BIM技术在桥梁设计中的应用探析

BIM技术在桥梁设计中的应用探析

何冲曹喆

贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司武汉分公司湖北省武汉市430000

摘要：在桥梁设计工作中应用BIM技术能够体现较多的优势，增强桥梁设计方案的可行性。在实际应用BIM技术的过程中，需要明确桥梁建设过程中的问题，应用好仿真模型将复杂的问题简单化并且对其进行解决，提升桥梁设计水平，为桥梁建设施工质量提供保障。

关键词：BIM技术；桥梁设计；应用

BIM技术是建筑信息化管理、建筑信息模型、建筑信息制造的统称。BIM技术是以信息数据管理技术为框架的信息管理模型。在建筑工程中其能够有效收集、利用、整合信息，通过数字信息仿真模拟建筑工程的真实信息，来建构三维建筑模型，实现工程实时监理、工程化管理、数字化加工等功能。

一、BIM在桥梁设计中的应用要点

1模型族库的构建

在模型的构建中首先需要了解什么是族，族通俗讲就是一块块建造房子使用的砖，不同的形状的砖组合在一起就可以建造出结构不同的房子。在模型的构建中同样如此，各种各样的族组合在一起就能构建出结构不同的三维数据模型。在桥梁设计上，桥梁建设中所用到的钢铁箱、桥墩、桥台、绳索等都可以在BIM技术中以族的形式表示出来，然后经过一步步的组合就能构建出不同结构的桥梁。因此在BIM技术的使用时，一定要注意构建族时的准确性，因为如果在构建族的时候出现错误，就会在构建三维模型时找不到需要使用的族，也就不能准确的构建出桥梁设计时可以构建出来的三维模型。桥梁设计的研究和实践中，三维模型的构建是最基础的阶段，桥梁建设的施工模拟和对施工过程中各种因素的分析都是基于这个三维模型进行模拟运行和预测的，所以一旦构建的三维模型出现问题，就不能准确对桥梁建设的后期施工进行准确的模拟。另外在BIM技术的运用中族的构建也不是每次都要进行的工作，一些已经构建过的族是可以进行保存的，这也就为桥梁设计结构的模拟工作减少了很大的麻烦。在BIM技术中存在的族一旦完善起来，那么在以后的使用过程中也就不用再进行族的构建，而且随着族在实际的应用中不断完善起来，在进行桥梁结构设计时，还可能会出现不同的三维模型供使用者选择，这在一定程度上能使桥梁的设计更加的全面化。

2优化设计方案

在我国的桥梁建设施工之前一般是要先确定桥梁建设的施工方案的，这些施工方案由于是在桥梁建设前已经确定的，具有很大的缺陷并不能满足实际的施工要求。另外一原来的传统模式下，由CAD软件绘制的二维图也不能很好的反应出桥梁设计的结构特点，因此在以CAD二维图为基础的前提下进行施工方案的确定，显然会出现大量的问题。在桥梁的施工过程中如果一味的按照原定的设计方案进行施工，在施工过程中肯定会出现各种各样的问题。而这些问题在原定的设计方案中也没有有效的解决处理措施，这就会使桥梁建设施工受到很大的影响。

而在BIM技术中可以三维模型很好的将桥梁的结构特点体现出来，首先在对桥梁的施工方案设计时就已经能给出很大的参考，使桥梁施工的设计方案得到一定程度的优化。另外BIM还有模拟预测功能，它能根据所建立起来的三维模型在输入建设地点的环境因素的数据后通过智能模拟系统对施工中可能出现的问题进行一定的模拟。这个功能的实现显然可以让我们提前对桥梁施工过程中可能出现的问题提前给出解决办法，充分保证桥梁施工的进度和质量。运用BIM技术的全桥项目工程的全部数据文件都可以存放在模型数据库中，以上数据能被电脑自行获取，并且高效地对构件进行工程量解析，以减少因反复的人员手动操作引致的失误，还可以实现工程量伴随设计更改并即时输出更改后的正确有效的工程量信息。AutodeskRevit作为BIM的关键模型是运用关联数据库建立立体式数据模型，它是一个巨大的数据集合，涵括了各式各样的构件单元，各个单元之间存在着密不可分的关联。目前，我们可以利用AutodeskRevit中的相关功能访问文件，也可以获取里面的真实数据信息，甚至可以获得全部的实体信息。运用BIM获取工程量的结果可以预估项目投资成本，进而对方案做出比较和筛选。并且这些工程量可以直接运用到施工开始前的工程量估算和完成后的工程量统计上。

