基于Bentley平台的BIM 技术在桥梁设计中的应用

连飞飞

（大连理工大学 土木建筑设计研究院有限公司，辽宁 大连 116023）

引言

进入21世纪以来，中国桥梁建设取得了巨大成就。随着经济、科技的不断发展，桥梁的结构形式及建设环境更为复杂，人们对桥梁的设计也提出了更高更严格的要求。随着BIM技术在桥梁设计中的应用与推广，不但提升了整体的设计效率，保证了设计质量，降低了工程造价，还能有效解决目前桥梁设计中所遇到的各种难题。BIM 技术的应用代表着我国桥梁设计工作从手工劳动向计算机辅助设计方式的转变。虽然BIM技术最早从2002年已经引入工程建设行业，进入国内可以追溯到2004年，但在国内前期发展缓慢，一直处在宣传和推广阶段。“十二五”开局之年，住房和城乡建设部发布了《2011 —2015年建筑业信息化发展纲要》，才开始确立大力发展BIM技术的基调。

1 BIM的概念及特点

BIM，即建筑信息模型（Building Information Modeling, BIM），是近些年来出现在工程界中的新名词，是以三维数字技术为基础，集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型，是对工程项目相关信息的详尽表达。它是引领建筑业信息技术走向更高层次的一种新技术，它的全面应用，将对建筑业界的科技进步产生无可估量的影响，大大提高建筑工程的集成化程度。同时，也为建筑业的发展带来巨大的效益，使设计乃至整个工程的质量和效率显著提高，并且成本降低。建筑信息模型，是应用于建筑工程业的信息技术发展到今天的必然产物。

相较于传统意义的CAD，BIM不仅仅是将设计由2D简单地转换成3D，还具有可视化、协调性、模拟性及优化性等特点。（1）可视化：“所见即所得”的形式，传统CAD结构图纸需要依靠人脑去进行想象，对于一些复杂空间结构，依靠平面图纸难以想象，在与业主沟通过程中也存在障碍，通过BIM设计可以很好地展示设计意图，又可以节省构建效果模型的过程。（2）协调性：由于各专业设计师之间的沟通不到位，在设计时会出现各种碰撞问题，而BIM可在结构物建造前期对各部分的碰撞问题进行协调，生成协调数据，并提供出来，有效地解决该问题。（3）模拟性：模拟性并不是只能模拟设计3D结构，还可以进行4D模拟（三维模型加项目发展时间），5D模拟（基于3D模型的造价控制），6D（基于3D模型的运维管理），从而实现优化设计、指导施工、成本控制及后期管理等。（4）优化性：BIM模型可提供结构物实际存在的信息，包括几何信息、物理信息、规则信息，还可以提供结构物调整后的实际情况，在BIM的基础上更好地进行优化。

2 基于Bentley平台的桥梁BIM软件介绍

目前具备一定市场影响力的BIM建模软件主要有Autodesk公司、Bentley公司、Nemetschek公司及Dassault公司的系列软件。Bentley的建筑、结构和设备系列产品在基础设施（道路、桥梁、市政、水利等）领域有较明显的优势，其解决方案立足于MicroStation图形引擎之上，能够满足土木工程所需解决的大数据、大模型、多专业的行业需求，轻松应对项目设计周期中的变更、版本管理。基于Bentley平台的BIM技术在桥梁设计中的系统解决方案主要涉及软件见图1。

图1 基于Bentley平台桥梁设计解决方案

Bentley平台为用户搭建了一个三维协同工作平台，一改往日串联工作的方式，实行并行工作机制，各软件数据同一兼容性强，数据轻量化，操作流畅。工程师可以实时将自己所完成的工作成果上传到信息管理平台，所有项目参与人员拥有查阅的权限，大家可以及时查阅项目进度，不但方便项目负责人及时查阅进度安排下一步工作，也方便工程师们对于发现的问题或有不同意见的地方及时沟通，避免后期大量返工，极大地提高工作效率。

3 桥梁BIM在设计中的应用流程

3.1 地形创建

使用BIM技术进行模型创建，可以先将设计的桥梁所处的环境地形条件进行三维建模。真实三维地形模型可以使用实景建模技术进行创建，也可以通过提供高程网或者等高线网进行创建。

3.2 线性及分跨

在真实的地形条件下进行桥梁总体线性及分跨设计，即总体方案设计。在设计过程中可以使用简单的断面轮廓粗略快速地拉伸出桥梁线性并摆放桥墩，让工程师更直观地判断线形设计及分跨设计的合理性。根据地形的实际情况进行路线的选择可以使桥梁走向更加符合地形特点，在真实的地形条件下进行分跨设计可以使桥墩的摆放避开不利地形，方便后期施工并节省造价。

3.3 结构模型创建

在具体桥梁结构模型创建过程中，使用参数化设计，对于一些常用构件或者断面，可以创建属于自己的模板库，不但方便随时调用，也为以后其他相似项目的高效建模做准备。参数化创建的桥墩，只要给定桥墩桩号就可自动生成，不必再逐一的去给定高度，节省了建模时间。在后期对结构进行调整时可简单通过调整参数达到完成全部更改的目的，极大地提高了设计效率。结构模型创建完成后要进行深化设计，混凝土结构进行配筋设计，钢结构进行细部创建。在深化模型过程中要给定构件编号、材料、产地等信息，这样才能实现信息化模型，方便以后各个环节的协同工作。进行模型深化设计之前要将模型导入计算软件进行有限元计算，在其计算满足要求后再进行深化设计。

3.4 工程量表及二维图纸的生成

一个完整桥梁模型创建完成之后，已经包含了该桥梁所需要的所有完整信息，可以进行工程量的统计及工程量表的生成。计算机统计工程量相比人工统计不但效率高并且可以保证准确率，减少后期变更。对于钢筋混凝土结构及钢结构，在工程量表输出时，可以直接创建出可供下料使用的大样图。三维模型可以直接生成施工所需的二维图纸，在创建施工图纸过程中，工程师可以选择任意角度视图创建所需二维图纸，也可根据出图需要进行任意断面的剖切，创建二维图纸。二维图纸跟三维模型可以进行联动，如果模型进行了调整，导出的二维图纸会自动随之进行相应地调整，避免了传统CAD更改一张图纸会涉及到很多其他图纸一直修改，进而出现遗漏的问题。

3.5 模型的渲染与展示

BIM模型一个最大的优点是可视化，模型完全建成之后进行简单地渲染，在汇报工作或技术交底时，可以直接使用简单渲染过的生动的三维模型进行展示，使沟通更流畅高效。在施工现场也不需要带着厚厚的图纸，只需带着平板电脑就可以查看模型的任何位置，非常的直观，见图2。

图2 钢管拱桥与梁桥结合的BIM模型

4 结语

（1）基于Bentley平台的桥梁BIM技术的三维协同工作机制，不但方便各环节协作，而且将数据轻量化，降低了对硬件配置的要求且建模过程流畅，提高了工作效率，减少投入。同时，对大体量模型、三维曲线支持较好，适合桥梁专业使用。（2）在具体操作中还存在许多问题要解决，一些建模习惯不符合国内需求，对一些复杂桥型不是很友好，在出二维图纸方面如图框标注等不满足国内出图要求等，需通过二次开发来解决，因此BIM技术实现完全的正向设计还有一段路要走。（3）BIM技术在国内桥梁设计中的应用要结合国内实际情况探索前进，未来不但要在设计阶段协同工作，更要完成桥梁建设及运营的所有环节的协同工作，真正实现服务于项目全生命周期。