淺談BIM技術(shù)在橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

張 云

（上海市水利工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海市 200061）

0 引言

BIM理念最先于1975年被提出，先后經(jīng)歷了萌芽階段、產(chǎn)生階段、發(fā)展階段，目前已在美國(guó)、歐洲、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家得到廣泛的應(yīng)用[1]。當(dāng)今BIM是中國(guó)建設(shè)工程領(lǐng)域最熱門(mén)的話題之一，住建部印發(fā)的《2016-2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》中多次提及BIM技術(shù)，隨著政府推廣力度的加大，BIM技術(shù)正從理論研究逐漸走向工程項(xiàng)目實(shí)踐。然而國(guó)內(nèi)BIM技術(shù)的應(yīng)用研究相對(duì)集中于建筑項(xiàng)目[2]，例如中國(guó)國(guó)家會(huì)展中心等建筑項(xiàng)目的BIM應(yīng)用均取得了良好的實(shí)踐效果，而目前BIM技術(shù)在其他基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域的研究相對(duì)較少[3]，鑒于此，本文通過(guò)BIM技術(shù)在淤泥河橋中的應(yīng)用，對(duì)BIM應(yīng)用于橋梁工程進(jìn)行了探索和實(shí)踐。

1 工程概況

西平境內(nèi)河流屬淮河流域的洪、汝水系，流域面積在5 km2以上的河流共69條，其中洪河、柳堰河、淤泥河為縣內(nèi)3條主要河流。為確保西平縣防汛除澇安全，擬整治引洪河、淤泥河、新建人工湖。為滿足道路溝通需要，在淤泥河靠近人工湖處建設(shè)淤泥河橋。淤泥河河口寬約120 m，設(shè)計(jì)河道主槽底寬21 m，設(shè)計(jì)主槽深3.3 m，設(shè)計(jì)河底高程為52.8～52.7 m，平臺(tái)高程為56.0 m，設(shè)計(jì)堤頂高程58.8～58.7 m?？紤]到淤泥河河口較寬，主槽僅為河口的1/5左右，若采用跨越能力大、建筑高度大的橋型，一方面將導(dǎo)致橋面與堤頂?shù)母卟钸^(guò)大，銜接困難；另一方面縱橫向比例不和諧致景觀性較差。綜合分析之后，設(shè)計(jì)采用了梁體簡(jiǎn)支、橋面連續(xù)的簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)。

橋梁上部結(jié)構(gòu)板梁均采用標(biāo)準(zhǔn)先張預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，為工廠或現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制，吊裝施工后施工鉸縫。簡(jiǎn)支橋梁橋下部結(jié)構(gòu)，橋臺(tái)采用重力式橋臺(tái)兼作護(hù)岸。臺(tái)帽高1.269 m，寬0.4 m，背墻厚1.34 m，下設(shè)1.5 m厚承臺(tái)，承臺(tái)底標(biāo)高為54.5 m。承臺(tái)下設(shè)雙排φ800 mm@3000 mm的C30鋼筋混凝土鉆孔灌注樁。橋墩采用樁式橋墩。蓋梁高1.5m，寬1.8 m，蓋梁下設(shè)單排φ1 000 mm@3 000 mm的C30鋼筋混凝土鉆孔灌注樁。橋梁布置方案見(jiàn)表1。

表1 空心板橋梁布置方案

2 模型構(gòu)建及應(yīng)用

2.1 三維模型構(gòu)建

三維模型的建立是使BIM技術(shù)與橋梁設(shè)計(jì)有效結(jié)合的前提，由于目前BIM技術(shù)在橋梁工程正向設(shè)計(jì)中的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)較少[4]，橋梁三維模型一般先由傳統(tǒng)二維圖紙轉(zhuǎn)換而成（若有上一階段的三維設(shè)計(jì)模型，也可在此基礎(chǔ)上深化），再采用BIM技術(shù)對(duì)模型進(jìn)行檢測(cè)及優(yōu)化，形成最終的三維模型及二維圖紙，模型構(gòu)建及優(yōu)化的流程見(jiàn)圖1。三維模型的構(gòu)建，可直觀展示設(shè)計(jì)意圖，并通過(guò)碰撞檢查、施工模擬等功能，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)問(wèn)題，確保圖紙的可實(shí)施性，從而減少后期變更，節(jié)省工程投資。本工程為五跨簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)，采用MicroStation軟件進(jìn)行三維建模，模型成果見(jiàn)圖2。

