基于Bentley平臺(tái)的BIM 技術(shù)在橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

連飛飛

（大連理工大學(xué) 土木建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧 大連 116023）

引言

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，中國(guó)橋梁建設(shè)取得了巨大成就。隨著經(jīng)濟(jì)、科技的不斷發(fā)展，橋梁的結(jié)構(gòu)形式及建設(shè)環(huán)境更為復(fù)雜，人們對(duì)橋梁的設(shè)計(jì)也提出了更高更嚴(yán)格的要求。隨著BIM技術(shù)在橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用與推廣，不但提升了整體的設(shè)計(jì)效率，保證了設(shè)計(jì)質(zhì)量，降低了工程造價(jià)，還能有效解決目前橋梁設(shè)計(jì)中所遇到的各種難題。BIM 技術(shù)的應(yīng)用代表著我國(guó)橋梁設(shè)計(jì)工作從手工勞動(dòng)向計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方式的轉(zhuǎn)變。雖然BIM技術(shù)最早從2002年已經(jīng)引入工程建設(shè)行業(yè)，進(jìn)入國(guó)內(nèi)可以追溯到2004年，但在國(guó)內(nèi)前期發(fā)展緩慢，一直處在宣傳和推廣階段?！笆濉遍_局之年，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布了《2011 —2015年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》，才開始確立大力發(fā)展BIM技術(shù)的基調(diào)。

1 BIM的概念及特點(diǎn)

BIM，即建筑信息模型（Building Information Modeling, BIM），是近些年來(lái)出現(xiàn)在工程界中的新名詞，是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，集成了建筑工程項(xiàng)目各種相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)模型，是對(duì)工程項(xiàng)目相關(guān)信息的詳盡表達(dá)。它是引領(lǐng)建筑業(yè)信息技術(shù)走向更高層次的一種新技術(shù)，它的全面應(yīng)用，將對(duì)建筑業(yè)界的科技進(jìn)步產(chǎn)生無(wú)可估量的影響，大大提高建筑工程的集成化程度。同時(shí)，也為建筑業(yè)的發(fā)展帶來(lái)巨大的效益，使設(shè)計(jì)乃至整個(gè)工程的質(zhì)量和效率顯著提高，并且成本降低。建筑信息模型，是應(yīng)用于建筑工程業(yè)的信息技術(shù)發(fā)展到今天的必然產(chǎn)物。

相較于傳統(tǒng)意義的CAD，BIM不僅僅是將設(shè)計(jì)由2D簡(jiǎn)單地轉(zhuǎn)換成3D，還具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性及優(yōu)化性等特點(diǎn)。（1）可視化：“所見即所得”的形式，傳統(tǒng)CAD結(jié)構(gòu)圖紙需要依靠人腦去進(jìn)行想象，對(duì)于一些復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)，依靠平面圖紙難以想象，在與業(yè)主溝通過(guò)程中也存在障礙，通過(guò)BIM設(shè)計(jì)可以很好地展示設(shè)計(jì)意圖，又可以節(jié)省構(gòu)建效果模型的過(guò)程。（2）協(xié)調(diào)性：由于各專業(yè)設(shè)計(jì)師之間的溝通不到位，在設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)出現(xiàn)各種碰撞問(wèn)題，而BIM可在結(jié)構(gòu)物建造前期對(duì)各部分的碰撞問(wèn)題進(jìn)行協(xié)調(diào)，生成協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)，并提供出來(lái)，有效地解決該問(wèn)題。（3）模擬性：模擬性并不是只能模擬設(shè)計(jì)3D結(jié)構(gòu)，還可以進(jìn)行4D模擬（三維模型加項(xiàng)目發(fā)展時(shí)間），5D模擬（基于3D模型的造價(jià)控制），6D（基于3D模型的運(yùn)維管理），從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)、指導(dǎo)施工、成本控制及后期管理等。（4）優(yōu)化性：BIM模型可提供結(jié)構(gòu)物實(shí)際存在的信息，包括幾何信息、物理信息、規(guī)則信息，還可以提供結(jié)構(gòu)物調(diào)整后的實(shí)際情況，在BIM的基礎(chǔ)上更好地進(jìn)行優(yōu)化。

