件，对复杂桥梁节点进行三维配筋，利用三维成果进行可视化施工交底，更加清晰的指导现场施工，确保了项目桥梁钢筋的精细、高效布置，使用管线软件SUE，建立本地化管线构筑物元件库，实现管线快速建模，通过管线之间、管线与众多桥墩的碰撞检查，成功减少了百余处管线碰撞点，实现了管线综合优化设计，利用专业模拟软件对项目重要节点进行声环境、尾气排放污染情况模拟，论证环保要求下的高峰客流量数据的极限值，开发无人机交通量统计平台，通过视频统计分析交通量数据，结合专业交通软件进行行车轨迹行为、行人与机动车通行交互情况的分析模拟，优化路段交通设计，保障郑州大型赛事时的交通和环境承载能力。项目处于历史文化名城，景观设计需综合考虑自然与人文条件，体现尊重环境、以人为本的设计原则，我们使用BIM技术设计绿道系统，将不同功能特征的景观系统进行有机结合，利用LumenRT软件论证景观效果的连续性，保证景观设计与周边生态环境的协调性，同时针对跨河桥梁节点进行海绵城市设计中的洪水淹没分析模拟，进行绿地范围论证，讨论河流+植物的最优景观，使项目真正成为蓝绿交融的环形绿廊，BIM软件结合项目的深度应用，为形成景观BIM设计体系打下了基础。

五、创新点及社会经济效益

四、BIM设计应用

本项目实行标准化设计，应用标准断面适应多样化断面形式，对参数化设计提出更高要求，我们采用Open Roads Designer设计软件，针对全线95公里道路内共10余种不同形式道路模型，建立道路断面参数化构件库，采用Open Bridge Modeler软件，并进行软件研究开发，解决了变截面桥梁上部结构建模难的问题，快速实现项目65公里范围内共20种不同桥梁断面类型的上部结构设计，使用Microstation软件，创建参数化单元，完成上百种不同墩高、放坡比例的个性化桥墩创建，同时将不同高程参照的梁体运用布尔运算进行剪切与合并，解决了立交匝道鼻端三角区纵坡衔接问题，项目采用了节段预制技术，经探索，形成了装配式桥梁BIM设计与管理体系，利用Bentley系列软件快速完成全线10种基本跨度组合的共约五万榀的预制节段桥梁设计，通过对梁体进行实体编码，保证了每一片梁的唯一性，同时对复杂设计成果进行专业的整理、拆分，使得梁厂生产及施工安装单位可直接拿到所需成果，帮助指导生产和安装工作，具有完整信息的BIM模型，提升了装配式桥梁BIM生成与管理水平，保证项目在短时间内高质量的完工，通过ProStructures深化设计软件，对复杂桥梁节点进行三维配筋，利用三维成果进行可视化施工交底，更加清晰的指导现场施工，确保了项目桥梁钢筋的精细、高效布置，使用管线软件SUE，建立本地化管线构筑物元件库，实现管线快速建模，通过管线之间、管线与众多桥墩的碰撞检查，成功减少了百余处管线碰撞点，实现了管线综合优化设计，利用专业模拟软件对项目重要节点进行声环境、尾气排放污染情况模拟，论证环保要求下的高峰客流量数据的极限值，开发无人机交通量统计平台，通过视频统计分析交通量数据，结合专业交通软件进行行车轨迹行为、行人与机动车通行交互情况的分析模拟，优化路段交通设计，保障郑州大型赛事时的交通和环境承载能力。项目处于历史文化名城，景观设计需综合考虑自然与人文条件，体现尊重环境、以人为本的设计原则，我们使用BIM技术设计绿道系统，将不同功能特征的景观系统进行有机结合，利用LumenRT软件论证景观效果的连续性，保证景观设计与周边生态环境的协调性，同时针对跨河桥梁节点进行海绵城市设计中的洪水淹没分析模拟，进行绿地范围论证，讨论河流+植物的最优景观，使项目真正成为蓝绿交融的环形绿廊，BIM软件结合项目的深度应用，为形成景观BIM设计体系打下了基础。

五、创新点及社会经济效益

解决了实景模型难以加工编辑的技术问题，编辑提取城市级实景模型，与设计BIM模型相结合，根据现场条件对设计方案进行了优化，减少用地面积达2298.2亩，研发了装配式桥梁BIM设计与管理体系，实现变截面道路断面、上部结构、下部结构的快速设计，梁片加工的信息化管理，提升设计效率和质量，基于统一的结构编码和精细化BIM模型，实现高精度的预制梁体生产及精准的梁体追踪，助力全线约5万榀预制节段的精确管理、调运，精细的现场施工模拟和进度把控减少了40%的成本浪费，作为全国最大的单体市政项目，由来自不同城市的四家设计单位组成了200余人的设计团队。项目统筹难度极大，针对特大市政项目长线型、多专业等特点，对BIM模型数据进行研究，实现数据的顺畅流转和利用，在各阶段、各参与方之间进行一模多用、异地协同，形成科学的解决方案，最大程度发挥BIM技术价值，为项目在工期计划内高质量完工保驾护航，郑州是中国第一座都城，本项目建成后，将进一步完善郑州市城市交通路网体系，助推其建设现代化的“国家中心城市”发挥重要作用，我们选择Bentley系列等BIM软件方案进行了参数化设计、装配式桥梁设计、性能设计、景观优化等一系列创新应用的开展，优化了整体设计品质和土地利用效率，切实有效的指导现场施工，提升了运维价值，通过本项目BIM技术应用，研究总结了一套城市级市政工程的BIM设计解决方案，对于BIM技术发展以及完善郑州智慧城市具有重大推动意义。

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