公路桥梁项目设计阶段BIM技术实践分析

于鹏

（浙江省交通规划设计研究院有限公司，杭州310000）

1 引言

公路的里程长，经过的环境多样，所以，在公路工程中需要使用多种桥型。装配式桥梁多适用于主线桥梁构造物，悬索桥、斜拉桥、大跨径刚构桥多在跨越大河深谷时常用到，小半径曲线箱梁桥经常用于互通式立体交叉中。公路工程中的桥梁有多种类型，BIM 技术则可以在复杂节点精细化、钢结构桥梁工业化制造以及比选与拟定桥梁方案等过程中起到很好的作用。

2 BIM技术在公路桥梁设计中的应用

2.1 基于BIM技术搭建协同设计平台

BIM 模型的基础数据是激光扫描、航测遥感、无人机倾斜摄影等先进的测量技术，环境模型则以协形同平台建立。通过自主研发的BIM 设计软件，专业设计人员会根据数字化勘察设计成果进行设计，得出设计数据并生成桥梁方案的BIM 模型，最后需要以协同平台为依托，组装融合环境模型与BIM 模型，从而得到有大场景的BIM 模型。依托桥梁专业设计人员的工作，各专业设计人员则需要以整体模型为基准，结合自己的专业特点，验证桥梁方案是否合理可行，并且还要完成模型协同处理与推送各设计专业衔接问题的信息等工作。为了防止数据不同带来的失误，需要以协同平台为依托，保证各参与专业数据源的惟一性。与此同时，各专业设计人员还要依托BIM协同平台进行确认，然后才能把数字化成果传递给下一阶段，最终保证设计信息传递无误【1】。

2.2 BIM技术在桥梁方案比选中的应用

在桥梁设计阶段，常规桥梁方案的拟定需要投入较多工作量，因为装配式桥梁在桥梁工程中占有极大比例。1∶2000 地形图和路线设计资料经常被运用在传统公路桥梁方案中，运用这种方式，能够在较快时间内制定出桥梁方案，但也不可避免地产生一些问题，例如，桥梁构造物与被跨越物体的位置关系难以直观呈现、不能清晰表达设计意图等。

在公路设计中，对本院自主研发的路线软件升级，便能在路线设计之后批量设置常规桥梁的中心桩号、孔径信息，能一键生成路线、常规方案桥梁模型，而无须再增加其他工作量。地形模型的生成要依靠航片、卫星图像、激光点云数据等，生成的地形模型与BIM 方案相结合，对桥梁方案进行有效评估。如此便能较为清晰地核实上下桥梁结构选型、孔径布置和通航情况等是否合理。

2.3 BIM技术在钢桥细节设计中的应用

常规装配式桥梁能广泛地应用于主线桥梁构造中，但无法满足路段交通量大的情况，无法适用于大河、深谷及其他跨线桥。遇到这些情况，悬索桥、斜拉桥、大跨径刚构桥和钢箱梁顶推跨越的方案则更为适合。因桥梁结构非常复杂，所以在设计过程中，这类桥型往往会遇到比较复杂的节点设计。而且桥梁各构件的位置关系复杂，不能依靠传统的二维图纸将位置关系明确表现出来。

钢桁架主梁节点锚栓、索鞍是在大跨径悬索桥中经常用到的部件，它们的空间构造比较复杂，如果使用常规二维码图纸显示，则很可能出现错误。这样，施工阶段就无法接收到准确的桥梁设计意图。在某公路大桥设计时，主跨采用1 000m的双跨、单跨钢桁架悬索桥，并通过Tekla 及Revit 软件建立起索鞍和钢桁架的细节模型，这样，能明晰地表达设计中的细节信息，从而提高工程品质，加强设计与施工的衔接度【2】。

