BIM技术在钢结构桥梁设计中的应用

顾越明 上海振华重工（集团）股份有限公司钢结构事业部设计部二室项目总工、中级工程师

在钢结构桥梁设计过程中融入BIM 技术，借助三维建模技术，分析、管理模块，有助于提高钢结构桥梁建造的质量与设计效率。与此同时，BIM 技术的应用能最大限度地减少设计中存在的问题，推动钢结构桥梁的发展与进步。

一、钢结构桥梁设计中应用BIM 技术的重要性

现阶段，我国BIM 技术快速发展，而且在钢结构桥梁设计中得到了广泛应用，对促进我国建设行业的发展起到了一定的推动作用。具体来看，钢结构桥梁设计中应用BIM 技术具有多种优势：第一，BIM 技术使用的基础是三维建模技术，打破了传统二维设计所具有的局限性，有效减轻了工作人员的任务量，提高了工作效率；第二，在设计钢结构桥梁的过程中，在设计梁、板等零部件的基础上，还应对零部件组合后的整体性能进行全面考虑；第三，BIM 技术应用到钢结构桥梁设计中，便于后续桥梁数据管理工作的开展，最终实现桥梁全过程、全寿命的设计目标。在钢结构桥梁设计中应用BIM 技术，不仅能促使设计工作效率得到有效提升，而且能最大限度地减少设计误差、错误情况的出现，保障桥梁整体质量，为推动我国建设行业稳定持续发展奠定良好基础。

二、钢结构桥梁设计存在的问题

1、钢结构桥梁工艺设计难度相对较大

钢结构桥梁设计工艺较为复杂，而且具有较大的设计难度。钢结构桥梁涉及多个构件，各个构件复杂地连接在桥梁空间内，以各种曲线、曲面的形式存在。所以，设计师在设计钢结构桥梁的过程中，需要对其中结构复杂位置进行全面考虑，对其进行放样处理，从而便于确定钢结构的位置，避免各个构件之间出现碰撞情况。而从当前的具体设计情况来看，通常采用CAD 软件对桥梁进行平面放样处理，不仅不直观，而且放样工程量相对较大。从实际效果来看，工作效率相对较低。与此同时，设计人员要对其中存在的大量信息进行严格核对，要求充分运用CAD 技术，但是此种技术的应用也会增加设计员的工作量，在一定程度上降低了设计工作效率[1]。另外，由于桥梁设计构件繁多，如果仅仅依靠CAD 软件进行设计，无法真实体现构造的空间布置，那么就会很大程度上增加设计人员的出错概率，降低设计质量。

2、信息传递效率有待提升

在钢结构桥梁设计过程中，由于钢结构桥梁较为复杂，所以在设计阶段就需要多个设计人员进行配合合作。但是，大部分钢结构桥梁设计采用的是传统设计模式，从而导致信息传递出现不及时、不完整的情况。而且，从当前钢结构桥梁设计的实际情况来看，大部分设计人员都较为依赖二维设计软件或者文本信息的使用，从而在设计交底的过程中需要花费较多的时间来提高施工人员对设计图纸的认识[2]。与此同时，在桥梁设计阶段，如果出现了设计误差，那么设计人员需要结合实际设计图纸对构件进行调整变更，而且需要对后续构件的组成进行相应分析，在一定程度上加重了设计人员的工作量，增加了设计人员的工作难度，降低了其工作效率。

3、管理效果相对较低

在钢结构桥梁设计阶段，受到周边环境因素及管理者因素的影响，会对钢结构桥梁设计管理效率产生不利影响，在一定程度上降低管理效率。而此种问题的出现主要是由于部分设计条件发生了变化，使得施工人员需要对施工图纸进行相应的变更调整，但是由于部分设计人员并没有对这部分信息进行充分的掌握，所以导致工作进程被延误，并且不能对工作进程进行科学有效的协调[3]。与此同时，在具体施工建设过程中，大部分工程都会采用大量运输桥梁构件的模式，然后在施工现场对桥梁构件进行集中管理，而此种模式可能会一定程度上降低管理效率，并不利于后续钢结构桥梁建设工作的开展。

三、BIM 技术在钢结构桥梁设计中的应用

1、三维建模

在具体应用BIM 技术的过程中，相关设计人员需要结合实际的钢结构桥梁情况，对其中关键部位进行提取，然后形成相应的构件对象。在传统钢结构桥梁设计过程中，虽然会用到大样图、细部图等内容，但是其本身拓展性相对较弱，所以需要结合BIM 技术构建相应的参数化模型，为后续施工提供有利条件，不仅可以对于施工方案进行及时的调整优化，而且可以保障钢结构桥梁设计质量与提高效率。例如，应用Solidworks 软件，可以将桥梁数据信息输入进去，然后通过软件建立三维模型，并且能为后续调整修改奠定基础。另外，可以使用CATIA 软件，由于其本身带有钢结构设计模块，所以可以在钢板上进行开孔等作业。由此可以得出，在设计钢结构桥梁的过程中，可以充分借助三维建模软件，从而为建设钢结构桥梁奠定基础。

