BIM技术在公路桥梁设计中的应用

温志剑

（江西省交通设计研究院有限责任公司，江西南昌330052）

0 引言

在社会的不断发展中，公路桥梁作为我国基础性的建设工程，其本身对社会的发展、人们的生活有着至关重要的作用，而且在时代的不断变化中人们对公路工程建设质量也有了更高的要求，对施工方面也给予了更多的关注。这就需要相关工程人员不断加强技术创新，实现工程质量、工程效益的全面提升。BIM技术是在三维数字技术基础上衍生出的一种建筑信息模型技术，被广泛应用到公路桥梁工程中，极大地促进了工程质量、工程效益的提升。

1 BIM技术应用优势

1.1 可以实现公路桥梁工程可视化

随着社会的不断发展，现阶段人们对公路桥梁建设有了更高的要求，公路桥梁工程不仅要满足基本的交通需求，同时还要满足城市规划需求，符合人们审美需求，这也使得公路桥梁结构逐渐走向复杂化特点。在这种环境下，传统的二维设计图形已经不能满足公路桥梁工程建设需求，而且无法对公路桥梁结构进行模拟展示，只能通过图纸进行想象，不仅难以第一时间发现设计中的不足，同时也会导致施工中经常出现各种设计不符的问题，不仅影响了施工进度，还会导致出现返工、工程变更等情况，极大地增加了施工成本。而BIM建模可以实现公路桥梁工程的可视化管理，针对不同阶段、不同时期的过程可以进行建模处理，从而提高设计效率和设计质量。

1.2 具有一定的协调性优势

BIM技术除了可以实现公路桥梁工程的可视化处理外，还具有极强的协调性。在一项大型的公路桥梁工程建设中，通常包含多项施工内容，而设计上也同样需要综合多方面进行考量，这也就导致传统设计方案中经常出现和现实脱轨的问题，导致设计方案不合理，而且也会发生不同专业领域信息不兼容等问题，如洞口预留尺寸不合理、结构设计不满足桥梁受力需求等。而BIM技术则很好地解决了这种问题，可以直接建立一个信息处理平台，从而实现不同专业领域人员的实时交流，并能综合分析设计方案，更直观地指出方案中的不合理性，以此减少设计问题的发生。

1.3 BIM技术可以为工程管理提供良好的技术支持

在公路桥梁工程施工现场受各种因素的影响和制约，往往使得施工工作存在一定的隐患，这就需要管理人员事先做好施工准备工作，要加强现场管理力度，避免施工过程中出现安全隐患和质量问题。因此，BIM技术的全面应用可以帮助施工管理人员更加科学地进行资源配置，实现对施工人员、材料、设备的合理划分，根据施工模拟的方式确认施工工序，以及施工工艺的选择。另外，BIM系统还可以实现和数码设备的连接，从而实现对施工现场的远程操控，施工负责人可以通过控制系统随时对现场情况进行了解，并科学指挥现场作业，从而提高施工的安全性，提升施工效率和质量，为公路桥梁的高质量落实做好准备。

1.4 可以为公路桥梁工程设计、造价、工程管理提供精准的数据依据

BIM技术可以实现对工程量的精准预测。在三维立体设计的基础上，BIM技术可以将不同结构部分的设计进行紧密联系，从而为工程设计以及管理人员提供基础的数据支持，减少工程施工中出现较大起伏的概率，还可以进一步优化设计，为绿色施工提供保障。同时，基于BIM技术的支持下，可以实现对各个阶段、各项数据以及资料的采集，为工程设计、工程造价管理等提供更科学的依据，从而促进工程造价的合理性，有效约束工程各环节的成本支出，帮助企业节约资金，减少资源浪费，从而促进工程的顺利落实。

2 BIM技术的应用对公路桥梁设计建模特征的积极影响

2.1 满足了公路桥梁建模多元化的需求

桥梁既是公路工程的重要组成部分，也是公路工程建设施工中的难点和重点。公路桥梁施工质量、公路桥梁结构以及设计等各方面的要求更高，公路桥梁形式也具有多样性的特点，其中最常见的包括拱桥、悬索桥、钢架桥、梁式桥等。

在进行设计的时候需要结合当地的地形地貌特点，科学选择桥梁形式，这在一定程度上也加大了设计工作的难度。而BIM技术的应用实现了对公路桥梁工程的建模处理，无论是哪种桥梁结构都可以通过BIM系统进行模拟展示，这样就可以满足不同公路桥梁结构的设计需求，帮助设计人员更好地分析设计中的重难点问题，并结合工程的实际需求给出合理的设计方案[1-2]。

