BIM技术在桥梁工程设计中的应用研究

刘春森

（招商局重庆交通科研设计院有限公司，重庆 400067）

0 前言

随着科学技术的快速发展，我国桥梁设计技术也由传统的全站仪、水准仪、经纬仪、放线等，转变为现在的航空遥感、GPS、BIM技术等现代化仪器，得益于现代化高精尖设计设备的引入，使我国的桥梁设计工程的精度不断提高，对于天气、地理位置的等不可抵御能力大大加强，使桥梁设计工程可以在复杂的水文及气候条件下正常进行。利用BIM技术可直接进行可视化的信息建模，直接进行桥梁结构，点位受力分析等各项试验。直接在计算机上进行模拟分析，利用GPS、遥感等提供的数据直接进行数据处理，得到实时的厘米级精度的数据，大大缩短了获取数据的时间，避免了数据测量不准确而要返工再次架设设计点等一系列繁杂的体力劳动，可以实现实时的人机交互。同时可以在数据库中进行检索，对比分析不断优化桥梁的结构设计而不是采用传统的模型，避免了一些低级问题的出现。

1 BIM技术概述

预制装配件结合BIM技术，使设计、施工标准化、工业化，也必然成为装配式钢结构建筑的发展方向。

同时，BIM（building information modeling）技术一般与RTK（real-time kinematic）技术一起使用，Trk技术是实时动态测量技术。Trk是实时测量技术的重大突破。RTK实时动态测量技术是一种基于载波相位的GPS实时差分系统，它由接收站、数据流和移动接收站组成。卫星由固定参考站连续观测，其三维坐标和运动姿态通过载体实时传送到移动站。移动站同时接收到基站传送的GPS信号和坐标数据。根据差分原理，实时求解了移动站的三维坐标及其计算精度。准确的原始数据对桥梁设计具有重要价值。

2 桥梁工程设计工作的重要意义

对于桥梁工程来讲，在开工前一定要全面了解地貌、地质、水文地形等条件。结合当地的生态、经济、人文以及社会等因素综合考虑。确定一个合理的桥梁资源利用方案。这就需要准确又高效的桥梁设计工作，作为这一切决策的前提和依据。一个合理适用的设计技术尤为重要，正式的设计工作开始之前，设计工作组一定要认真对比分析多种设计技术，厘清每一种设计技术的优势以及劣势，结合当地的实际条件，选择适合当地的设计方式。对于地形地貌条件较复杂的设计工程，可以提前进行试验，用实际数据来对比得出各种设计方式的优劣。若在设计过程中出现设计方案设计有偏差，一定要及时讨论论证。同时要加大检查密度，不能因为设计方案选择失误而最终影响整个桥梁工程建设。

桥梁工程的建设时，一定要严格遵守各项规章制度。这一切的前提就是精准的桥梁设计数据。设计工作者将编制好的设计说明书提供给相关部门，由工程小组讨论地质报告的可行性及在后续施工过程中可能出现的地质情况，提前做好对应方案。只有了解整个施工区域的地质、地形、地貌、水文条件以及资源分布状况。才能为后续的生产施工提供指导性的意见，才能从根本上保证后续生产过程的安全以及整个桥梁工程的时效性和工程质量。

传统的桥梁设计工作往往需要消耗大量的人力、物力，并且设计周期长。需要多个部门的配合才能展开工作，这就导致了传统桥梁设计工作基础数据存在偏差。传统设计体系较为复杂，所需要的设计周期较长，造成了在设计工程中设计质量得不到保证。随着我国桥梁基建需求量的不断增加，桥梁设计工作量也随之增加。传统桥梁设计方式的缺点便更加明显，新型的桥梁设计方式便应运而生，BIM技术新型的桥梁设计方式有精度高、工程周期短、劳动强度低的优点。且新型设计方式改变了传统桥梁设计方式需要多部门配合的特点，大大降低了设计工作中组织协调的难度和管理成本。设计所得到的数据直接可以为设计小组所用，从制度和流程上简化了工作，降低了成本，新型设计方式高精度的结果，对提高工程桥梁工程质量有极大的帮助。科学准确地设计数据，对于一个工程的顺利竣工有极重要的现实意义，设计工作对于工程建设有着基础性的指导作用，设计工作在整个工程中的地位由此可见一斑。大力推行新型设计技术的社会效益和经济效益十分明显。