2、对模型进行计算与分析

在设计钢结构桥梁的过程中，需要计算整体的模型。与此同时，需要对部分模型的节点进行分析。在此过程中充分应用BIM 技术，有效简化桥梁设计过程，可在一定程度上缩减建模时间，提高建模效率。在普通钢结构桥梁设计过程中，由于桥梁构件较为复杂，缺乏相应的规定标准，所以在具体使用的过程中易出现交互性差的情况，从而在一定程度上增加计算模型需要重新计算的概率，最终对设计效率产生不利影响。而在实际应用BIM 技术的过程中，可以充分利用三维软件，然后将桥梁结构放置在同一个模型框架下，进行多专业协同设计，充分利用模型优势对桥梁数据进行计算[4]。例如，在此过程中，使用Revit Structure 软件，由于其具有一定的计算模块，所以在对模型进行计算和分析的过程中，可以有效促使设计质量与效率的提高。

3、对图纸的输出

在传统钢结构桥梁设计过程中，设计人员主要是运用二维CAD 软件输出设计图纸。这种出图模式，特别在多人协作的时候，设计人员在精心绘制设计图纸的同时往往无法全面兼顾关联性。设计人员一旦出现错误，特别是对于边设计边施工的项目，将会对施工质量与进度产生严重影响。而在此过程中应用BIM技术，则可以将模型几何特征充分反映出来。如果条件允许，那么就可以将三维模型直接输出作为施工图的辅助，为后续桥梁建设提供有利条件，然后将其与钢结构加工厂进行直接对接，保障施工质量得到有效提升，进一步降低产生施工误差的概率。

4、虚拟拼接

在设计阶段，通过应用BIM 技术，能帮助桥梁实现预拼接的目标。而实现此目标的关键分为2 个方面。第一，通过利用BIM 技术，可以模拟设计过程中快速完成的模型。第二，结合现场实际施工情况，实时采集施工现场的结构数据及外部条件参数，即时对设计模型进行调整优化，使得三维模型能与实际相符，用于指导实际拼装[5]。而随着数字技术与软件技术的快速发展，此技术在钢结构桥梁设计中的应用将越来越广泛。

5、设计后期阶段

通常，随着工程竣工，设计工作随之完成。但是，为了保障钢结构桥梁的结构更加安全可靠，进一步延长钢结构桥梁的使用年限，则需要设计人员实时参与桥梁项目的运营。而在此过程中通过BIM 软件的应用，不仅能为桥梁设计提供合理的三维模型，还能为桥梁设计提供相应的数据平台。在桥梁的设计与施工阶段，模型管理人员需要提高重视，考虑可追溯性，对于模型当中的各个零部件赋予相应的信息，如构件出厂信息、构件涂装颜色等信息。而在桥梁运营过程中，模型管理人员需要其中存在的疲劳损伤、锈蚀等情况提前录入模型中，对其进行统一管理，从而提前发出预警，保障桥梁运营管理效率与质量得到有效提高。

6、桥梁可视化技术交底

在桥梁设计过程中，技术交底环节占据重要地位，属于设计人员同施工单位沟通交流的关键环节，利于设计人员表达出桥梁设计的主要意图，阐明桥梁设计的注意事项。但是，在此过程中，传统方法并不能将设计意图与注意事项讲述清除，经常会出现理解不到位或者表述不清的情况，从而在一定程度上降低了桥梁施工质量，耽误了桥梁的施工周期。

而通过应用BIM 技术，可以对施工过程中的关键环节进行模拟，从而了解其中的设计意图与注意事项，应用三维模式将施工重点环节进行标注，有效提高沟通效率，保障施工质量得到提高。与此同时，在技术交底环节，可以将施工工法与施工工艺进行成套制作，将其作为施工过程的主要依据，充分保障桥梁工程的施工质量，推动建设行业发展与进步。

四、结语

在钢结构桥梁设计中应用BIM 技术，可以使得钢结构加工模型变得更加可视化，通过建立相应的三维BIM 模型，并且同时将工程信息存储到BIM 模型中，有效解决CAD 图纸中存在的表述不清、无法及时反馈施工现场信息等问题。与此同时，在手机等设备当中安装相应软件，不仅仅能随时随地查看桥梁工程的3D 模型，还可以实时上传相应的施工信息，便于后续查看工程项目信息，保障项目信息共享能力得到有效提高。另外，还可以对三维模型数据信息进行可视化管理，为后续钢结构下料加工及安装过程提供管控指导，为后续生成设计图纸与设计审查报告奠定基础，有效控制生产成本、质量及进度等。