2.2 符合公路桥梁设计建模规模化的需求

公路桥梁工程是一项十分庞大的工程项目，和公路施工以及其他建筑工程都有所不同。公路桥梁是对两个地点的连接，其中会涉及高空作业、危险作业等，再加上我国有很多公路桥梁工程长度超出百米范围，而且这些桥梁结构有着面广、线长、点多等特点，而在这种大型的公路桥梁工程中利用BIM技术可以很好地解决公路桥梁设计上的难度，将规模庞大的公路桥梁工程通过精准的比例计算，在BIM系统中进行建模处理，从而使设计更合理。

2.3 满足公路桥梁设计的高质量要求

公路桥梁工程投入的资金成本是十分大的，所以无论是对施工还是设计都有着极高的要求，一旦建成在短时间是不可能重复投资建设的，这也使得公路桥梁具有唯一性特点。如果设计不合理会导致投入的资金、资源出现高度浪费和消耗的情况，会为工程企业带来严重的经济损失。

此外，公路桥梁建设过程中本身对人力、财力、物力的需求量是十分大的，而且在这个过程中对资源的消耗量也十分大，需要各个部门之间紧密配合，高度协调才能保障工程的顺利落实。在BIM技术的加持下，很多公路桥梁工程中已经实现了造价管理、施工管理、设计管理的统一化和标准化，使各项管理工作都可以在BIM技术的应用中得以优化，极大促进了管理水平的提升，满足了现代社会对公路桥梁工程设计的高质量需求。

3 BIM技术在公路桥梁设计中的应用

3.1 在桥梁方案比选中的应用

目前，在我国的公路桥梁工程建设中，应用装配式桥梁构件已经成为公路桥梁建设的主要发展方向，而且随着装配式桥梁占比的逐渐加大，公路桥梁设计中常规桥梁方案的拟定就显得十分重要。而传统的方案设计使用的1∶2000地形图及路线设计已经不符合现代桥梁构造的需求，而且这种设计方式存在着设计意图无法被施工人员准确理解、桥梁构造物与被跨运物体的位置关系设计不合理等问题。现阶段将BIM技术应用在公路桥梁方案设计中可以结合BIM模型系统和地形模型进行组合对比，使公路桥梁整体方案在实际环境中得以建模展示，从而帮助工程人员更直观地对设计方案进行评价和对比，以此验证孔径布置、上下构选型，通航情况是否合理、是否达到工程建设需求。

3.2 实现了对公路桥梁节点板件的优化设计

公路桥梁的结构是非常复杂的，节点处的板件有着多且杂乱的特点，所以在进行公路桥梁设计中，通常相关的设计人员难以对公路和桥梁之间节点板件关系进行科学把握，使得一些细节问题难以被察觉，从而为施工带来了诸多不利的影响。除此之外，桥塔造型的丰富性也是公路桥梁施工建设中的重难点问题。BIM技术的应用就可以将这些问题轻而易举地解决，而且通过模型的建立，使得桥梁塔内部分的结构更加直观清晰地展示给工程人员，可以对每一个细节部位、每一个节点板架进行清晰的可视化观察，从而确保桥塔内部构造各构件设计的精准性，减少构件碰撞的问题。尤其是在一些大跨径悬索桥中经常用的钢桁架主梁节点锚栓、索鞍等部位。这些部位本身的空间结构十分复杂，在传统的桥梁设计中，二维图纸对这些部位难以进行充分表达，对各部位的节点难以进行精准设计，所以经常会导致施工环节因为对设计图纸理解不到位或者理解失误而引发施工质量问题。通过BIM技术也很好地避免了这一问题，利用相关的建模软件可以实现对悬索桥中钢桁架和索鞍细节的模型建立，从而更真实准确地将每一个细节问题进行精准把握，使设计更加合理，确保设计与施工的高效衔接，从而提升公路桥梁的整体施工质量。

