BIM技术在桥梁设计阶段的应用探讨

陶晨晨 毛瑞敏

[ 作者简介 ]

陶晨晨，男，河南商丘人，河南省交通规划设计研究院股份有限公司，助理工程师，硕士，研究方向：桥梁设计。

毛瑞敏，女，河南周口人，河南省交通规划设计研究院股份有限公司，助理工程师，硕士，研究方向：桥梁设计。

[ 摘要 ]

现有的大跨度桥梁设计大多仍沿用传统的二维设计，并且主要是由工程管理人员依据施工管理经验来制定。然而，由于桥梁工程的设计比较复杂、构件数量多，单凭二维图往往只有在施工过程中才会察觉问题，这不仅会影响到工程的进度，还会增加项目的成本，也会给施工带来潜在的风险。而BIM技术则可以通过数字建模来实现工程的设计，建设和管理运行的整个流程。充分运用BIM技术搭建的信息共享平台，可以有效地提升桥梁建设的工作效率，节约成本，减少不合理的设计。目前，BIM技术在桥梁施工中的运用还比较少见，因此，将BIM技术用于桥梁工程中的应用就显得尤为重要。

[ 关键词 ]

BIM技术；桥梁设计；应用

中图分类号：TU99

文献标识码：A

DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2022.15.060

BIM技术，即建筑的信息建模技术。BIM技术的关键在于通过对目标建筑进行数字化建模，对目标建筑物进行虚拟立体模型的建设，以便于对建筑信息进行集中处理，BIM技术中的仿真处理器还能够较快地检测出道路桥梁的设计问题。桥梁施工的环境复杂、规模大、构件众多，采用BIM技术可以很好地解决上述问题，所以其在桥梁施工中的应用将会更加广泛。

1 BIM技术的优势

BIM技术也被称为建筑信息模型，它主要是通过运用计算机、信息技术、土木工程等多个专业知识，结合一些高新科技，利用计算机、信息技术等先进技术，构建了虚拟场景，并在此基础上，搭建接近现实的建筑模型，避免人为的技术失误，减少建筑的设计错误，提高建筑的质量和工作效率。

1.1 精准性

在实际桥梁设计中，为了保证设计的精准性，需要对各种结构进行合理、可行的數据支持。在我国绝大部分的桥梁工程设计中，如果采用手工绘制的设计方案可能有很大的失误。有时候，只有在项目进行中才能从设计图纸上找出设计上的问题。BIM技术在实际工程中具有很强的计算能力，可以用于桥梁设计的各个阶段。在桥梁设计中，既要考虑到各种构架之间的协调，又要考虑到具体的环境条件，对其进行长宽高的预测。而利用BIM技术进行精确计算，能解决设计图纸资料不精确的问题。

1.2 可视性

传统的桥梁设计都是通过图纸绘制出各种不同的结构，并进行相应的数据标记，设计者在设计图纸上绘制出立体的三维影像，有一定局限性，而对桥梁结构的设计并未进行具体的运用，因此在工程建设中会出现许多不确定因素。将桥梁结构图与BIM技术相结合，从而得到最基础的模型，可以很好地解决这个问题。利用BIM技术，可以使设计者对每一种结构有全面认识，既能有效地规避桥梁的安全隐患，又能使设计者更好地做出正确的设计决策。

1.3 协调性

许多时候，使用CAD制作的桥梁设计图，在实际应用中往往会出现一些不协调、不实用的问题。BIM技术可以有效地弥补这种设计上的不足。通过对BIM技术的分析，提出了一种基于BIM技术的桥式结构模型，在保证施工安全的情况下，能对工程进行有效的改善。因此，BIM技术不仅可以极大地改善桥梁的设计协调，而且可以确保建成后的桥梁工程的实用性。

2 桥梁的设计和施工特点

2.1 构造设计复杂

由于桥梁工程在整个建筑行业中所占比重日益增大，因此，施工单位对其进行合理的设计也更加被关注。在进行桥梁工程设计时，应充分运用力学知识来保证各节点的稳定。我国现行的机械结构设计较为烦琐，采用常规的机械结构设计方法，往往难以在短时间内得到解决。

2.2 预制构件数量较多

随着装配式建筑的广泛采用，许多桥梁项目也开始采用这种方式。为方便现场的安装，一些预制件要在原来的工厂生产。所以，在现场安装时，若发现零件尺寸不符合要求，则要进行加工，这不但会影响工程的进度，还会造成成本的上升，从而降低企业的经济效益。

2.3 施工现场的环境复杂

由于桥梁起着至关重要的作用，它的使用范围比较广，且不同的桥梁工程所面对的环境也不尽相同，因此无法完全借鉴以往的设计和施工经验。在正式施工前，技术人员应根据施工现场的具体条件，制定合理的施工方案，提高施工的效率和质量。

3 BIM技术的重要性

BIM技术是将三维建模技术应用于建筑的三维虚拟模型，并将各种相关的信息纳入其中。随着计算机行业的飞速发展，与建筑设计有关的软件也越来越多样化。在BIM技术的辅助和支持下，可以对桥梁工程的设计方式、工期和成本进行有效的规划。通过对工程造价等各方面的数据进行分析和控制，能够对工程的具体情况进行全面的了解，以便设计者能够针对实际情况做出相应的调整，以提高设计的科学性和合理性。此外，BIM技术的辅助与支撑，使我国的传统工程设计方式和技术方法发生了革命性的变化，使各种业务、流程得到了创新与发展，使整个工程施工过程更精细更协调，大大提高了工程建设的质量。此外，BIM还可以通过相关的数据信息，将数据转化为实物，还可以监控建筑施工过程中的实际数据变化。施工单位在这一基础上，对工程的整体设计水平可进行优化，降低了工程的预计成本，提升了工程整体的质量。

