BIM技术在桥梁设计阶段的应用研究

王江龙

(中交第一公路勘察设计研究院有限公司，陕西 西安 710075)

0 引 言

我国BIM技术起步晚，但崛起快，当理论系统形成后快速应用到各个行业中，加快我国数字化建设的脚步。BIM技术在桥梁建设中的应用已经渗透到各个方面，如桥梁设计，成本控制，施工优化，耐久性评估等。所以我国很多学者不断研究BIM技术理论，希望将该项技术广泛应用。

1 BIM技术在桥梁设计中优缺点

1.1 BIM技术的优点

BIM是Building Information Modeling的缩写，中文解释为建筑信息模型。基于BIM技术的信息共享功能，可视化功能，各专业可共同工作的功能，使设计工作的效率和质量有了明显改善和大幅度提高。避免了专业之间的信息传输中断，计算误差，减少了设计变更的工作。增加了团队的工作效率。在桥梁设计工作中BIM技术已经实现的技术应用有：(1)三维可视化，参数化的设计。(2)专业协同工作，信息资源共享，避免了专业之间的隔阂。(3)实现了工程量核算以及图纸的校对。(4)基于BIM平台，性能化分析较为系统。传统方法进行桥梁结构受力分析时只是依靠有限元软件进行模拟和数值分析，基于BIM平台的受力分析有ansys，Midas，Abaqus等，通过与BIM软件共享接口后使建立的模型可以直接在分析软件中应用。

1.2 BIM技术的不足

新技术的运用，新产物的诞生都会有利有弊，BIM技术的发展是一个长期的持久的研究和改善的过程，目前我国的BIM技术在桥梁设计中的研究还处于初级阶段，在各方面还存在一定程度的不足，主要表现在以下方面：

(1)前期成本高：桥梁设计时不仅需要利用BIM技术，还需要利用BIM技术的人才，我国现阶段对BIMer的培养程度还不够，技术利用率较低，购买软件以及后期升级等服务的费用较高，综合短期投资分析BIM技术的推广有一定困难。

(2)模式转变困难

传统的桥梁设计方法已经深入人心，对于设计流程和工作程序驾轻就熟。对于设计院而言BIM技术如果达不到客户的满意程度不仅影响设计进度和效率还会影响设计院的经济效益。对于工作人员来说固有思维限制了BIM的理解和运用，桥梁设计工作从二维向三维的过渡，从离散型设计向集成化转化改变了工作的性质，思维模式转变存在局限性。

(3)BIM工作软件的不成熟

BIM在桥梁设计中的应用是参与整个项目的全寿命周期，在整个过程中专业之间的配合以及软件之间的端口衔接都还不够完善，需要进一步调整和研发。族库可以大大提高BIM建模的效率，但是目前的族库还不能完全满足桥梁设计时构件的需要，尤其是异性结构的构建，族库很难实现物理参数，几何尺寸，受力特性等互相匹配。

2 BIM技术在桥梁设计中的应用

桥梁设计一般包括三个阶段：初步设计、技术设计、施工图设计。桥梁设计更注重的是桥梁的安全性和耐久性，所以桥梁在设计时工作任务重。修改和后期变更依据条件反复修改平面图纸，调整模型进行计算，这样严重影响工作效率。而BIM工作方式是以数字模型为基础，通过调整模型结构即可完成设计中遇到的问题。在实际设计工作中BIM实现的程度和应用如下所示。

2.1 快速建模

BIM的建模方式是通过族库建立一些小构建，然后将这些小构建按结构顺序拼成整体结构。模型建立过程中族的运用是关键，同类或者相似构建可以创建同一个族，并加入属性如构件的几何尺寸，形状，材质等，运用时可以对相应的物理参数进行修改即可完成模型的建立。

BIM的建模软件revit与SU相比，添加了材料和构件的各种属性，将构建进行了参数化的设计，这样revit在后期修改过程中只需要调整参数即可，大大降低了无效工作。

