BIM在公路橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

王沖

摘 要：作為滿足交通需要的建筑物，橋梁務(wù)必要擁有可靠的工程質(zhì)量，有效發(fā)揮出其所具有的使用價(jià)值。BIM技術(shù)是近段時(shí)間興起的一項(xiàng)技術(shù)，其不只是數(shù)據(jù)信息的共享平臺(tái)，也是一種十分重要的信息融合工具，從某個(gè)角度增加了模型運(yùn)用的重復(fù)概率，并且可以減少模擬需要用到的成本經(jīng)費(fèi)。所以，運(yùn)用BIM技術(shù)可以給道路橋梁施工上帶來很大的支持，也可能在很大程度上推動(dòng)橋梁設(shè)計(jì)領(lǐng)域的不斷發(fā)展。本篇文章就BIM在公路橋梁設(shè)計(jì)當(dāng)中的運(yùn)用展開分析，希望可以給大家?guī)韼椭?/p>

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);公路橋梁設(shè)計(jì);應(yīng)用

Abstract： As a building to meet the traffic needs， the bridge must have reliable engineering quality and effectively play its use value. BIM technology is a technology rising in recent years. It is not only a platform for data information sharing， but also a very important information fusion tool. It increases the probability of repetition of model application from a certain point of view， and can reduce the cost and expenses needed for simulation. Therefore， the application of BIM technology can bring great support to the road and bridge construction， and may also promote the continuous development of the bridge design field to a great extent. This article analyzes the application of BIM in highway bridge design， hoping to bring help to you.

Keywords： BIM technology; highway bridge design; application

一、前言

BIM技術(shù)從2002年正式提出到現(xiàn)在，在經(jīng)過多年來的發(fā)展，開始運(yùn)用到建筑和機(jī)械這些行業(yè)，并取得不錯(cuò)的成果。其整個(gè)生命周期的信息傳輸理念與可視化處理復(fù)雜空間位置關(guān)系這些優(yōu)勢在工程建筑的多個(gè)領(lǐng)域開始得到運(yùn)用[1]。對(duì)比建筑和機(jī)械這些行業(yè)小規(guī)模且結(jié)構(gòu)較為繁瑣的特征，公路領(lǐng)域有著狹長帶狀的特征，所以BIM技術(shù)的運(yùn)用開始的較晚，但是通過近些年的研究與嘗試，已然在公路橋梁設(shè)計(jì)當(dāng)中的運(yùn)用。

二、BIM技術(shù)在公路橋梁設(shè)計(jì)當(dāng)中的運(yùn)用

（一）工程概況

某個(gè)橋梁總長是6.35 km，主橋布置（80 m+165 m+430 m+165 m+80 m），這個(gè)橋梁分成雙層設(shè)計(jì)，上層是4車道客車線，下層是2車道貨車線。橋梁所能夠承受的恒荷載大概在100 t/米，活荷載30 t/米。橋梁1號(hào)與2號(hào)橋塔為H型的橋塔，1號(hào)主塔高為181.12 m，2號(hào)主塔高為194.58 m，詳細(xì)數(shù)據(jù)如表1所示。

（二）借助BIM技術(shù)的協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)搭建

借助現(xiàn)代化的測量技術(shù)，如航測遙感、無人機(jī)傾斜攝影、激光掃描等等，作為BIM模型的主要數(shù)據(jù)，基于協(xié)同平臺(tái)來創(chuàng)建環(huán)境模型。圖1就把數(shù)字化的勘察效果在協(xié)同平臺(tái)之上進(jìn)行傳輸，確保各項(xiàng)設(shè)計(jì)能夠統(tǒng)一基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

橋梁專業(yè)的設(shè)計(jì)工作者借助BIM設(shè)計(jì)軟件，立足數(shù)字化勘察設(shè)計(jì)成效來展開設(shè)計(jì)，通過設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的同步生成橋梁方案當(dāng)中的BIM模型，在協(xié)同平臺(tái)上把帶有各種專業(yè)信息的BIM模型和環(huán)境模型有效組合，建立具有大場景的BIM模型[2]。設(shè)計(jì)工作者需要結(jié)合專業(yè)特征，并運(yùn)用模型來檢驗(yàn)橋梁方案的有效性、設(shè)計(jì)的科學(xué)性，并且做好設(shè)計(jì)專業(yè)問題的推送以及模型的有效處理。借助協(xié)同平臺(tái)能夠確保設(shè)計(jì)中數(shù)據(jù)資源的唯一性，在很大程度上規(guī)避了因?yàn)閿?shù)據(jù)無法同步而造成設(shè)計(jì)出現(xiàn)失誤[3]。并且運(yùn)用BIM協(xié)同平臺(tái)，在通過設(shè)計(jì)工作者的確認(rèn)以后轉(zhuǎn)交到下個(gè)階段的數(shù)字化成效，可以讓信息得以準(zhǔn)確的傳輸。