2.4 BIM技术在钢箱梁细节设计中的应用

跨线设计在目前的公路工程中经常用到，可以最大程度降低跨越路段造成的交通影响，许多公路工程使用钢箱梁顶推方案。钢箱梁的组成部分有顶板、底板、腹板、纵隔板、横隔板和加劲肋等，这些部件一般经过工厂化节段制造后，在现场焊接安装。因其内部构造复杂，需要极为精细的加工。一般的二维图纸是用典型的横断面来显示钢箱梁的上部结构组成和它的加工方案，钢结构加工厂还需要深化和加工二维图纸，针对设计意图信息不准确的地方，与图纸设计单位再次进行沟通和信息传递。

某高速公路跨线桥采用44m+70m+36m 钢箱梁，基于BIM技术把三维设计和结构设计相结合，钢箱梁的细节设计借助Tekla 软件完成，钢箱梁构件的位置关系则借助三维模型呈现。通过三维模型，可以对预拼装后的钢箱梁进行碰撞测试，发现检测过程中不合理的部件位置或位置关系，并及时进行纠正，得到三维轴测安装图。施工单位根据三维轴侧安装图进行拼装，使数控加工机床与设计数据信息对接，从而优化下料信息，最终提高设计的质量【3】。

2.5 BIM技术在桥梁可视化技术交底中的应用

设计人员与施工单位最直接的沟通主要是通过技术交底环节完成，通过技术交底，设计人员能够有效传递桥梁的整体设计意图与注意事项。但是，技术交底文件毕竟是在描述和表达一个未经建造出来的物体，常规表达方式往往会因为表述不清、理解不透而给施工带来阻碍，甚至造成桥梁施工过程中的安全隐患。

而BIM 技术是一种三维表达方式，依靠BIM 技术模拟施工工序，能直观表达出设计人员的意图，做好施工重点注意地方的特殊提示，根据施工作业指导书、施工组织设计的关键步骤来制作施工动画，从而提高工程质量，增强设计人员与施工单位沟通的有效性。对于成套的施工工艺、核心的施工工法，还要制作出技术交底库，以此作为施工过程和其他相近项目的参考信息。针对桥面混凝土铺装层施工和扩大基础承台等施工步骤，京沪改建工程正是基于BIM 技术，进行了桥梁可视化技术交底工作，因而成果显著。

3 BIM技术在公路桥梁设计中的应用难点

1）软件技术尚未成熟。现在运用于公路桥梁设计阶段的BIM软件主要是国外的软件，国外软件虽然开放性大，但不够本土化，不能完全符合中国规范。我国技术人员运用时还要根据自身设计习惯，对BIM 软件的一些功能进行本土化开发。

2）硬件配置需求较高。公路桥梁项目既需要有公路桥梁的自身信息，又要了解自然信息、人文信息和沿线地质地貌等其他信息。由这些信息建立出来的模型体量大，高硬件配置才能满足建模和相应信息处理的需求【4】。

3）缺乏相应标准。该行业还处于初步探索阶段，缺乏统一的行业规范和标准，也没有建立起功能探索的整体导向，数据格式、数据接口和信息交付标准尚待统一。行业以业主的需求为主导，但不利于全行业的统筹规划与管理【5】。

4）对于BIM 从业人员要求高。设计、施工和运营管理等全生命周期的建设活动都需要BIM 技术的参与，BIM 应用传递模型信息。因此，相关从业人员要掌握各工程建设活动的有关知识，还要会熟练应用BIM 相关软件，甚至必须能根据我国规范进行相关功能的二次开发。

4 结语

观察近年来的公路桥梁设计工程，可以发现设计过程的各个角度、各个阶段都有BIM 技术的实践应用。在BIM 技术的起步阶段，难免会遇到艰难的探索和改进，但正是相关人员的逐步攻关才使BIM 技术向着成熟的方向迈进。目前已取得的成果显示，BIM 技术的发展势头越来越好，对设计阶段工程难点的攻破起了重要作用。现阶段，BIM 技术的三维表达方式已具有超前的优越性。