二、BIM在桥梁设计应用措施

1设计优化

桥梁施工图设计不仅需要对主要承载力构件的尺寸、连接、截面构造等进行详细勾画，还需要对附属结构的位置、连接方法、局部构造等进行明确。这就是大量的构件放样问题。此外，桥梁结构除了作为车行系统之外，很可能布设有管道等，则需要将管道与桥梁空间位置确定，使得不出现构件的重合和重叠，降低施工操作的难度。因此，在桥梁的设计阶段，需要利用BIM模型进行检错捡漏，核查所有的设计标准，确保连续性，保证各种构件的设计位置匹配，不出现冲突问题。由于施工图设计阶段涉及到很多构件，一旦发生设计问题，如果采用传统的二维图纸设计，则需要进行大量的修改工作，且往往顾此失彼。采用BIM模型后，相关更改直接在BIM模型中进行修改，对应的桥梁立面、断面、平面、局部构造等图纸直接进行更改，且材料用量等也随着自适应更改，极大地提高了设计效率。这一技术在建筑领域有非常显著的效益，据统计，77%的企业遭遇因图纸不清或混乱而造成项目的投资损失，其中有10%的企业认为该损失可达项目建造投资的10%以上，43%的施工企业遭遇过招标图纸中存在重大错误，改正成本超过100万元。因此可以预见，利用BIM技术进行桥梁施工图深化核对，可以减少因为图纸信息不明确造成的施工错误。

2施工方案拟定与优化

BIM模型提供全三维的桥梁信息模型，由于桥梁结构状态与施工方法直接对应，不同施工工法所形成的桥梁状态和结构构造、配筋等均不相同，因此桥梁施工过程非常重要。依据BIM模型，可以很方便地模拟桥梁的施工过程，这种施工过程也是非常直观的。如果把这种施工过程直接传递到有限元模型进行结构安全性分析，则可以非常简便地比较不同施工工法下的桥梁状态差异性和施工组织复杂性，这就为桥梁施工方案的拟定提供了直接基础，还可以基于现有的施工方案进行优化，提高工作效率和质量。

对结构尺寸、材料进行拟定后，利用结构分析软件进行建模，根据需要建立二维的平面杆系模型、三维杆系模型或三维实体模型，对外界环境（地质条件、温度、湿度、风、波浪等）、作用（车辆作用、船舶漂流物撞击作用、地震作用）进行模拟，分析结构的安全性，并根据结果对结构进行优化，从而达到安全性、经济性、耐久性的目的。图1和图2为江门在建滨江大桥的三维杆系模型和局部三维实体模型，上述结构分析模型为大桥最终结构尺寸、预应力钢束配置、钢筋配置提供了依据。

3检查道路和桥梁节点板件关系

在开展桥梁设计工作的过程中，经常会发现实际桥梁施工会遇到较多的节点。节点的造型一般比较多变，并且相对来说错综复杂，会给实际的桥梁施工带来较大的影响。因此，在开展桥梁设计工作的过程中，可以利用BIM技术明确桥塔的内部构造，通过仿真模型检查道路和桥梁节点板的关系，避免桥梁道路之间存在碰撞。

4检查钢箱梁板件关系

在开展桥梁设计工作的过程中，需要明确钢箱梁板件之间的关系，否则会使得构造复杂的主桥钢箱梁影响整体设计效果。设计者在对这部分内容进行设计时，可以利用BIM技术对其进行优化，对横隔离板同腹板进行权衡，并且明确底板之间的具体关系，通过对施工剖面图的观察，做好钢箱梁板各个部件的细节检查工作，避免在实际施工过程中出现相关问题。

结语

在桥梁工程初始设计阶段的BIM技术运用及推广工作必然会遇到各种问题。但随着BIM技术在桥梁工程设计中运用技术的成熟，随着人们对其认识程度的加深，BIM技术必将成为主流趋势，会在桥梁工程设计建筑中发挥出重要的作用，也将促进我国桥梁建筑行业的蓬勃发展。

参考文献：

[1]乐玥。BIM应用于桥梁设计的研究和实践[J].江西建材，2017，（10）：134-140.

[2]唐晓。BIM技术在桥梁工程设计及施工中的运用[J].江西建材，2017，（08）：125.