基于BIM技术的市政道路桥梁设计探究

叶刚

抚顺市公路勘测设计院有限责任公司 辽宁抚顺 113000

近年来，我国市政道路桥梁迅猛发展，在设计过程中需要融合BIM技术实现三维建模的科学化，整合BIM技术的应用优势，促进道路桥梁设计的实用性与科学性。工程信息模型（BIM）在国内外建筑业中有着广泛的应用，具体表现在工程规划、测量和施工、施工和监测、运行和维护等工程全过程的运用，大大提升了整个工程行业的工作效率和质量。在我国市政道路桥梁勘察设计行业中，对BIM的研究与应用尚处于起步阶段。BIM是基于数据互操作的，在不同的技术任务下，如何实现市政道路桥梁三维模型的标准化和信息交换，并最终实现BIM技术与市政道路桥梁勘察设计的协同配合，是市政道路桥梁勘察设计领域的核心技术问题。

1 BIM技术概述

BIM技术被称作建筑信息模型，属于信息化技术、建模技术和三维技术的融合。在具体的应用过程中利用技术集成特性建立BIM技术应用模型，从而实现了工程设计的可视化处理。BIM技术具有可视化特点，其在具体应用的过程中，可以建立三维立体工程模型，而与传统的二维平面模型设计相比，三维模型技术建立能够实现工程设计的全面覆盖，保证工程设计的可视化。另外，BIM技术应用还具有全面性特点，其不仅应用到工程施工的设计环节，还应用在工程施工管理环节、施工质量检测环节、工程施工进度管理环节等，全面提升了工程施工管理效率。

2 桥梁工程设计特点

2.1 结构设计复杂

市政道路桥梁工程建设数量不断增多，给企业造成了一定压力，需要企业加大对市政道路桥梁设计的科学分析。在进行桥梁工程设计时，设计人员需要利用力学知识，确保桥梁结构各处连接点的稳定性。国内现有的力学结构设计相对复杂，通常情况下，传统的力学结构设计方案，即便发现问题也不可能及时解决。

2.2 预制构件数量较多

在市政道路桥梁设计中，需加大对装配式结构的应用，满足市政道路桥梁工程的科学发展。为了便于施工现场的安装作业，部分预制构件必须在原厂中完成生产。因此，如果在现场安装时，发现构件尺寸不合格，生产厂家需要重新制作预制构件，如此一来，不仅影响施工进度，同时也增加了成本，影响到企业的经济效益[1]。

2.3 施工现场环境复杂

市政道路桥梁用途非常广泛，施工规模也在扩大。不同的桥梁工程面临不同的施工环境，故而不可完全借鉴之前的设计与施工设计经验。在正式施工之前，技术人员要结合施工现场的实际情况，进行科学的建设规划，以提升桥梁工程的施工效率与建设质量。

3 基于BIM技术的市政道路桥梁设计措施

3.1 建模分析

在市政道路桥梁设计阶段加大BIM技术应用，从设计初期进行介入，利用相应的勘察数据构建三维模型，进一步为市政道路桥梁设计、市政道路桥梁选线等提供相应的数据资料支持。借助BIM技术的三维模型建模实现可视化，强化市政道路桥梁建设中各方主体之间的互动与交流，从而在满足建设要求的基础下实现设计工作效率的全面提升。当前，我国市政道路桥梁勘察设计中BIM技术的应用尚在探索阶段，所以无法直接完成全部用途的市政道路桥梁三维模型，在实际工作中仍然需要通过分级建模来实现三维模型建模，才能完成设计目标[2]。

3.2 协同设计

协同设计能够展现市政道路桥梁设计的实用性，发挥道路桥梁的应用价值。①模型坐标单位。DEM提出了道路设计的三维模型和交通辅助设备的三维模型，用于现场测量的飞机坐标系和高度坐标系，既符合我国市政道路桥梁现有的设计习惯，又能满足我国道路发展的需要，便于模型的碰撞检测与分析和后续工程的设计与运行[3]。②现有市政道路桥梁一级模型的精确度。针对市政道路桥梁改扩建工程计量要求的精确度和我国市政道路桥梁工程建设与养护管理的要求，提出了符合设计图纸的精度要求，即高精度。就现阶段来说，能够实现高精度市政道路桥梁测量施工的只有三维激光技术，其在我国市政道路桥梁改建中有着重要作用。③直观管理模型。相较于CAD图形，BIM模型的属性信息和几何信息更加丰富，如果使用Bentley和Revit软件对BIM应用进行开发，应该将包含属性和几何信息的对象信息打包成相应的文件。BIM基于层次结构LOD模型，针对工程信息不同任务的需求，提出了一种方便、高效、丰富的三维工程信息可视化方法。④专业BIM协同设计。当软硬件水平相同时，BIM的应用效果受到用户使用BIM技术的能力限制[4]。

3.3 碰撞试验

市政道路桥梁结构相对复杂，如果施工中出现了碰撞问题，将会影响到工程质量，也容易造成施工安全和效率的下降。应用BIM技术进行碰撞检测试验，进行工程施工分析，保证工程施工管理更加有效。在实际工程施工管理过程中，利用Bentley Interference Manager碰撞检测模块可以完成桥梁施工过程中的合理碰撞检测，保证桥梁工程施工更有效率，最大程度上提升桥梁施工质量。在实际的BIM技术碰撞试验分析过程中，主要利用BIM技术模型检测→建立碰撞模型任务→合理设定碰撞检测→计算碰撞检测结构等流程，保证碰撞检测应用更有效率，最大程度上提升桥梁施工效果，保证桥梁施工技术应用更有效果。