4 桥梁设计中BIM技术的运用策略

4.1 在可行性分析阶段的运用

在桥梁工程的设计中，可行性分析是一个非常重要的阶段，它直接关系到整个桥梁工程的施工质量，并对可能出现的潜在问题进行全面的分析，从而为今后的桥梁工程建设提供有力的支撑。BIM技术在桥梁工程可行性分析中的作用是非常明显的，它可以通过对各种数据全面、详细的分析来综合评价桥梁工程的可行性，从而保证以后的方案设计工作更有针对性。BIM系统中的海量数据和信息成功地导入相应的BIM平台，实现对桥梁结构系统的正确分析和评价，并对各种不同的桥梁结构方案的使用效果进行预测，对不可行的项目进行适当的调整，保证后期建设的经济合理，不会给未来的计划造成太大的限制和影响。

4.2 在施工图设计阶段中的运用

BIM技术在桥梁工程的设计中的运用充分体现在施工图纸设计上。过去的桥梁工程设计采用的都是二维平面设计，这不仅增加了设计者的工作难度，而且很有可能会造成错乱问题，从而影响施工图的使用。然而，BIM技术的运用使设计者可以充分利用其强大的三维建模能力，对桥梁工程进行整体的规划，使其更加全面、细致，同时也能将桥梁工程的方方面面都考虑进去，从而为以后的施工提供一个好的参考。为使后续的桥梁工程施工进一步优化，BIM技术还能对2D图进行最优输出，并能根据不同的施工要求，绘制出相应的二维平面图，从而对后续的施工工作有较好的指导作用。例如，利用BIM技术可以将不同的桥梁构件的结构参数直接反映出来，从而促进结构的生产和安装，避免结构设计中存在的問题，如图1。

4.3 在方案优化阶段的运用

BIM技术在桥梁工程设计中的应用，也是非常重要的部分，它能更好地指导后续的施工作业，防止出现问题和错误，从而影响到桥梁工程的最终效果。BIM技术在桥梁工程设计中的运用，能够全面地分析桥梁工程的设计方案，从而更好地识别出可能存在的安全隐患和缺陷，并对其进行改进。在传统的二维平面设计中，许多构件之间存在着重叠、重合的问题，使得优化分析变得困难，而且无法形成较好的工程验证结果。然而，BIM技术可以进行直观的可视化分析，从而判断出各构件的大小和连接方式，从而避免出现重大的偏差。基于BIM技术，通过对管道碰撞的监测可以全面地分析桥梁工程的设计方案，从而及时地发现问题，并通过自动分析软件对其进行改进和优化，使其在虚拟安装施工模式中得到更好的完成。

4.4 对设计变更的响应

设计是指导施工的基本原则，在进行桥梁结构设计时，应从施工的角度进行分析。桥梁的设计工作量很大，特别是吊车、吊篮等，如果每一种尺寸的改变都会对施工进度和造价产生一定的影响。在操作过程中很容易出现设计上的变化。为了有效地控制这些问题，在设计前期可以采用BIM技术对各种对桥梁施工设计产生影响的各种参数进行监测。在设计变更时，使用装载修改后的BIM模型，通过警示信息可以对预警参数进行验证，并就其对设计的影响进行分析，尽量减少由于审核不及时和人为原因而导致的疏漏。

4.5 在桥梁项目后期的应用

在桥梁项目的后期，BIM模型的设计审查与碰撞检验是必不可少的。桥梁工程的各项指标都有很高的要求，BIM试验可以使设计者更好地检验其结果，从而提高试验的效率，当出现问题时，可以对其进行修正。同时，也可以为以后的工程建设打下坚实的基础，减少工程建设过程中的问题，进一步深化BIM的建模，并在BIM项目的监督内形成分析报告。由于三项式应力管线和斜拉锁等复杂的结构体系，导致了其内部结构空间的复杂性。传统的二维CAD绘图难以准确地表示出不同的构件，若各工程的工作人员之间缺乏有效的沟通，将会给施工带来很大的难度，导致施工质量的下降，从而带来不必要的损失。同时，由于图形的表现会导致大量的信息流失，导致设计者无法充分表达自己的想法，部分组件在项目中的位置发生了矛盾。利用BIM技术可以在极短的时间内对桥梁构件进行三维建模，并进行三维可视化的技术交底。同时，还可以将维护信息添加到设计中，为桥梁的建设提供一定的支持，从而增强信息的完整性。在工程建设中，一旦出现问题，就可以快速地找出问题的根源，并加以改进。

5 结束语

本文通过对BIM技术的分析，得出了BIM技术在桥梁施工中的重要性，通过三维模型构件的建立、数据处理和分析，可以帮助设计和选择桥梁施工过程中的集中管理，保证施工过程的安全，提高施工效率。BIM技术虽然在工程实践中仍有一定的缺陷，但只要能根据工程的具体情况，选择合适的施工方案，并加强对施工的监管与指导，就能使BIM在施工中的作用得到最大化。

参考文献

［1］杨震卿，宋萍萍，宁娟利等. BIM标准在企业中的应用与意义［J］. 建筑技术. 2016，47（8）：691-693.

［2］彭华军，李念. 绿色设计在桥梁工程中应用之探讨［J］. 四川建筑，2019，32（3）：38-40，42.

［3］王丽园，陈楚江，余飞. 基于BIM的公路勘察设计与实践［J］. 中外公路. 2016，36（3）：342-346.

［4］关伟，王奎涛. 浮山县丞相河特大桥桥型方案研究［J］. 山西交通科技. 2018（2）：36-39，42.