桥梁工程设计BIM技术应用分析

桥梁工程设计BIM技术应用分析

张诚

中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司  陕西西安  710065

摘要：通过BIM技术的应用，可以直观化、多角度化、精细化地对施工过程进行全方位展示，更好地指导项目施工，为项目提出最佳的优化设计解决方案。通过模拟施工、精确算量，为项目决策层提供可靠的技术依据。通过碰撞检查，减少了由于结构间的碰撞造成的返工及变更，提高施工效率。

关键词：桥梁工程设计；BIM技术；应用

引言

随着BIM正向设计方法的推广运用，可将BIM技术的优势深入到设计阶段的各部分实践中，本工程实践中通过BIM正向设计有效攻克了工程中所遇到的复杂问题，并能轻松灵活地将二维设计成果无法详细表达的内容通过自身三维的优势清晰直观地准确展示，全面提高了项目设计效率与质量。

1BIM技术的定义及其应用现状

1.1BIM的定义

BIM（BuildingInformationModeling，又称建筑信息模型），是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型基础来建立建筑模型，将整个工程项目生命周期所有阶段的资源和工程信息集中在一个模型中，所有工程参与者可以相互协同，从而有效降低生产成本，增加工作效率。

1.2BIM的应用现状

基于BIM技术的诸多优点，国内外更多的建筑行业从事者将其应用于工程项目中。国外对于BIM技术的认可度非常高，许多国家都在使用该技术，Autodesk、Bentley等软件公司开发了高效的BIM软件，美国在建筑项目中BIM的普及率高达70%。

2021年中国建筑数字化投入仅占建筑业总产值的0.08%，投入比不及发达国家的十分之一。随着近几年我国的建筑业的数字化转型，我国的BIM技术也达到了研究和应用的高峰期，在设计、结构、机电和运营领域都得到成功应用，成功案例有城市地铁、北京冬奥村、沪通长江大桥等。国家住建部发布了《建筑信息模型应用统一标准》《建筑信息模型施工应用标准》等相关标准；国家交通运输部发布了《公路工程信息模型应用统一标准》《水运工程信息模型应用统一标准》等相关标准；各省、各企业也发布了市政工程、水利工程、城市轨道交通工程的相关标准，使BIM技术的应用更加标准化和高效化。

2BIM技术在桥梁工程设计中的应用优势

2.1设计成果方面

BIM技术应用于桥梁工程项目中设计成果包含三维可视化信息模型及由该模型衍生出的数据化成果如：三维可视化模拟动画、三维仿真模型、二维工程图纸、工程量数据等等。模型从方案设计阶段到施工图设计阶段其精度不断加深满足不同需求，各设计成果之间数据信息联系紧密，联动变化及时。三维可视化成果的展示效果更加利于同非专业人士进行沟通和理解，提高决策的可靠性。

2.2设计效率方面

BIM技术设计模式采用模型参数化、模块化设计，将具体的桥梁构件按功能和属性进行模块划分，同时对于同类构件进行参数化设定，用户后期可按参数改变尺寸适用于不同环境项目需要。BIM设计模式将不局限于传统二维设计中点、线的绘制，深化到对于适用性和适配度极高的模型设计中，模型适配度越高、模型库越丰富，这将方便后期各类用户直接使用，极大缩减了重复性绘图工作，提高了生产效率。参数化设计便于设计人员综合考虑力学需求、经济性需求、美学需求等等，不断改变参数值以模拟得到最佳适配方案，同时不会加大设计人员制图的工作量。三维可视化设计则利于对复杂三维空间结构进行把握，对三维空间结构可利用多角度视图、剖面图等视角进行详细设计和理解，大大降低了空间想象的难度，也增加了对空间交叉关系的精确把握。协同设计也将便于同专业不同设计人员、不同专业的设计人员就同一项目设计模型进行交互，保障了数据传递的完整性、及时性、统一性。

