橋梁BIM 設(shè)計(jì)建模應(yīng)用探究

張磊強(qiáng)

（甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院股份有限公司，甘肅 蘭州 730030）

1 BIM 技術(shù)在橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

早在2010 年，住建部就發(fā)布了《城市三維建模技術(shù)規(guī)范》，橋梁建模有了最初的規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)。2016 年，住建部發(fā)布了《建筑信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》，再次規(guī)范了模型建模標(biāo)準(zhǔn)。2021 年，住建部發(fā)布了 《城市信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)（征求意見稿）》，開始全面征集城市信息模型應(yīng)用規(guī)范?，F(xiàn)如今，橋梁設(shè)計(jì)行業(yè)正向著信息化和智能化的方向發(fā)展，BIM 技術(shù)已經(jīng)開始滲透了橋梁設(shè)計(jì)的各個(gè)階段，涵蓋了從協(xié)調(diào)規(guī)劃到多維建模、從碰撞檢查到交付運(yùn)營(yíng)的全過程數(shù)據(jù)信息，提高了設(shè)計(jì)效率，提升了設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短了設(shè)計(jì)用時(shí)，使橋梁設(shè)計(jì)可以更大型化、高端化、復(fù)雜化，全面提升橋梁本身的服務(wù)能力。

2 基于BIM 技術(shù)的橋梁設(shè)計(jì)可視化分析

（1）橋梁依托于BIM 技術(shù)，可以呈現(xiàn)平面的俯視效果、平面的剖面效果、立體的三維效果、整體的組合效果，可以呈現(xiàn)不同深度的細(xì)節(jié)效果，可以為現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員提供平面的施工圖紙，可以為專家提供全方位展示的多維效果，極大的方便多方對(duì)橋梁實(shí)體進(jìn)行管控與優(yōu)化。

（2）一座橋梁從規(guī)劃開始，至地質(zhì)勘察、設(shè)計(jì)前準(zhǔn)備、設(shè)計(jì)、施工、交付、運(yùn)營(yíng)、維護(hù)、維修、改造、加固、升級(jí)等階段，相關(guān)的全過程數(shù)據(jù)信息均可直接反映在BIM 平臺(tái)上，設(shè)計(jì)人員在查閱時(shí)，只需找準(zhǔn)相對(duì)應(yīng)的根目錄即可調(diào)出詳盡的數(shù)據(jù)信息，無需再翻閱圖紙進(jìn)行查閱計(jì)算，提高工作效率的同時(shí)，可大量節(jié)省人工耗材，節(jié)約紙質(zhì)材料，與橋梁行業(yè)的雙碳行動(dòng)目標(biāo)高度契合。

（3）運(yùn)用BIM 技術(shù)修改設(shè)計(jì)時(shí)，平面與立體、土建與安裝、設(shè)計(jì)與施工等方面，均可產(chǎn)生聯(lián)動(dòng)作用，各類信息數(shù)據(jù)的活躍串聯(lián)，可以極大的提升設(shè)計(jì)行業(yè)與業(yè)主方及施工方的溝通能力，提高了設(shè)計(jì)的工作效率。

（4）橋梁設(shè)計(jì)在工程建設(shè)領(lǐng)域?qū)儆谳^為復(fù)雜的工藝學(xué)科，特別是那些具有雙曲率或可變截面的橋梁，都極大的考驗(yàn)設(shè)計(jì)人員的技術(shù)能力和設(shè)計(jì)工具的使用水平。運(yùn)用BIM 技術(shù)，可將橋梁設(shè)計(jì)的全過程進(jìn)行邏輯串聯(lián)，設(shè)計(jì)人員可任意回溯至某一節(jié)點(diǎn)，對(duì)設(shè)計(jì)成果進(jìn)行修改和查看，修改結(jié)果自動(dòng)優(yōu)化計(jì)算至后續(xù)設(shè)計(jì)的每一步，減少了時(shí)間和成本。

