BIM技术在桥梁设计阶段的应用探讨

王亚文

晟远工程设计集团有限公司 山东 烟台 264000

1 BIM技术概述

建筑信息模型（BuildingInformationModeling）简称BIM，该技术在现阶段我国工程行业中的应用越来越常见，也得到了高度认可，自2002年提出至今，确实在多个领域发挥出了重要作用。基于BIM技术在工程项目中的实际应用来看，其最突出的特点就是构建三维立体模型，进而借助这一虚拟化模型实现对整个工程项目的优化支持，在建设工程项目实际施工中能够表现出更强的指导效果，在降低工程项目负责人工作压力的同时，也有助于提升整体建设水平。在BIM技术的实际应用中，为了更好地实现三维立体模型的构建和应用，最关键的是确保相关信息资料的充分准备，尤其是对于工程项目中涉及的所有构件，都需要准确掌握其几何信息以及属性信息，进而才能够有效进行整体模型的优化构建。从工程项目中BIM技术作用表现上来看，其不仅仅可以在规划设计环节中发挥较理想的指导作用，往往还能够较好地服务于全过程的优化管控，积极协助项目管理人员完成工程建设任务[1]。

2 BIM技术在工程设计中的优势

2.1 方便各专业协调一致

各专业设计人员完成本专业设计工作，通过中心文件等方式进行数据通信，实现数据即时更新。

2.2 实现并行设计

BIM模型中数据实现结构化，整个模型由少量数据控制，桥梁设计可在缺少详细信息的情况下建立较粗糙模型，待获取详细信息后进行少量更新即可完成设计，避免了传统设计中各设计工作相互耦合。

2.3 提高设计质量

在BIM设计过程中，设计人员的所有工作都是在模型中完成，输出的2D图纸仅为BIM模型成果表达，且输出过程由程序自动完成，没有人工干预，减少低级错误。

在设计工作进行中，校审工作也可在模型中同步进行，校审人员在模型中直接标注校审意见，设计人员进行实时修改，避免同类错误反复出现。

设计工作完成后，对细部构件校对校核可按类型进行，对同一类构件仅需校核其中有代表性的一个成果，即可验证其内部逻辑关系的正确性[2]。

3 BIM技术在桥梁设计阶段的应用

本文以一大型国际机场快线南延段改建工程的区域设计标准为国际范例，对南至k10+245～k15+087的重点区域进行了设计。整体布局∶本次高速铁路建设采用了"主线高架+地面辅道"的铁路建设总体方案，与上海宁奉城际高速铁路自动轨道交通线共同共建，沿线设计预留自动轨道互通立交1对、新建3对双向平行互通立交匝道和2个自动轨道互通立交车站。道路施工规模∶我国高架公路标准段双向6车道，考虑到目前受高架交汇处交通的影响，已在部分高架路段增设了地下辅助自动车道，地面辅助辅助自动车道改为标准段双向6车道。

3.1 可行性分析阶段的应用

在桥梁工程项目设计阶段中，可行性分析是比较关键的一环，其决定着整个桥梁工程项目是否具备建设条件，对于其中可能存在的一些隐患问题能够全方位分析，进而为后续桥梁工程项目的建设提供可靠支持。BIM技术在桥梁工程项目可行性分析阶段的应用价值突出，其可以在较为全面详尽分析各个相关资料信息的基础上，对桥梁工程项目的可行性进行综合评判，进而确保后续规划设计工作更具目的性。在BIM技术的应用下，桥梁工程项目规划设计人员可以根据获取的大量数据信息资料，顺利导入相应BIM平台，进而促使这些数据信息资料能够得到准确分析评估，对于可能构建的桥梁结构体系进行预判，考虑多种桥梁结构方案的应用效果，对于完全不可行的项目进行恰当调整，确保后续建设经济合理，避免过高预期带来严重制约和影响。

