京台高速公路改扩建数字化动态设计_张含飞.pdf

-148-京台高速公路改扩建数字化动态设计张含飞1，李玉鑫2，赵新涛3，夏增选1（1.山东省交通规划设计院集团有限公司，山东 济南 250101；2.山东高速股份有限公司，山东 济南 250014；3.东营市公路事业发展中心，山东 东营 257000）摘要：以京台高速济泰段改扩建项目为工程背景，利用 GIS，车机载 LiDAR 技术快速构建精确的数字地面模型，并与 BIM 技术相结合，对构件建立了合理的、贯穿施工期与运营期的 BIM 模型编码；利用人工、无人机测算的方法，对项目施工段殷家林枢纽西北象限公路进行数字化仿真模拟，得到该地段的模拟交通组织方案；最后通过动态设计对地面模型与实际地形进行拟合，从而提高效率，缩短项目周期。关键词：数字化模型；BIM；仿真模拟；动态设计；公路改扩建中图分类号：U495 文献标识码：BDigital dynamic design study of the Beijing-Taipei expressway expansion and renovationZHANG Hanfei1,LI Yuxin2,ZHAO Xintao 3,XIA Zengxuan 1（1.Shandong Provincial Communications Planning and Design Institute Group Co.,Ltd.,Shandong Jinan 250101 China;2.Shandong Hi-speed Company Limited,Shandong Jinan 250014 China;3.Dongying Road Business Development Center,Shandong Dongying 257000 China）Abstract:Taking the Jinan-Taian section of the Beijing-Taipei expressway reconstruction and expansion project as the engineering background,we used GIS,Vehicle-borne LiDAR technology to quickly construct an accurate digital ground model,and combined it with BIM technology to establish a reasonable BIM model coding for the components through the construction and operation periods.Using manual and unmanned aircraft measurement methods to digitally simulate the northwest quadrant of the Yinjialin junction highway in the construction section,a simulated traffic organization scheme for this lot is obtained.Finally,the ground model was fitted to the actual terrain through dynamic design,thus improving efficiency and shortening the project cycle.Key words:digital models;building information modeling;simulation;dynamic design;road reconstruction and expansion引言京台高速济泰段起点位于济南市市中区，终点位于泰安市，现状技术标准为双向六车道高速公路，设计时速为120 km/h。随着我国经济社会的快速发展，交通量迅速增长，道路拥堵现象日趋严重，高速公路改扩建工程成为我国经济社会发展中亟待解决的问题1。公路工程施工信息模型应用标准（JTG/T 24222021）2作为公路工程行业推荐性标准，规范了公路工程施工阶段 BIM 技术应用的基本要求，明确了模型要求、应用和交付的技术内容，实现了模型和信息的有效共享、继承和传递。高速公路建设需兼顾信息化施工与动态设计，施工中获得新的地质信息、施工信息及监测信息需及时反馈设计单位，对原设计方案进行修改、优化及完善。施工单位根据动态设计，及时调整施工方案，按动态设计方案进行信息化施工。1 工程概况京台高速公路是我国综合立体交通网规划中北京到台北通行大动脉，是“四极六轴七廊八通道”中“京津冀-长三角主轴”的重要组成部分，其中济南至泰安段位于我国山东省境内。京台高速济南至泰安段是国内首条“6 改 8”国高网高速公路。改扩建路线全长 53.264 km，北起自殷家林枢纽立交，南止于泰山枢纽立交，共设置特大桥1座，大桥7座，中桥12座，收稿日期：2022-06-18作者简介：张含飞（1990），男，山东济南人，硕士研究生，工程师，研究方向为公路工程。-149-2022 年第 6 期山东交通科技互通立交 6 座，分离立交 10 座，天桥 7 座，服务区 2处，匝道收费站 4 处。改扩建方式为“两侧拼宽为主，局部路段中分带偏移”，单侧加宽仅 3.25 m，属于窄拼施工。