（三）BIM技術(shù)在橋梁方案比選中的運(yùn)用

針對(duì)公路橋梁工程而言，裝配式橋梁在整個(gè)橋梁當(dāng)中有著較大的占比。所以在橋梁設(shè)計(jì)時(shí)期有很多的工作都集中于普通橋梁方案的制定當(dāng)中。以往在公路橋梁的方案設(shè)計(jì)時(shí)，一般都會(huì)選用1∶2000地形圖與路線設(shè)計(jì)資料來進(jìn)行，這種方式是可以加快地完成橋梁方案的制定，但是也有著設(shè)計(jì)意愿表述不清、橋梁建造物和被跨越物體在位置關(guān)系上不夠形象這些問題。借助所研發(fā)的路線軟件來做升級(jí)研發(fā)，在結(jié)束路程設(shè)計(jì)時(shí)只需要批量的設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的橋梁孔徑信息與中心樁號(hào)，不用再去做額外的工作，可一鍵生成相應(yīng)的路線與常規(guī)橋梁方案模型。并且借助衛(wèi)星圖像、航片以及激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)這些生成了地形模型，把BIM方案模型和地形模型有效融合，進(jìn)而評(píng)價(jià)與比較橋梁的方案[4]。借助以上的方案，能夠更為形象化的檢驗(yàn)孔徑布置、上下構(gòu)選型以及通航情況的科學(xué)性。

（四）BIM技術(shù)在鋼橋細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)當(dāng)中的運(yùn)用

在公路橋梁的設(shè)計(jì)當(dāng)中，如果碰到深谷、大河或是交通量相對(duì)較大且難以斷絕交通的跨線橋時(shí)，普通的裝配式橋梁就無法達(dá)成跨越需求。時(shí)常運(yùn)用的橋型就有較大跨徑的剛構(gòu)橋、斜拉橋、懸索橋以及鋼箱梁頂推的跨越方案。因?yàn)闃蛄航Y(jié)構(gòu)本身的復(fù)雜性，使得這種橋型設(shè)計(jì)當(dāng)中時(shí)常會(huì)碰到較為繁瑣的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。橋梁本身構(gòu)件所存在的位置關(guān)系比較繁瑣，一般的二維圖紙無法較為細(xì)致地彰顯出位置關(guān)系[5]。

1. BIM技術(shù)在懸索橋?qū)嶋H節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)當(dāng)中的運(yùn)用

在大跨徑懸索橋當(dāng)中時(shí)常會(huì)運(yùn)用鋼桁架主梁節(jié)點(diǎn)錨栓、索鞍這些部位因?yàn)槠浔旧碓诳臻g建造上較為繁瑣，二維圖紙這部分的表述時(shí)常就引發(fā)一些誤解，讓橋梁的設(shè)計(jì)意向難以更好的傳輸?shù)绞┕ぎ?dāng)中[6]。在白洋長江公路大橋具體的設(shè)計(jì)當(dāng)中，主跨選用1000 m的雙塔單跨吊鋼桁架的懸索橋，借助Tekla與Revit軟件創(chuàng)建鋼桁架與索鞍的精細(xì)化模型，能夠更為精準(zhǔn)地把設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)闡述清晰，提升了設(shè)計(jì)和施工所連接的質(zhì)量，對(duì)工程質(zhì)量的提升具有很大的促進(jìn)作用。

2. BIM技術(shù)在鋼箱梁細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)中的運(yùn)用

現(xiàn)下公路工程當(dāng)中開始廣泛運(yùn)用跨線設(shè)計(jì)，為了可以把跨越部分產(chǎn)生的交通影響最小化，鋼箱梁頂推方案具有的優(yōu)點(diǎn)都體現(xiàn)出來。鋼橋梁通常是由頂板、底板、腹板以及縱橫板這些進(jìn)行現(xiàn)場安裝，其內(nèi)部架構(gòu)縱橫交叉，并且對(duì)加工的細(xì)致性有了更高的要求。一般的二維圖紙主要將階段劃分為幾個(gè)具有典型性的橫斷面圖來表示鋼箱梁的主要構(gòu)成與加工方案。鋼結(jié)構(gòu)加工廠在看到設(shè)計(jì)圖紙時(shí)需要對(duì)圖紙做深入的設(shè)計(jì)，對(duì)于設(shè)計(jì)用意表達(dá)模糊的部分還應(yīng)該持續(xù)和設(shè)計(jì)單位做多次溝通，這就在一定程度上加長了施工工期。在高速公路跨線橋中，工程能夠運(yùn)用（44+70+36） m的鋼橋梁，設(shè)計(jì)時(shí)期借助Tekla軟件來完成鋼箱梁的設(shè)計(jì)，借助BIM技術(shù)在工程設(shè)計(jì)期間把結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和三維設(shè)計(jì)有效融合，借助三維模型來完成模擬拼裝之后再做碰撞檢驗(yàn)，對(duì)于不達(dá)標(biāo)的位置在設(shè)計(jì)時(shí)期及時(shí)察覺同時(shí)進(jìn)行改正，最終做好三維安裝圖以供施工企業(yè)去加工拼裝，并且把設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)控加工機(jī)床，完善相關(guān)信息，在很大程度上提升了設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮減設(shè)計(jì)和施工的交流協(xié)作，進(jìn)而縮減工期，節(jié)省工程造價(jià)[7]。