2 基于Bentley平臺(tái)的橋梁BIM軟件介紹

目前具備一定市場(chǎng)影響力的BIM建模軟件主要有Autodesk公司、Bentley公司、Nemetschek公司及Dassault公司的系列軟件。Bentley的建筑、結(jié)構(gòu)和設(shè)備系列產(chǎn)品在基礎(chǔ)設(shè)施（道路、橋梁、市政、水利等）領(lǐng)域有較明顯的優(yōu)勢(shì)，其解決方案立足于MicroStation圖形引擎之上，能夠滿足土木工程所需解決的大數(shù)據(jù)、大模型、多專業(yè)的行業(yè)需求，輕松應(yīng)對(duì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)周期中的變更、版本管理?；贐entley平臺(tái)的BIM技術(shù)在橋梁設(shè)計(jì)中的系統(tǒng)解決方案主要涉及軟件見圖1。

圖1 基于Bentley平臺(tái)橋梁設(shè)計(jì)解決方案

Bentley平臺(tái)為用戶搭建了一個(gè)三維協(xié)同工作平臺(tái)，一改往日串聯(lián)工作的方式，實(shí)行并行工作機(jī)制，各軟件數(shù)據(jù)同一兼容性強(qiáng)，數(shù)據(jù)輕量化，操作流暢。工程師可以實(shí)時(shí)將自己所完成的工作成果上傳到信息管理平臺(tái)，所有項(xiàng)目參與人員擁有查閱的權(quán)限，大家可以及時(shí)查閱項(xiàng)目進(jìn)度，不但方便項(xiàng)目負(fù)責(zé)人及時(shí)查閱進(jìn)度安排下一步工作，也方便工程師們對(duì)于發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題或有不同意見的地方及時(shí)溝通，避免后期大量返工，極大地提高工作效率。

3 橋梁BIM在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用流程

3.1 地形創(chuàng)建

使用BIM技術(shù)進(jìn)行模型創(chuàng)建，可以先將設(shè)計(jì)的橋梁所處的環(huán)境地形條件進(jìn)行三維建模。真實(shí)三維地形模型可以使用實(shí)景建模技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)建，也可以通過(guò)提供高程網(wǎng)或者等高線網(wǎng)進(jìn)行創(chuàng)建。

3.2 線性及分跨

在真實(shí)的地形條件下進(jìn)行橋梁總體線性及分跨設(shè)計(jì)，即總體方案設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中可以使用簡(jiǎn)單的斷面輪廓粗略快速地拉伸出橋梁線性并擺放橋墩，讓工程師更直觀地判斷線形設(shè)計(jì)及分跨設(shè)計(jì)的合理性。根據(jù)地形的實(shí)際情況進(jìn)行路線的選擇可以使橋梁走向更加符合地形特點(diǎn)，在真實(shí)的地形條件下進(jìn)行分跨設(shè)計(jì)可以使橋墩的擺放避開不利地形，方便后期施工并節(jié)省造價(jià)。

3.3 結(jié)構(gòu)模型創(chuàng)建

在具體橋梁結(jié)構(gòu)模型創(chuàng)建過(guò)程中，使用參數(shù)化設(shè)計(jì)，對(duì)于一些常用構(gòu)件或者斷面，可以創(chuàng)建屬于自己的模板庫(kù)，不但方便隨時(shí)調(diào)用，也為以后其他相似項(xiàng)目的高效建模做準(zhǔn)備。參數(shù)化創(chuàng)建的橋墩，只要給定橋墩樁號(hào)就可自動(dòng)生成，不必再逐一的去給定高度，節(jié)省了建模時(shí)間。在后期對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整時(shí)可簡(jiǎn)單通過(guò)調(diào)整參數(shù)達(dá)到完成全部更改的目的，極大地提高了設(shè)計(jì)效率。結(jié)構(gòu)模型創(chuàng)建完成后要進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)，鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)部創(chuàng)建。在深化模型過(guò)程中要給定構(gòu)件編號(hào)、材料、產(chǎn)地等信息，這樣才能實(shí)現(xiàn)信息化模型，方便以后各個(gè)環(huán)節(jié)的協(xié)同工作。進(jìn)行模型深化設(shè)計(jì)之前要將模型導(dǎo)入計(jì)算軟件進(jìn)行有限元計(jì)算，在其計(jì)算滿足要求后再進(jìn)行深化設(shè)計(jì)。