3.2 初步设计阶段

利用工业BIM工程技术软件，根据本专业课程的总体方案设计及示意图，自动完成本专业课程中所有道路、高架及桥梁的工程主体框架结构和辅助基础设施、管道及隧道路灯等的设计建模，并自动程序生成BIM技术模型相应的建模文档、工程量成本统计、工程成本估算等报表，绘制模型文档之后，绘制图片和工程模拟图，并绘制高速漫游的工程视频，从而使各专业的工程设计人员能够协调好各专业的设计工作，提前对各专业在进行工程设计时可能遇到的各种问题进行准确的分析和预测，从而减少了设计者的时间。持续期预算对整体设计稍做修改。

3.3 施工图设计阶段的应用

桥梁工程项目设计阶段中，BIM技术的应用还具体表现在施工图设计方面，这也是BIM技术应用优势较为明显的环节。在以往桥梁工程项目设计中，往往采取二维平面设计方式，不仅仅明显加大了设计人员的工作难度，也极容易出现错乱问题，相应施工图的应用价值受损。但是，在BIM技术的应用下，设计人员可以充分依托强大的三维立体模型设计功能，更好地实现对整个桥梁工程项目的综合处理，确保设计方案更全面详尽，能够兼顾到桥梁工程项目的各个方面，对于后续施工建设也可以形成良好的指导作用。在具体施工方案的拟定中，BIM技术的应用可以更好地辅助相关人员进行桥梁工程项目的详细分析，促使桥梁工程具备更强的可视化特点，进而辅助施工方案拟定人员进行深入综合分析，随之选择最适宜合理的施工工法，确保后续施工操作能够得到较为理想的指导。为了更好地优化后续桥梁工程项目施工效果，BIM技术的应用还可以进行二维图纸的优化输出，根据不同施工需求，可以呈现出相应的二维平面图纸，以此更好地指导后续施工操作。比如，在各个桥梁构件的应用上，BIM技术的应用就可以直接导出其各项参数信息，促使其生产制造以及安装更具目的性，规避该方面出现的明显偏差问题[3]。

3.4 方案优化阶段的应用

对于桥梁工程设计中BIM技术的应用而言，方案优化设计同样也是比较关键的一环，可以更好地实现对后续施工操作的有效指导，避免因为设计中存在的问题和缺陷，影响最终桥梁工程项目建设效果。在桥梁工程设计方案的优化中，BIM技术的应用可以关注到各个细节，对于桥梁工程项目设计方案进行综合分析，以此更好地明确可能出现的设计隐患和漏洞，同时进行必要修改和完善。在传统二维平面设计中，因为很多构件存在重叠和重合问题，进而难以进行优化分析，也很难形成良好施工验证效果。但是，在BIM技术的应用下，技术人员可以直接在BIM模型中进行可视化分析，了解各个桥梁构件之间的关系是否恰当，对于各个构件的尺寸以及连接方式进行评判，避免出现严重偏差问题。在此基础上，BIM技术的应用还可以利用管线碰撞检测程序，对于桥梁工程项目设计方案的各个方面进行综合分析，有助于及时发现异常问题，并且利用自动化分析程序进行改进和优化，最终在虚拟化安装施工模型中进行更好的优化完善。

3.5 创建三维模型

首先是建立族库。BIM技术中，利用BIM模型构建软件建立组合项目中的多个构件。在软件当中，参数化构件即可视为族，族是一种重要的载体，承载了大量的参数信息。技术人员需依据设计的基本要求，灵活建立不同类型的构件族。桥梁设计中，新建族能充分利用现有的参数化样板族，仅需调整样板族参数。这种处理方式能有效提高建模效率，缩短建模时间。人员可将建立的构件族录入并保存于族库当中，在日后的工程中，如需要相似的构件族，便只需更改类似构件组的参数，有效减少重复性的工作内容。如在建设桥梁族库的过程中，应先建立基础族，随后建立墩台族，最后建立主梁族。