改扩建后达到双向八车道高速公路标准，设计速度为 120 km/h，整体式路基宽度为 42 m。2 数字化设计2.1 数字化模型构建车机载 LiDAR 技术是目前测量精度较高、测量数据较可靠的大面积测量精确三维空间坐标的方法。它具有高密度点云快速扫描、高精度、作业速度快、作业安全性高、数据信息量大、不受交通量制约等优势，是公路改扩建勘测最理想的数据采集方法。本项目充分利用车机载 LiDAR 技术进行既有老路及周边地形的测绘，进而实现数字地面模型原始数据的采集工作，精准快速地构建出设计阶段所需的数模数据，并提供纵、横地面线等基础数据3。2.2 交通仿真模拟为保证项目施工期间交通流顺畅和行车安全，利用人工与无人机技术进行数据采集，测算当前殷家林枢纽立交交通量现状，对殷家林枢纽立交进行交通仿真模拟，见图 1。根据分流方案西幅封闭、东幅北京方向车辆单向通行，将直接限制台北方向车流通行。经过轨迹复原分析得到项目路段交通量目的地构成分析及项目路段交通量分类溯源结果，然后根据实际无人机采集数据进行计算，最终得到强制分流和诱导分流两种分流方案。图 1 殷家林枢纽立交交通仿真模拟2.2.1 强制分流采用大车（大货及汽车列车）限行的方式在晏城枢纽立交进行强制分流，且限制晏城枢纽至殷家林枢纽间互通立交收费站的大车汇入。大车限行情况下殷家林枢纽立交高峰小时交通量仿真情况见图 2。2.2.2 诱导分流基于路网拓扑结构分析判断上游各节点是否具备项目路段分流能力，上游节点的可分流情况见表1。图 2 大车限行情况下殷家林枢纽立交高峰小时交通量仿真表 1 上游节点的可分流情况统计节点名称可分流方向晏城枢纽立交可东、西方向分流齐河生态城可东、西方向分流槐荫立交只能东向分流国际医学中心只能东向分流济南西可东、西方向分流殷家林枢纽立交可东、西方向分流根据车流量来源，按照行驶方向（台北方向），结合上游 6 个节点（收费站/枢纽立交）的可分流情况，考虑逐级分流引导，设置引导比分别为 20%、50%、80%。3 动态化设计3.1 建立施工信息反馈机制施工单位配备专业技术人员，对设计图纸进行充分解读，与现场实际情况进行比对。由于本项目为改扩建工程，地形、标高、路堑边坡的地质情况、桥涵结构物的桩位、尺寸等实际状况都是比对的对象。现场施工过程中一旦发现实际情况与设计图纸存在偏差，以答疑单的形式及时反馈给监理单位，由监理单位汇总转发给设计及建设单位。3.2 现场核实机制施工单位提供文字影像资料可以作为动态设计依据时，设计单位及时进行答疑回复，施工单位根据回复内容及时调整施工内容或工艺。当施工单位提供文字影像资料无法满足动态设计要求时，设计代表会同建设、监理及施工单位及时进行现场踏勘，针对现场情况及时做出相应处理。设计代表根据建设单位要求定期进行设计符合性踏勘，对施工内容及时做出设计符合性判断，遇到现场存在设计问题时，及时调整设计内容，进行精细化设计。（下转第 159 页）-159-2022 年第 6 期山东交通科技能的影响J.中外公路,2019,39（6）:220-224.10 韩森,李晓娟,张宜洛.纤维对 OGFC 沥青混合料性能影响研究J.武汉理工大学学报,2010,32（1）:65-69.11 熊子佳,程金梁,邓成.高黏改性剂对沥青及 OGFC 混合料性能的影响J.大连交通大学学报,2017,38（5）:94-97.12 赵丽华,杨志浩,许斌.基于透水性能的全透水沥青路面结构设计J.中外公路,2019,39（4）:26-32.13 赵曜,佟蕾.细观空隙特征对透水沥青面层去除径流中Pb2+的影响机制研究 J.重庆交通大学学报:自然科学版,2018,37（5）:41-46.14 蒋玮,袁东东,肖晶晶.多孔路面材料与厚度对地表径流的净化效能J.江苏大学学报（自然科学版）,2017，38（2）:230-235.15 沙爱民,蒋玮.环保型多孔路面材料设计理念与架构 J.中国公路学报,2018,31（9）:5-10.（上接第 149 页）3.3 实施效果采用动态设计与信息化施工取得了良好的应用效果，具体归纳如下：（1）可以降低安全事故发生的机率，确保施工安全。例如，在施工过程中一旦出现岩石破碎夹泥等异常现象，就需要暂停施工，对异常现象发生地附近展开实地摸排调查，查明具体的地质情况后分析它对施工可能造成的危害以及影响范围，依据探查的新地质信息，及时做出方案修改，调整施工。（2）可以提高产能，减少不必要的工程浪费。例如，根据实际情况，灵活选择支柱形式以适应山区不同类别的围岩情况，减少工程浪费；以安全可靠为根本原则，创新地采用新的衬砌支护设计，提高产能。4 结语随着建设项目施工管理领域信息化数字化手段的推广，对于建设项目设计阶段和施工阶段的数据、文档、模型，以项目管理平台的形式进行数字化交付，为运维期的基础设施数字孪生，智慧化运维提供基础数据。通过建设协同管理平台，进行人员设备定位、监控量测、动态风险评估等操作，提升项目安全管控水平，降低项目建设过程中安全事故发生的概率，减少不必要的损失。采用动态设计与信息化施工技术方案，将会加强设计与施工的联系，方便交流的同时也方便各方随时获悉施工进度，随时进行指导，缩短项目周期，提高效率。参考文献：1 孙莉,刘琦.数字化测绘技术在公路改扩建中的应用 J.地理空间信息,2010,8（3）:25-26.2 中华人民共和国交通运输部.公路工程施工信息模型应用标准:JTG/T 24222021S.北京:人民交通出版社,2021.3 翟永聪.车载激光扫描测量技术在数字高程模型成果高程精度检测中的应用分析J.经纬天地,2021,1（5）:24-27.