2.2 模型计算

桥梁受力分析时即要进行整体结构的分析也要对局部构件进行分析，所以在设计时对桥梁模型的计算难度很大，进行整体分析时，主要依靠桥梁博士和迈达斯等进行，对局部进行分析时，主要使用的软件有Ansys，Abaqus等。目前BIM平台主要通过同一个端口将建模软件和分析软件结合应用，但这种技术还不成熟，现阶段的桥梁受力分析还是依靠单独的软件来完成。

2.3 工程量统计

工程量统计主要是通过图纸和表格的数量人为进行一一对应，分类统计。二维图纸对于工程量的统计最大缺点在于单位易混淆，量表和图纸不对应，构件分类困难。造价员根据分类的图表进行进行工程量的计算。以上过程数据在传递过程中出现的误差和错误会影响整个工程量统计的过程，一旦进行修改和调整，花费的时间会很长。

BIM建立的模型通过带有参数的局部结构按桥梁的建设顺序拼装的，每一部分结构都有自己的特定属性，所以系统可通过结精确的计算出每部分的工程量。

3 案例分析

3.1 工程概况

本文依托于某地刚构桥，利用BIM技术对该桥梁进行设计，桥梁基本结构如下：

(1)该桥的桥梁全长为345 m，主桥为三跨一联的预应力混凝土结构，下部为矩形钢筋混凝土墩体。

(2)桥梁上部结构采用单箱单室变截面箱梁，中点支点处梁高8.0 m，主跨跨中梁高为4.0 m。箱梁顶宽10.0 m，底宽6.5 m，箱梁两侧悬臂板长度均为2.0 m，悬臂端部为60 cm厚。箱梁底板厚度40～150 cm，腹板厚度范围在40 cm～60 cm。

(3)下部结构墩体采用矩形钢筋混凝土，承台采用矩形混凝土结构，尺寸为10×8.0×3.0 m。

3.2 方案设计

通过BIM的建模软件revit对该桥梁进行三维模型建立，通过调整梁高，截面等参数使结构合理，满足要求。然后利用Infraworks建立线位附近的三维地形，将revit已经建立的桥梁模型导入，通过进一步调整参数使桥梁适应地形并满足自身结构要求，如孔径跨度、通航能力、安全耐久性。该阶段可将模型导入、Navis Works、Lumion内渲染效果图，如图1所示。

图1 桥梁效果图

3.3 施工图设计

施工图设计与方案设计的不同主要在于施工图设计的任务是为桥梁建立信息模型，将桥梁的控制截面族，墩台族，地形图，地质条件数据加载到revit软件当中，并在按上文流程已编程好的Dynamo代码的输入端选取以上载入的数据源，即可初步生成本项目三维模型。

钢筋设计时需要在在项目中加载对应的族库，根据设计要求和规范规定利用Dynamo批量放置钢筋，通过自适应族来放置预应力钢筋。

地质模型的建立和修改根据地勘提供的资料进行模型的更新，并结合规范规定以及地质的实际条件来修改桥梁的下部结构，如桩基，承台的高程和位置等。地质模型如图2所示。

图2 地质模型

当路线指标发生变动或者线位进行调整时，可通过数据来更新桥梁的设计中心线，然后保存现有数据将桥梁模型进行更新。BIM技术的应用使桥梁设计时遇到的修改和变更变得方便简单，大大的提高了工作效率，节约了工作成本，这就是数字化，信息化对桥梁设计的帮助。

通过BIM技术在桥梁方案设计和施工图设计阶段的应用可以看出，BIM技术在桥梁设计的各个阶段都有很好的表现，主要表现为精度高，效率高等。模型可根据项目的需要进行刨面，得到任意角度的二维平面图，还可以精确的统计工程量以及进行模型计算。为项目的全寿命周期提供了有效的设计成果。

4 结 语

本文主要通过BIM技术在桥梁设计工作中的优缺点，以及现阶段BIM技术在桥梁设计中的应用程度进行分析研究，得到：BIM技术的数字化，程序化，信息化给桥梁的设计工作带来了很多便捷之处，参与了整个项目的全寿命周期，缩短了设计时间，提高了工作效率，使桥梁设计更加完善和精准。但是BIM技术现在还处于发展的初级阶段，技术还不够成熟，体制还不够完善，需要对程序进行二次开发才能使BIM在桥梁设计工作中发挥更有效地作用。