（5）橋梁落成以后，基于當(dāng)?shù)夭豢深A(yù)估的氣候因素變化、生態(tài)環(huán)境變遷、腐蝕性介質(zhì)的增減、交通量的增減以及設(shè)計(jì)或施工的原始質(zhì)量等問題，通常會(huì)造成橋梁工程結(jié)構(gòu)出現(xiàn)隱形的變化，因此會(huì)產(chǎn)生大量的維修費(fèi)用。上述問題的出現(xiàn)往往會(huì)歸于設(shè)計(jì)信息的不流通，采用BIM 技術(shù)對(duì)橋梁工程的設(shè)計(jì)進(jìn)行潤(rùn)色優(yōu)化，可為橋梁上下游的任一方提供最詳實(shí)的數(shù)據(jù)，并支持隨時(shí)隨地訪問，出現(xiàn)問題及時(shí)反饋，極大提高設(shè)計(jì)質(zhì)量與精度。

（6）采用BIM 技術(shù)對(duì)橋梁進(jìn)行設(shè)計(jì)，從初步的可行性研究到橋梁的交付，全過程需要多方人員的參與，BIM 技術(shù)可為全過程參與方提供技術(shù)接入，從而減少信息溝通誤差，避免傳輸數(shù)據(jù)冗雜繁瑣。且在施工階段，施工過程要與設(shè)計(jì)成果高度吻合，這就要求雙方的數(shù)據(jù)及時(shí)進(jìn)行對(duì)接，檢查完成程度，及時(shí)對(duì)施工方案提供優(yōu)化抉擇，并可為施工方提供智能化的、數(shù)字化的結(jié)構(gòu)分析、施工演變及多維模型的詳盡展示，使項(xiàng)目能夠更有競(jìng)爭(zhēng)力地完成，比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式具有更小的風(fēng)險(xiǎn)和更高的準(zhǔn)確性。BIM 技術(shù)的數(shù)字化集成，對(duì)橋梁而言，完全是一種透明、合作、綠色化、信息化的技術(shù)集成。

3 基于BIM 技術(shù)的橋梁建模

（1）在新建項(xiàng)目中，創(chuàng)建各標(biāo)段不同標(biāo)高的平面軸網(wǎng)，在平面軸網(wǎng)中進(jìn)行結(jié)構(gòu)族的創(chuàng)建，用以載入新建的項(xiàng)目,依次以承臺(tái)、樁基礎(chǔ)、橋墩﹑墩帽、支座的理論順序進(jìn)行創(chuàng)建設(shè)計(jì)，其次參照設(shè)計(jì)圖紙，取一個(gè)原始點(diǎn)，以該原始點(diǎn)為起點(diǎn)向外輻射，依次填充下弦桿、腹桿、上弦桿、橋面板﹑橫梁等構(gòu)件，最后，將橋面的工序繪制完成。將上述所有元素進(jìn)行組合設(shè)計(jì)，在軟件中形成可視化的項(xiàng)目，完成橋梁整體模型的設(shè)計(jì)?；贐IM 技術(shù)，該模型可以展示合理的施工進(jìn)度與流程以及各工種之間的銜接合作，透明的可視化效果，完全方便于設(shè)計(jì)人員同施工人員的技術(shù)交底。