3.4 设计分析

BIM技术在市政道路桥梁设计中展现了良好的优势，通过对工程量、可视化技术交底以及节点分析满足市政道路桥梁的设计要求。①统计工程量。根据对BIM模型的分析计算，可以计算出项目不同节点施工中所需要的各项材料用量，包括混凝土、钢材等，在本项目中采用Revit模型直接提取项目混凝土工程量信息，与按照项目设计图纸计算的结果一致，误差可以忽略不计。在钢结构施工部分，通过对BIM模型进行分解，可以直接提取钢构件三维模型，作业人员可以获取具体的构件尺寸、形态等信息。②可视化技术交底。在项目施工过程中，技术交底工作极为关键，直接关系到项目施工质量，传统口头或者书面技术交底的形式直观性较差，施工作业人员往往难以把握施工内容的重难点，而利用BIM技术可视化的功能，可以模拟施工方案，技术人员组织施工作业人员开展可视化技术交底，进而使施工作业人员更好地了解掌握施工艺以及施工流程。③节点分析。对项目施工图纸进行研究分析，明确其中的关键性施工节点或者施工复杂度、难度较高的节点，通过搭建BIM模型进行深化设计，对该节点进行三模分析及模拟，比如复杂度较高的钢筋节点，建立BIM模型后可以模拟找出钢筋碰撞点，进而优化钢筋布置；也可以利用BIM模型模拟模板受力状态，进而优化模板施工方案，确保施工安全[5]。

3.5 桥梁结构拼装

市政道路桥梁施工中存在着桥梁拼接任务，在设计过程中需要考虑到施工场地的具体情况。由于，项目场地主要为狭长场地，因此，在建模时采用大地坐标体系构建桥梁曲线线性，在施工过程中，实现动态调整坐标、高程等内容。同时，在桥梁拼装过程中需要结合GIS技术，桥梁模型节点主要由坐标信息控制。由于模型搭建时需要控制纵、横坡结构线型变化，为了提高工作效率使用Dynamo模块完成该项工作，通过利用参数变化满足空间曲线要求，从而完成桥梁模型的拼接工作。Dynamo模块在模型构建过程中的方法较为繁琐，同时也有可能产生人为原因造成的错误。因此，在建模过程中结合Pvthon模块，两个模块相结合从而实现桥梁模型的快速拼接。

3.6 方案模拟及二维码应用

利用BIM技术做好市政道路桥梁的模型构建，采用剖切、测量等操作实现施工现场的样品制作，落实三维技术交底。应用BIM技术对模板脚手架方案进行三维布置模拟，通过对模板脚手架方案进行模拟，及时发现不足，通过BIM软件进行动态调整，并进行安全计算，通过智能排布，结合手动调整，使模板得到最大化的利用，大大提高模板的利用率，最后导出相应方案所需的钢管构件材料及模板的材料清单，助力项目材料的精细化管理。基于BIM模型，结合施工技术要点及现场情况，编制弧形墙体砌筑专项施工方案。运用navisworks制作砌筑动画，从三维角度论证方案可行性。同时，将砌筑动画上传到协同平台，关联模型构件集，结合二维码功能，生成二维码并打印粘贴到构件上，施工人员通过移动端扫描二维码，能够直接查看吊装动画，极大地提高了砌筑工程的质量及效率。

3.7 勘察设计

在勘察设计中，利用BIM技术发挥工程的应用优势，在三维模型构建过程中适当增加市政道路桥梁的属性信息，如市政道路桥梁的路面铺装施工工艺、路面施工材料等，这可以帮助市政道路桥梁建设项目中各方主体通过三维模型获取到更多的信息，更进一步完善市政道路桥梁的勘察设计，为后续的设计与施工提供有力的支持。此外，针对当前BIM技术在市政道路桥梁勘察设计中的应用现状，要注重BIM技术应用质量的提升，具体而言：首先，注重BIM技术协同平台的建设。要想实现BIM技术的优化与完善，必须通过基于数据库存储技术与互联网信息技术建设协同平台，为BIM技术在不同专业领域中的应用提供支持；其次，以实际情况为出发点，制定科学合理的BIM技术发展规划。BIM技术实际应用过程中通过结合市政道路桥梁勘察设计的实际需求与情况制定长远规划，不仅可以提升工作质量，而且能加快BIM技术在项目中的集成应用；最后，要注重BIM专业人才与团队的培养。在实践工作中一方面要注重通过实践工作来培养专业人员的专业素养与专业能力；另一方面要通过高密度、高水平的BIM技术的专项培训工作帮助专业人员在不断地学习过程中实现自身能力提升的同时推动BIM技术的研发与应用，从而提升市政道路桥梁勘察设计质量。

4 结语

总而言之，BIM技术在市政道路桥梁设计中有重要价值，通过对BIM技术的研究与探讨发现，BIM技术相对于传统的技术不仅可以实现设计的可视化管理，而且为各专业的设计人员提供了更加准确、全面、直观的信息数据支持，切实强化了各专业设计人员的交流与互动，从而真正提升了市政道路桥梁勘察设计质量。未来，相关工程人员应深入研究、持续探索，深化BIM技术在市政道路桥梁勘察设计中的应用，为促进市政道路桥梁工程行业的创新发展提供技术支持。