3.3 在钢箱梁细节设计中的应用

随着我国公路工程建设规模的不断壮大，现阶段我国公路桥梁工程中出现了越来越多的跨线设计，而传统的跨线设计中通常因为各种因素使得桥梁工程中出现诸多不合理的问题，造成严重的交通堵塞或者施工质量问题。而BIM技术的应用刚好实现了对公路桥梁结构的模拟展示，可以清晰看到结构构件和组成情况，能及时分析其中的潜在问题。钢箱梁一般是由顶板、底板、副板、横隔板、纵隔板等构件组成的。由于构造的复杂性，所以在施工中对施工技术的精准度和施工人员的专业能力有较高的要求，同时在进行钢箱梁加工制造时，需要相关制造人员按设计图纸进行。如果单靠以往的设计方式进行结构设计，施工人员就不能正确把握结构中的每一个构件位置，以及各板块之间的拼接方式，很容易造成施工质量问题，甚至会因为对设计方案掌握不到位，而造成大量的材料浪费、资源浪费，增加施工成本。因此，在进行设计时可以应用BIM技术先将桥梁结构的各部位进行可视化展示，再通过该技术的模拟展示使设计和模型构造进行全面结合，将设计方案以一种三维立体的模式展示出来，直接将钢箱梁的每一个构件的位置关系以及内部复杂的结构更清晰、更直观地展示出来。这样更有利于工厂进行精准加工和制造。

除此之外，BIM技术还可以模拟展示钢箱梁拼装碰撞检测过程，可以帮助工程设计人员及时发现设计方案中存在的问题和不合理的地方，以便第一时间对其进行优化。

4 公路桥梁中BIM技术应用存在的问题

4.1 软件技术不成熟

目前在公路桥梁设计和施工管理工作中，BIM软件大部分是以引进国外的基础软件为主的。这些软件由于和中国规范的贴合度不深，本土性的开发工作尚未完成，从而导致软件的开放性较大，在应用过程中容易出现功能和实际需求不符合的情况。由于对软件技术的了解不透彻以及技术应用不成熟和二次开发工作不完善等因素的影响，导致BIM技术在公路桥梁设计中的应用依旧处于基础阶段，并不能最大限度地发挥软件优势，为公路桥梁设计提供更全面更科学性的保障，这也是需要尽快解决的重点问题。对此，应该参考国内外一些优秀的案例，结合我国工程建设需求，不断进行软件的创新，使该技术更好地服务于工程建设。

4.2 硬件配置需求高

公路桥梁在建设过程中会受到多种因素的影响和制约，需要相关的设计人员综合地形特点、地质情况、气候、水文条件等综合因素进行考虑，以此才能提高设计的合理性和规范性。基于公路桥梁项目的特殊性，在建模处理的时候需要较高的硬件配置才可以实现全过程的三维模拟展示，而且在对公路桥梁架构进行建模的时候，必须还原沿线周围的地貌特点、地质情况，结合这些因素，综合分析设计中存在的问题和不足之处，以此才能进一步提升设计的合理性和科学性，提升工程的整体质量。但是就目前来看，在公路桥梁设计BIM技术应用中硬件配置不足是一个非常关键性的问题。相关企业应该高度重视这一问题，并要认识到BIM技术的应用优势，为该技术投入更多的资金支持，完善硬件配置，全面发挥技术优势。

4.3 缺乏相应的标准和法律

首先，由于BIM技术的应用处于探索阶段，还没有一个较为统一的标准或规范性文件对其进行有效的约束和指导，因此在公路桥梁工程建设中应用该技术进行设计缺乏一定的规范性，所应用的数据接口、数据模式也没有统一的标准。其次，对于知识产权方面的保护力度不足，对于模型设计成果缺乏一定的法律保护，所以在使用权上存在一定的争执性。

4.4 对BIM从业人员要求较高

BIM行业对从业人员的就业要求较高，对从业人员的设计能力和信息化能力都有一定的要求。相对于传统CAD、AI等设计软件来说，BIM软件有着这类传统软件不可比拟的优势，强大的建模功能和信息传输功能可以为公路桥梁工程建设提供更高效的技术和信息支持。目前，我国传统的工程设计师群体与建筑师对建模重新学习的难度比较大，而市场对专业人才的需求量的不断增加使得BIM技术的人才市场缺口大，这在一定程度上也直接影响了BIM技术在公路桥梁设计中的应用。

5 结语

总而言之，公路桥梁工程是我国基础建设的重要部分，而BIM技术的应用可以满足公路桥梁建设各阶段的设计需求，能为工程建设人员和设计人员提供良好的技术支持，但是由于该技术在我国起步较晚，所以应用过程中依旧有很多需要完善的地方，对此还需加大技术研究，不断完善硬件配置，引进高质量的技术人才，为BIM技术的高效应用提供良好保障。