2.3设计质量方面

BIM技术设计模式将有助于提高结构体设计质量，结构体在传统二维设计模式中可能存在空间交叉关系的错误难以从二维图纸中发现，而BIM技术可直观化发现结构体隐藏的几何问题，利用碰撞检查功能还可以发现特定的软、硬碰撞问题，及时发现设计问题从而修改，在施工过程中避免了因设计缺陷造成的变更和返工，设计质量得到有效保障。BIM技术可直观化表达结构体复杂的空间几何关系，信息化模型可提供设计人员以多种用途的分析，例如：仿真模拟分析其受力性能保障结构体受力良好、施工模拟以提供施工单位以建设指导方案等等，基于信息化模型的分析皆具有详细数据支持，提高了决策的科学性，提高设计质量。

2.4信息储存方面

BIM设计模式将数据以集成数据库形式储存，项目相关的所有信息皆储存于模型之中，例如：桥梁构件几何信息、材料信息、力学信息等，信息的写入和调用皆基于模型数据库，数据完整且查找快捷，各数据信息之间存在逻辑和约束上的联动变化，保证数据信息的可靠性。由BIM模型为基础可提供其他需求分析以输出相关中间资料及设计成果，信息储存在BIM技术模式下将高度集成，统一管理和调用。

3实例探析桥梁工程设计BIM技术应用要点

3.1工程概况

本项目为某市政工程，项目全长约7.4km，为城市快速路，设计速度80km/h，道路红线宽26～80m。全线设立交3座，特大桥2座，总投资约67亿元。

3.2正向设计流程

项目在传统设计基本流程上，结合行业、地方、企业正向设计标准及设计协同机制，制定了以模型为中心的三维正向设计流程。

3.3软件平台及协同机制

项目针对道路、桥梁、管网等主体专业，确定了相应的三维设计协同机制及对应节点的软件平台。

3.4BIM正向设计

①环境模型构建。项目利用无人机航拍技术采集沿线现场地形及影像数据，处理形成全线三维倾斜摄影模型。依托现场仿真模型，进行虚拟踏勘，以便高效、精确地掌控项目沿线边界条件。提取与处理地质钻探数据，构建地质数字模型，为路基处理、结构、桥梁下部、隧道精细化设计提供基础条件。②总体方案比选。结合项目沿线控制条件，初拟路线总体方案，快速建立各方案BIM模型，基于模型开展总体路线方案及立交节点方案的综合比选；采用BIM+GIS技术整合BIM模型与GIS模型，进行方案的可视化评审。③特大桥方案比较。根据现场仿真模型建立特殊桥梁BIM三维模型，从经济、适用、美观等方面进行不同桥型不同跨径的方案比选。

3.5BIM拓展应用①景观艺术审查。为形象清晰地表达景观设计方案，采用BIM+GIS+景观布置的方式进行景观方案设计，并输出游线动画供景观方案审查。②交通导改模拟。基于设计模型，运用Fuzor对疏解方案各阶段施工内容进行模拟，以确定最佳施工期间导改与建设方案。③移动端交互。项目在设计成果的表达上，利用“三维+二维”相结合的方式，使设计成果表达更加清晰直观。通过扫码直接在手机呈现构件的BIM模型，使参建各方能够快速、准确地了解复杂构造。

3.6BIM技术应用效果

本项目桥梁工程设计中，采用了BIM+GIS技术、虚拟施工技术、云物联网技术等，形成了以模型为中心的正向设计技术路线，探索了多专业的三维协同设计，进一步外延了BIM模型的附加价值，达成了项目的应用目标。

结束语

BIM技术作为一种新型设计手段，在公路、铁路等交通基础设施领域逐渐普及，桥梁工程作为交通基础设施重要组成，近年来在BIM技术应用方面取得了一定的进展。然而结合实践情况分析，不少桥梁工程依旧停留在BIM翻模设计层面，究其原因在于桥梁设计阶段设计方式、设计成果交付方式均未实现信息化，各阶段信息未准确有效传递。由此，BIM正向设计概念被提出，希望使BIM应用从设计阶段向下兼容，实现信息自上而下的流通，最终达到成果信息化、标准化交付的目标，本文主要从BIM正向设计的角度出发展开详细分析。

参考文献

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