1 概 述
1.1 项目简介
新燕尾山隧道工程位于内环吉庆隧道北侧，四横线分流到鹿角隧道南侧，西接巴南花溪片区，并通过白居寺大桥联系大渡口片区，东接内环快速路，并向东延伸接渝黔复线高速，其所在的道路系统呈东西布置，为主城区南部片区重要的主干路。该项目全长约 6.964 km，桥隧比约 86.5%。采用主干路标准，设计车速 60 km/h，标准路幅为双向 6 车道。
主要包括长隧道一座（新燕尾山隧道，长约2 542 m）、简易立交一座 （花溪立交）、互通式立交两座 （南温泉立交、苦竹坝立交）。建设投资70.8 亿元，其中建筑安装工程费 34.37 亿元。该项目总体布置如图 1 所示。
图 1 项目总体概况图
1.2 工程难点
该项目是重庆市东南片区射线高速入城快速通道的重要组成部分，为重庆市重点工程项目，项目具有投资大（70.8 亿元）、设计工期紧（3 个月）、工程技术复杂（长穿山隧道，且位于南温泉地下水保护范围）、安全风险高、环境品质要求高、协调难度大等特点。
建设条件极其复杂。项目线路穿越城市建成密集区，周边用地密集且呈不规则分布，项目周边用地极度受限，空间局促，自然地形高低起伏，河流蜿蜒，穿山隧道岩溶富水、岩溶洞穴、高压富水地段、煤层采空区、暗河等不良地质均有分布。
2 BIM 应用环境
2.1 软件生态选择
当前支持 BIM 的平台主要有 Autodesk、Bently、Dassault，团队综合软件普及程度与学习成本，选择了 Autodesk 平台为该项目 BIM 应用软件平台。在BIM 设计完成后，项目组基于 WebGL 技术通过自主开发的前端引擎，实现对 BIM 模型的托管、大量数据存储与调用及各种工程模拟，实现对已完成BIM 模型的应用。
2.2 硬件环境选择
硬件方面项目组采用大内存、多 CPU 核心的图形工作站作为本地处理设备，并通过高速带宽同商业云服务器相连接，实现本地便捷操作，远程快速渲染。同时这套架构还能兼顾结构辅助计算等问题，极大地提高了 BIM 设计效率。
3 BIM 设计与分析
3.1 设计版块
项目初期团队通过无人机航拍，利用软件空三运算得到该区域倾斜摄影实景模型，辅助前期踏勘与方案设计。
初设阶段通过 Civil 3D 完成场地设计、路线设计、路面设计。大型全互通立交线形异常复杂，项目组通过 Dynamo 可视化编程技术对互通立交进行空间定位辅助设计。项目组选用 Revit 对传统结构、排水进行 BIM 设计。隧道部分由于存在与山体结合、钢筋锚杆匹配、空间线形拟合等问题，团队采用了两套独立思路完成新燕尾山隧道模型的建立。方案一：采用 Dynamo 配合 Revit。方案二：采用部件编辑器结合 VB 语法。两种方法各有优势，但都能达到设计目标。
施工图阶段：在各专业分项 BIM 设计完成后，将设计成果导入 Infraworks 汇总，形成完整的全项目 BIM 设计。
通过“C+DY+R+I”的 BIM 设计思路，项目组大幅提高了 BIM 设计效率，探索了一条适用于山地城市大型市政工程的 BIM 技术路线（见图 2）。
图 2 BIM 技术路线图
为了便于 BIM 设计的有序开展与成果归档，项目组还根据该工程的特点进行了构建编码，并形成规模化的编码体系，如图 3 所示。
图 3 燕尾山构建编码体系
3.2 分析版块
在基础模型完成后，项目组对已完成的 BIM模型录入诸多设计信息，并且导入相应的场景模拟软件，实实在在地将 BIM 模型用起来。
3.2.1 倾斜摄影技术
在前期勘测阶段，利用无人机倾斜摄影技术生成项目沿线实景模型，辅助评估项目区地形地貌、轨道、建筑地块、河道环境等多种建设条件的影响，为前期方案沟通提供参考（见图 4）。
图 4 倾斜摄影实景模型图
3.2.2 多专业协同设计
该项目作为大型综合市政工程，其结构复杂、涉及专业多，借助 BIM 技术可以对各专业设计成果进行整合及分析，实现全专业 BIM 协同化设计，保障了专业间的一致性，提高了各专业沟通的效率和准确性[4]。
3.2.3 工程量统计
BIM 模型中包含大量设计参数信息，利用 BIM技术可以快速、准确地获取各类构件设计数据清单，统计结果与模型信息相关联，大幅提高了工程量统计的效率和准确性。
3.2.4 碰撞检查
该项目结构复杂，立交桥、下穿道及排水管网众多，利用 Navisworks 的碰撞检查功能可以准确验证复杂节点净高空间合理性，发现管道与结构碰撞位置，减少设计纰漏。
3.2.5 三维出图
BIM 模型构件相比传统二维三视图更直观形象，通过模型自由选取视角完成三维出图，配合传统二维视图表达，增强了图纸的可读性，如图 5 所示。
图 5 BIM 三维出图
4 拓展应用
4.1 BIM 与 GIS 的结合应用