（五）BIM技術(shù)在橋梁可視化技術(shù)交底中的運(yùn)用

技術(shù)交底身為設(shè)計(jì)工作者和施工企業(yè)最直觀的溝通環(huán)節(jié)，能夠讓整體橋梁的設(shè)計(jì)用意與注意事項(xiàng)的有效表述，但是借助正常手段進(jìn)行表述通常是用技術(shù)交底文件去描寫一些并不存在的物體。時(shí)常出現(xiàn)表意不明或是理解不清楚而致使施工存在問題，為橋梁施工質(zhì)量帶來巨大的隱患。借助BIM技術(shù)來模擬有關(guān)的施工工序，形象地把設(shè)計(jì)人員的用意借助三維的方式來表現(xiàn)，在施工當(dāng)中需要關(guān)注的地方都應(yīng)做好提示，對(duì)于施工組織的設(shè)計(jì)與施工操作指導(dǎo)書中的重要步驟來制作相應(yīng)的施工動(dòng)畫，在很大程度上提升溝通的效率以及工程品質(zhì)。并且，針對(duì)重要的施工工法和系統(tǒng)的施工工藝做成技術(shù)交底庫，在施工期間與其他相似工程運(yùn)用時(shí)當(dāng)作參考[8]。在京滬改擴(kuò)建這類工程當(dāng)中，對(duì)于拓展基礎(chǔ)承臺(tái)、橋面混凝土鋪裝層操作這些施工流程借助BIM技術(shù)來做可視化的交底，并取得了不錯(cuò)的成效。

三、BIM技術(shù)在公路橋梁設(shè)計(jì)運(yùn)用當(dāng)中存在的問題

（一）軟件技術(shù)不夠成熟

線下可以運(yùn)用到公路橋梁設(shè)計(jì)當(dāng)BIM軟件大部分都是國外軟件，擁有一定的開放性，并且和我國規(guī)范的結(jié)合度并不高，本土化工作并沒有完成，應(yīng)該依據(jù)我國規(guī)范與設(shè)計(jì)習(xí)慣對(duì)其功能做二次開發(fā)。

（二）硬件配置要求較高

因?yàn)楣窐蛄鹤陨硭哂械奶卣?，除了有公路橋梁已有的信息以外，還應(yīng)該沿線附近的地質(zhì)以及其他自然與人文信息，通常會(huì)造成模型的體量相對(duì)較大，在建模與有關(guān)信息處理當(dāng)中應(yīng)該配置更為優(yōu)質(zhì)的硬件配置[9]。

（三）缺少對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)

因?yàn)樵撔袠I(yè)發(fā)展相對(duì)較晚，對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范都還沒有出臺(tái)，對(duì)功能的研究缺少較為明確的方向，對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)接口和數(shù)據(jù)格式、信息的交付指標(biāo)不夠一致。當(dāng)今社會(huì)還是將業(yè)主的要求作為主要導(dǎo)向，缺少一個(gè)較為總體的規(guī)劃和管理。

（四）對(duì)BIM領(lǐng)域從事者的要求很高

因?yàn)锽IM技術(shù)牽扯設(shè)計(jì)、施工以及運(yùn)營管理這些整個(gè)生命周期的建設(shè)工作，在設(shè)計(jì)當(dāng)中的BIM運(yùn)用就牽扯往其他時(shí)期的模型的信息傳輸，這就需要該領(lǐng)域從事者既了解工程每個(gè)時(shí)期的知識(shí)，還需要熟練對(duì)BIM軟件進(jìn)行運(yùn)用[10]。并且對(duì)部分功能點(diǎn)還應(yīng)該配備對(duì)應(yīng)的開發(fā)人員，以便于再次開發(fā)。

四、結(jié)束語

綜上所述，BIM技術(shù)是我國橋梁工程設(shè)計(jì)階段新興起的技術(shù)，其獨(dú)有的三維可視化能力，能夠給橋梁設(shè)計(jì)企業(yè)和建設(shè)企業(yè)信息交換給予更為有效的渠道。所以，在橋梁設(shè)計(jì)期間，相關(guān)工作者能夠結(jié)合橋梁工程所提出的要求，合理借助BIM技術(shù)來開展三維建模，同時(shí)依據(jù)校驗(yàn)檢查的數(shù)據(jù)，持續(xù)調(diào)節(jié)二維設(shè)計(jì)圖紙，進(jìn)而給橋梁后續(xù)的施工給予一定的保障。以上就是筆者結(jié)合多年從業(yè)經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)BIM技術(shù)在公路橋梁設(shè)計(jì)當(dāng)中運(yùn)用，所提出的一些淺見，以供廣大該領(lǐng)域從業(yè)者參考。

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