圖1 三維模型構(gòu)建及優(yōu)化流程圖

圖2 淤泥河橋BIM模型

2.2 圖紙輸出

橋梁三維模型建立后，即可根據(jù)模型進(jìn)行圖紙輸出。由于目前圖紙交付仍以二維圖紙為主，故可采用MicroStation軟件的切圖工具由三維模型直接剖切得到二維圖紙，在進(jìn)行必要的標(biāo)注與圖紙說(shuō)明后作為交付成果。有別于傳統(tǒng)二維繪圖，基于BIM模型的二維出圖兼顧了出圖效率及準(zhǔn)確度，能保證圖紙與模型具有一致性，極大程度避免二維手工繪圖發(fā)生的錯(cuò)誤，而且可以減輕由于項(xiàng)目變更引起的圖紙修改工作量。在圖紙表達(dá)上，本文嘗試以局部三維視圖結(jié)合傳統(tǒng)二維圖紙的方式，有助于圖紙接收方對(duì)圖紙內(nèi)容的快速理解。淤泥河橋橋臺(tái)出圖成果見(jiàn)圖3。

圖3 淤泥河橋橋臺(tái)出圖示例（單位：mm）

2.3 工程量統(tǒng)計(jì)

工程量統(tǒng)計(jì)同樣是BIM模型的重要應(yīng)用[5]，快速準(zhǔn)確的獲得工程量是采用BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)之一。MicroStation軟件通過(guò)family&part的定制，能直接從模型提取工程量，圖4為軟件生成的淤泥河橋橋臺(tái)工程量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，根據(jù)與傳統(tǒng)手工計(jì)算的工程量比較，兩者完全一致。在計(jì)算不規(guī)則形體工程量時(shí)，采用BIM模型直接提取工程量的方式可大幅提高設(shè)計(jì)效率。

圖4 淤泥河橋橋臺(tái)工程量統(tǒng)計(jì)報(bào)表

2.4 三維配筋

鋼筋圖的繪制是傳統(tǒng)二維繪圖工作中較為繁瑣的部分，采用BIM技術(shù)可有效減輕此項(xiàng)工作的負(fù)擔(dān)，以生動(dòng)形象的三維視角完成橋梁三維配筋，再輔以抽圖工具形成符合交付要求的二維圖紙，可極大地減輕設(shè)計(jì)人員的工作負(fù)擔(dān)。圖5為采用ReStation對(duì)橋臺(tái)進(jìn)行配筋后生成的三維配筋體，軟件完成對(duì)三維實(shí)體的配筋后，可自動(dòng)進(jìn)行鋼筋編號(hào)及報(bào)表整理，大幅的提高了設(shè)計(jì)效率。

圖5 淤泥河橋橋臺(tái)三維配筋體模型

3 結(jié)語(yǔ)

隨著工程項(xiàng)目的復(fù)雜程度不斷提升、業(yè)主對(duì)項(xiàng)目要求的不斷提高，CAD制圖已漸漸不能滿足項(xiàng)目不同參與方的需求，BIM技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)正逐漸取代二維制圖。本文以河南省西平縣淤泥河橋?yàn)槔肂entley系列軟件開(kāi)展了橋梁三維設(shè)計(jì)的應(yīng)用，從橋梁工程三維建模、二維抽圖、工程量統(tǒng)計(jì)、三維配筋等不同方面進(jìn)行了嘗試，均取得了較好的應(yīng)用成果，為同類(lèi)項(xiàng)目的應(yīng)用提供了參考。