3.4 工程量表及二維圖紙的生成

一個(gè)完整橋梁模型創(chuàng)建完成之后，已經(jīng)包含了該橋梁所需要的所有完整信息，可以進(jìn)行工程量的統(tǒng)計(jì)及工程量表的生成。計(jì)算機(jī)統(tǒng)計(jì)工程量相比人工統(tǒng)計(jì)不但效率高并且可以保證準(zhǔn)確率，減少后期變更。對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及鋼結(jié)構(gòu)，在工程量表輸出時(shí)，可以直接創(chuàng)建出可供下料使用的大樣圖。三維模型可以直接生成施工所需的二維圖紙，在創(chuàng)建施工圖紙過(guò)程中，工程師可以選擇任意角度視圖創(chuàng)建所需二維圖紙，也可根據(jù)出圖需要進(jìn)行任意斷面的剖切，創(chuàng)建二維圖紙。二維圖紙跟三維模型可以進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，如果模型進(jìn)行了調(diào)整，導(dǎo)出的二維圖紙會(huì)自動(dòng)隨之進(jìn)行相應(yīng)地調(diào)整，避免了傳統(tǒng)CAD更改一張圖紙會(huì)涉及到很多其他圖紙一直修改，進(jìn)而出現(xiàn)遺漏的問(wèn)題。

3.5 模型的渲染與展示

BIM模型一個(gè)最大的優(yōu)點(diǎn)是可視化，模型完全建成之后進(jìn)行簡(jiǎn)單地渲染，在匯報(bào)工作或技術(shù)交底時(shí)，可以直接使用簡(jiǎn)單渲染過(guò)的生動(dòng)的三維模型進(jìn)行展示，使溝通更流暢高效。在施工現(xiàn)場(chǎng)也不需要帶著厚厚的圖紙，只需帶著平板電腦就可以查看模型的任何位置，非常的直觀，見圖2。

圖2 鋼管拱橋與梁橋結(jié)合的BIM模型

4 結(jié)語(yǔ)

（1）基于Bentley平臺(tái)的橋梁BIM技術(shù)的三維協(xié)同工作機(jī)制，不但方便各環(huán)節(jié)協(xié)作，而且將數(shù)據(jù)輕量化，降低了對(duì)硬件配置的要求且建模過(guò)程流暢，提高了工作效率，減少投入。同時(shí)，對(duì)大體量模型、三維曲線支持較好，適合橋梁專業(yè)使用。（2）在具體操作中還存在許多問(wèn)題要解決，一些建模習(xí)慣不符合國(guó)內(nèi)需求，對(duì)一些復(fù)雜橋型不是很友好，在出二維圖紙方面如圖框標(biāo)注等不滿足國(guó)內(nèi)出圖要求等，需通過(guò)二次開發(fā)來(lái)解決，因此BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)完全的正向設(shè)計(jì)還有一段路要走。（3）BIM技術(shù)在國(guó)內(nèi)橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用要結(jié)合國(guó)內(nèi)實(shí)際情況探索前進(jìn)，未來(lái)不但要在設(shè)計(jì)階段協(xié)同工作，更要完成橋梁建設(shè)及運(yùn)營(yíng)的所有環(huán)節(jié)的協(xié)同工作，真正實(shí)現(xiàn)服務(wù)于項(xiàng)目全生命周期。