其次，建立信息化整体模型。建立BIM模型的过程中，先要在模型创建软件中建立多个构件族，进而创建族库。随后在软件中建立项目文件，在族库当中选择需要的构件族，将构件族载入项目文件，合理调整构件的位置，形成信息化模型。在建立桥梁BIM模型的过程中，需基于地形和地质条件，在建好的基础族库、墩台族库和主梁族库当中选择需要的构件族，并将构件族导入项目文件，之后合理调整项目文件中构件的具体位置，构建信息化模型，严格按照实施标准深化信息化整体模型，一方面优化施工图出图效率，另一方面有效加强模型的向下传递性。

3.6 深化阶段

根据本次建模过程中各个阶段的设计模型及所要提出的相关设计问题，汇总了各个相关专业的问题分析报告，针对这些问题制定了解决的措施，对相关的设计方案和技术进行了优化，并且及时更新了模型。基于总体结构的模型，增设了排水、道路灯、围栏等其他附属装置。对已经搭建的模型要求进行项目工程量统计、设计文件的集成和归档。将与本次工程相关的图片文件、施工仿真模拟视频都关联到了模型中，可以通过直接打开该文件来对其进行检索和查询[4]。

3.7 地下管线的综合规划设计

管线综合设计是指在道路和桥梁地带区域不同的专业工程平面位置和横竖向高度之间相互协调的一个工作内容。在我国道路和桥梁的设计阶段，要通过综合地分析各种相关信息数据资料，规划各条管线的具体走向、品种以及其管径等参数，优化各个参数的内容，然后用BIM技术来构造一个管线的动态分布模型。当车辆完成了建模时，要认真地做好对于碰撞检查和监测的分析，根据检查结果总结出报告的内容。通过BIM技术对其管道进行了综合性的调控，确定了管道的具体大小，进而给予了施工的参考和支持。

3.8 三维场地分析

在桥梁设计中，应考虑场地的实际情况。设计中以多种建设方式打造实物，实物与场地条件有着密切联系。合理利用BIM技术，可加强场地的三维分析，以较短的时间计算土方量。创建土方调配图表，选择需要移动的土方量和移动方向，模型可自动提取工程量，以加强土方量的平衡控制效果。做好项目成本分析，能降低工程造价，为后期的施工管理创建良好条件。该技术可与GIS技术、GPS技术深度融合，基于桥梁构筑物和建设场地数据信息建模，保证工程设计过程中能够自动生成与之对应的工程图纸，进而满足工程实际和设计需求，有效控制桥梁工程建设中可能遇到的难题。

3.9 工程量统计和控价设计

应用BIM技术核心软件创建的数据信息模型，能融合多种不同的数据，如多种构件图元、模型和视图的相关图元、不同图元间的相互关系。当前，人员在日常工作中可采取有效措施建立BIM技术核心软件，在访问内部文件的过程中了解设计效果，也可基于软件提供的数据库连接口，获取工程实体信息。应用BIM技术能自动计算工程量，也可保证成本估算的准确性与科学性。设计人员可仔细比较多个工程方案，随后选出最佳方案。此外，BIM模型自动计算工程量功能在设计预算、竣工结算中均可发挥重要作用，切实加强工程量和成本计算的准确性[5]。

4 结束语

城市桥梁道路工程是国家重点的大型城市交通基础工程，保证了我国整个城市的道路交通畅通，也为城市居民日常生活和室外工作活动提供了极大的方便。运用BIM等技术对我国道路主体桥梁进行三维设计和监理分析，可以充分利用工程信息化等多种技术手段，构建桥梁的三维基本模型，实现对桥梁主体结构、设施及各种基本模型，如行人和交通管线等的三维一体化设计管理和实时监控，从而从根本上有效地改善和持续提高我国道路主体桥梁监理设计和监理分析的服务质量，促进我国现代城市工程建设和经济发展。