BIM（建筑信息模型）是利用数字化技术建立建筑工程三维模型，提供完整的、与实际情况一致的建筑信息库。GIS（地理信息系统）是对整个或部分地球表层空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、分析、显示和描述的技术系统。
BIM 技术与 GIS 技术已经进入了全面应用阶段，但是 BIM 与 GIS 的结合方面尚处于探索研发阶段。随着城市数字化、信息化的发展，以及 BIM技术与 GIS 技术结合应用的探索，形成了 CIM（城市信息模型） 的概念。CIM 平台是以 BIM 技术与GIS 技术为基础，结合物联网、人工智能等技术打造的城市智能化、数字化管理平台。
本文依托新燕尾山隧道工程，探索 BIM 技术与 GIS 技术结合应用。由于新燕尾山隧道工程 BIM模型采用了重庆市独立坐标系，GIS 平台中的坐标系主要包含 CGCS2000、WGS84、Beijing54 等常用坐标系，未含有地方坐标系，因此该应用首先需要解决坐标转换问题。
本文将重庆独立坐标系转换到 CGCS2000 坐标系的实现方法采用了布尔莎七参数转换法，也称综合转换法。该方法需要在测区内获取四个以上两套坐标系对应的重合点[1]，重合点成果见表 1。
表 1 重合点成果
利用重合点和布尔莎模型反算七参数，并进行坐标转换。转换技术路线[2]如图 6 所示。
图 6 坐标转换流程图
重庆独立坐标系转换 CGCS2000 坐标系所用布尔莎模型为
式中：ΔX、ΔY、ΔZ 为三个平移参数；εX、εY、εZ 为三个旋转参数；m 为一个尺度参数[3]。
通过测区的多个重合点利用布尔莎模型反算出布尔莎七参数，并利用该参数将新燕尾山隧道模型的重庆独立坐标系转换为 CGCS2000 坐标系。
4.2 三维动画交底
三维动画作为一种清晰直观的视觉传达方式，在方案展示、过程演绎、规范讲解等方面具有诸多优势[5]。该项目搭建的 BIM 模型包含项目场景、各专业模型几何形态及外观材质等丰富的视觉信息，为三维动画展示提供了准确可靠的基础信息来源，借助 BIM 技术可以进行三维动画交底。
鉴于该项目控制条件众多、空间环境较复杂，为使各参建方更准确地掌握项目情况，借助 BIM技术可以制作项目漫游动画，多维度展示项目全景及细节信息；应用 Navisworks 软件并结合 Fuzor软件，根据项目施工进度计划制作施工流程动画，在 BIM 模型基础上增加时间维度，可以为施工单位进行施工组织设计、优化施工方案提供参考。
4.3 AR 增强现实辅助表达
增强现实（AR）技术可以解放用户的双手，以3D 形式展示 BIM 数据模型，从而提升整个设计及实施流程的体验。例如，建筑师和设计师可以使用AR 眼镜在桌面范围可视化他们设计的建筑模型，以方便他们更快更直观地打磨和改进设计。想象一下，设计师们可以看到一座建筑物的等比例模型，还能够识别每个组件，每种材料甚至每一根管线（见图 7）。
图 7 AR 增强现实
该项目苦竹坝立交异常复杂，常用展示方式不能很好地表达该处节点，项目组通过引入增强现实技术，能清晰直观地表达设计意图，大幅节约图纸审批周期与提高设计效率，尽可能减少可能出现的设计纰漏。
4.4 基于软件的二次开发
由于该项目受诸多因素影响，现有的设计软件不能满足项目组的需求，为顺利完成该项目，项目组对现有 A 平台系列软件进行二次开发，主要分为五大类：
基于 Civil 3D 开发的地形处理插件与多级边坡插件，实现对实测地形曲面的按需设计。
基于 Revit 开发的隧道钢筋衬砌自动布设插件，该项目穿越铜锣山脉，隧道纵深较长，通过人工布设衬砌效率过低，项目组根据实际需要，基于C 语言完成隧道衬砌布设插件，大幅提高建模效率（见图 8）。
图 8 配套插件二次开发
基于 3Ds Max 的交通标线生成插件，标志标线数量众多，项目组通过批量调用布尔函数 API，批量高精度处理交通工程设计内容，为项目画龙点睛。
基于 SuperMap、iServer 为后端的 BIM+GIS 管理平台，该平台大量运用 WebGL 技术，无缝地将后端大量数据快速带到移动小前端，为 BIM 的落地、数据的快速传播提供了技术支撑（见图 9）。
图 9 配套管理平台开发
基于 Autodesk Forge 为后端的 BIM 专项应用平台，该平台拥有强大的图形内核，可以在 Web端同时展示钢筋级别的细致模型与模型携带的海量数据，为后期项目的维护管养提供有效的解决方案。
5 结 语
本文通过 BIM 技术在新燕尾山隧道工程设计过程中的应用，提出了“C+DY+R+I”的设计思路，可大幅提高 BIM 设计效率，为山地城市大型市政工程的 BIM 应用提供一种可靠的解决思路。在模型完成后，团队通过自主研发的 BIM 管理平台，实现模型的在线浏览与应用、数据的存储与调用，做到 BIM 技术的可落地性。
摘自：城市道桥与防洪