基于BIM 的桥梁智慧化设计系统研究

韦泽鹏，成家胜

（海南省交通规划勘察设计研究院，海南 海口 570206）

1 技术路线

桥梁智慧化设计系统通过将桥梁设计条件输入计算机，在桥梁构件数据库中通过填写表格，应用设计的逻辑算法进行初步筛选，推荐出计算机所认为的适用于当前条件状态下的构件、桥型。工程师可根据得到的结果进行调整，对计算机推荐的桥型和构件在三维模拟软件中进行拼装。通过软件之间的转换进行建模计算和科研论证，通过则可进入施工方案制定环节。对于施工过程进行施工碰撞检查和施工过程模拟对预先发现的问题修改。通过三维模型有效地将设计和施工协同，高效地解决工程过程中的管理问题[1]。

桥梁智慧化设计系统的技术路线如图1。

图1 桥梁智慧化设计技术路线

2 BIM 构件库

本文选取Revit 作为BIM 构件库开发的载体，构件族库遵循多类型参数联动、自适应的特点进行开发。

2.1 多类型联动参数化技术

BIM 构件族库对相似的构件建立标准件，建立完整的构件库后进行参数化设计，通过控制构件模型的参数达到快速适应新模型的目的，如图2 所示，工程师通过修改H1,H5,H7 改变梁高。通过改变H2,H3,H4,H6改变梁宽度。族库部分族支持参数多联动化，如图3所示，通过设置参数间公式，通过修改H2 联动修改H3,H4,H5。

图2 参数化T 梁构件

图3 参数化桥墩构件

2.2 自适应

构件数据库中各构件符合自适应建模要求。在Revit 中建立族库时对需常变化的构件维度建立参考点和参照线，建模时通过参照点的设置达到自适应建模要求。如图4 所示。

图4 自适应建模过程

图5 在Revit 中打开桥型智慧化选择系统界面

图6 二级指标对一级指标权重评价页面

图7 数据存储页面

图8 最终结果计算页面

图9 BIM 模型与ANSYS 几何模型转换及后续计算过程

图10 施工过程模拟图

图11 施工过程甘特图

图12 构件碰撞检测创建页面

图13 钢筋碰撞细部图

图14 报告格式

3 桥型选择算法——基于FAHP 的多维度指标综合评价方法

本研究结合工程实际，通过对RevitAPI、RevitAPIUI 及System.Windows.Form 的引用，采用C#语言进行编程，基于FAHP 的多维度指标综合评价方法，建立桥型智慧算法，通过二次开发将算法嵌入BIM 软件中，算法系统由启动主程序和各子窗体程序构成，窗体程序中包含计算程序，读取程序，保存程序及跳页程序。本章通过图片截取将桥型智慧选择算法的部分窗口进行展示。

FAHP 算法系统将各个计算过程写入后台，在各个打分页面根据九标度矩阵做出模糊矩阵后，点击“计算”即可得出各个指标权重得分，并进行一致性检验，根据一致性检验的数值自动做出判断将结果展示给工程师。

4 BIM 模型与有限元模型转换方法研究

通过将BIM 技术引入建模计算分析过程，实现将传统的“基于图形”设计方式转换为“基于模型”的设计方式[2]。如使BIM模型快速转化为ANSYS的几何模型，并通过相关处理后进行计算分析查看结果。解决了传统几何模型复杂的建立过程。

5 施工组织模拟

桥梁的施工过程是动态化过程，通过BIM 技术的施工组织模拟，将BIM 模型与进度计划结合，将空间信息与时间信息整合在一个多维模型中，可视化地模拟整个施工进程，可协助制定合理施工计划。根据模拟的直观情况，不断调整甘特图，提高流水作业的施工效率。

6 施工碰撞检查

在桥梁建设过程中碰撞问题内容复杂、种类较多[3]。研究从构件碰撞、钢筋和预应力管道碰撞两个层次进行碰撞检测演示。

6.1 构件碰撞检测

建模时应精细化建模，将实际分开或不在一个工序中施工的构件分别做成单独的族，通过在不同的标高设置参照点建成一个完整的模型，通过碰撞选项，碰撞类型，公差的设置来达到构件碰撞检测的目的。

6.2 钢筋碰撞检测

混凝土结构中钢筋分布较密，BIM 模型可识别钢筋直径，进行钢筋碰撞检测，不断地进行动态优化以达到设计方案无碰撞或重要位置无碰撞的效果。

7 小结

该桥梁智慧化设计框架的提出，在结合传统计算方法的基础上，融入新型技术，提高桥梁设计和后期施工效率，为桥梁全寿命建造提供指导性作用。研究成果主要包括：

（1）融合新旧技术，提出智慧化设计技术路线。

（2）构建多联动参数化的BIM 三维族库，为BIM快速建模提供支持。

（3）提出基于FAHP 的多维度指标桥梁方案比选方法并通过二次开发将其嵌入BIM 平台中。

（4）将BIM 模型与传统计算软件进行结合进行结构分析。

在传统的甘特图基础上，通过BIM 技术实现可视化动态模拟施工组织过程的效果。

（5）提出构件、钢筋碰撞检查两个碰撞检查过程，减少施工变更。