3 BIM测量技术在桥梁设计中的应用

3.1 BIM技术的动静结合

应用BIM技术针对复杂的桥梁工程设计环节进行测量，可以结合动态测量和静态测量的优势，实现一体化的桥梁设计方式。桥梁设计主要由静态设计和动态设计两个环节组成。其中静态测量主要是通过BIM系统建立起一系列的基础操作网络，形成高精度的数字化模型，对于动态的测量数据进行基本的处理和后续数据加工；动态设计主要是通过BIM测量技术实现对于数字化模型放样工作的施加载荷和绘图操作，这样利用BIM技术便保障桥梁设计的结构合理性与实际承载能力。

3.2 较高的现场操作度

我们可借助BIM技术的优势在于可以有效保证设计精度，在放样过程中需要保证放样坐标与相关中心线的关系。进行合理的放样规划及现场实地操作，便可获得较高的放样精度。

3.3 BIM技术可加密载荷点

在正式开工之前，设计工作者往往会对待设计区域进行实地试测，且在实际应用中，往往会使用BIM技术进行加密点测量。但是由于我国复杂的地理环境，待测区域往往都在偏远荒凉的地区，并不具备加密测量的高级流动控制点。只能通过普通的水经仪和测距仪等进行测量，使工作量成倍增加且精度大大下降。更有甚者，对于一些地形特别复杂的待测区域，比如断崖等不可架设设备的待测点，只能模糊化处理，这样就使得设计精度更低。而使用BIM设计技术来施加加密控制点，使设计工作的难度大大降低，大幅提高了桥梁设计的可操作性和设计精度。

3.4 BIM技术的数据库

在数字化设计下所得到数据的流通性和应用性更高。可以用BIM技术提供更加有效、更加精准的数据信息，不断完善BIM技术所需要的数据库。目前的情况来看，BIM作为新兴的一种设计技术，需要大量的设计数据来支撑其正常运转。BIM技术日益完善后，又可以反哺数字化设计工作。目前，利用BIM技术为高难度桥梁设计工作提供了新思路和新方法，有效降低了设计成本，提高了设计精度。

3.5 BIM技术的交互优势

BIM设计过程中用到的数据全部都是经过GPS等现代化测量手段或者人工放样等传统方式取得的原始资料，各种格式，各种类型的数据交互杂糅。利用BIM技术处理过后得到的原始设计模型可以输出为通用的工程格式，还可以直接进行三维出图。多样的数据类型和丰富的软件接口让BIM技术可以和各种软件进行结合。可以在BIM中进行模型设计，利用UG，SolidWorks进行仿真加工制作、利用ANSYS进行结构和力学性能分析、利用FLUENT进行风洞及空气流体试验计算迎风面等。在桥梁设计中，一个原始模型往往不止一次被用到，利用BIM技术进行的模型预制及应用大大加强了数据交互的便捷性和规范性。且对于后续的改进分析都有十分积极的现实意义。

4 结语

结合我国经济发展水平和城镇化建设脚步的不断加快，对于桥梁设施的需求将持续处于高位，而在保护生态环境的前体现，获得最大的社会效益和经济效益是每个桥梁工程都应努力做到的。这些都离不开一份合格桥梁设计报告。BIM技术在桥梁设计中具有十分明显的应用优势，不但可以让桥梁设计工作的快速准确进行，改进了设计效率和质量。但BIM技术仍有自身的缺陷，首先要加强对于技术人员的培训，提高他们的自身素质，再结合当地的实际情况，积极吸取前人的经验。以BIM设计技术等先进技术为主，结合多种设计技术作为辅助手段，不断减少设计误差，为桥梁工程的顺利竣工提供有力的数据保证。