（2）采集場(chǎng)地和建筑條件道路幾何圖形和拓?fù)?，賦予橋梁數(shù)字化“外衣”：對(duì)于連續(xù)性的承臺(tái)等結(jié)構(gòu)，采用模塊化參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，提升建模設(shè)計(jì)效率；對(duì)于復(fù)雜異形構(gòu)件，在設(shè)計(jì)軟件中用數(shù)字進(jìn)行邊界的衍生；對(duì)于相同類型的不同項(xiàng)目，直接進(jìn)行數(shù)字替換，快速生成新的模型，避免重復(fù)化設(shè)計(jì)，還可利用數(shù)據(jù)的雙向操作性確定設(shè)計(jì)的橋梁是否影響現(xiàn)有和設(shè)計(jì)項(xiàng)目中的元素。數(shù)字化信息技術(shù)的應(yīng)用，使得建?？梢詫?shí)現(xiàn)精確﹑快速、可調(diào)和多次使用。利用橋梁建模的參數(shù)信息，還可以協(xié)調(diào)業(yè)主方與施工方，將大量的設(shè)計(jì)信息以參數(shù)的形式交付查看，譬如橋梁的材料、載荷、預(yù)應(yīng)力鋼絞線模式等，從而加強(qiáng)決策。

（3）錄入設(shè)計(jì)要素，生成橋梁設(shè)計(jì)的詳細(xì)報(bào)表，結(jié)合立體模型，生成現(xiàn)場(chǎng)施工所需的剖面圖、立面圖、三維施工圖。生成圖紙以后，串接橋梁分析軟件，對(duì)其規(guī)范設(shè)計(jì)要求進(jìn)行充分地驗(yàn)證，確保該次橋梁設(shè)計(jì)滿足國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)。其次，依托于結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，進(jìn)行鋼筋的驗(yàn)算設(shè)計(jì)，并生成鋼筋需求計(jì)劃與量單，再通過橋梁各部位、各構(gòu)件之間的參數(shù)契合關(guān)系，對(duì)橋梁的結(jié)構(gòu)性進(jìn)行優(yōu)化，以立體漫游的方式，對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)嵌管線及鋼筋進(jìn)行碰撞檢查，消除施工安全隱患，提高安裝效率，還可增大或縮減結(jié)構(gòu)與管線間的最優(yōu)間距，自動(dòng)改變修改部位的材料用量，降低項(xiàng)目成本。最后，結(jié)合橋梁各標(biāo)段的分布狀況，自動(dòng)組裝生成所設(shè)計(jì)的橋梁模型。

（4）結(jié)合國(guó)家及地方現(xiàn)行的國(guó)家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，綜合業(yè)主方的設(shè)計(jì)要求及地質(zhì)勘察結(jié)果，考慮工程所在地的水文、地質(zhì)及氣候等客觀條件，對(duì)已生成的橋梁模型進(jìn)行“血液”的更換，即橋梁的材料、施工工藝、抗震等級(jí)、抗?jié)B、抗凍、抗裂、抗傾覆等性能進(jìn)行錄入，由平臺(tái)自動(dòng)計(jì)算優(yōu)化，針對(duì)子項(xiàng)分項(xiàng)進(jìn)行優(yōu)化，并計(jì)算其經(jīng)濟(jì)效益，擇優(yōu)進(jìn)行替代，確保設(shè)計(jì)成果的經(jīng)濟(jì)性能最優(yōu)化。

4 結(jié)語(yǔ)

橋梁設(shè)計(jì)做為橋梁建設(shè)的領(lǐng)頭羊、排頭兵，應(yīng)加強(qiáng)BIM 技術(shù)在橋梁設(shè)計(jì)領(lǐng)域的深化應(yīng)用，突破傳統(tǒng)設(shè)計(jì)已發(fā)現(xiàn)但遲遲未得到解決的諸多桎梏，全方位提升橋梁設(shè)計(jì)行業(yè)整體的軟硬實(shí)力。通過傳統(tǒng)的橋梁基礎(chǔ)理論，輔以信息化和數(shù)字化手段，規(guī)避傳統(tǒng)設(shè)計(jì)信息不統(tǒng)一的現(xiàn)狀，靈活應(yīng)用碰撞檢查、施工過程模擬等功能，消除設(shè)計(jì)錯(cuò)誤并降低項(xiàng)目成本，真正使得橋梁設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)集成化的管理，全面促進(jìn)行業(yè)的發(fā)展。