BIM技术在桥梁设计中的应用分析

BIM 技术在桥梁设计中的应用分析

杨星 王龙飞

陕西星光工程设计有限公司 710065

摘要：对建筑信息建模（Building Information Modeling,BIM）技术进行了概述，详细分析了BIM设计技术的基本特征。在此基础上从实际应用的角度，对BIM技术在桥梁设计中的应用情况进行了分析，总结了应用中存在的问题，提出了相应的处理对策，以提升BIM技术在桥梁设计中的使用价值，推动BIM技术的发展与应用。

关键词：BIM技术；桥梁设计；应用

中图分类号：U442.5　　文献标识码：A

引言

传统的桥梁设计方法只在桥梁结构计算时采用三维模型进行分析计算，在整体与构件设计中依然采用二维方式。因此许多问题常常在实际施工过程中才会被发现，不仅影响了工期与成本，对桥梁结构安全也会造成隐患。因此，在桥梁设计中应用BIM技术，确保设计方案的可行性具有重要的作用。

1、BIM正向设计技术思路

BIM是一个完备的信息模型，能够将工程项目在全寿命周期中各个不同阶段的工程信息、过程和资源集成在一个模型中，方便的被工程各参与方使用。通过三维数字技术模拟建筑物所具有的真实信息，为工程设计和施工提供协调、内部一致的信息模型，使该模型达到设计施工的一体化，各专业协同工作，从而降低了工程生成成本，保证工程的优质高效的完成。BIM正向设计的一般思路是在前期可研阶段，在1万数模的基础上与卫片叠合后建立场景，根据控制要素来选线和进行优化，待方案确定后直接将数模及线形导入设计软件，采用细化的2000比例数模，在优化平纵指标后，建立路基模型，在合适的位置设置桥梁涵洞隧道等结构物并不断调整，通过不断积累构件库，根据需求进行二次开发，对构造物等进行模块化、参数化的快速建模，在建模过程中针对方案进行技术评估合理性后不断调整优化模型。最后对成果模型进行分析，确定是否满足设计要求并形成最终的BIM设计模型。将模型与GIS平台结合进行方案展示、二次开发对结构剖切实现二维出图、工程量统计等，进行数字交付^[1]。

2、BIM技术在设计中的应用方式

2.1、拱肋

拱肋是本次拱桥的关键受力构件，综合考虑景观、受力等因素拱肋采用了向内倾斜25°的处理方式，拱肋向内倾斜一定角度后形成提篮拱的优美造型，给人挺拔有力的冲击，在三维软件中先建出铅垂面内拱肋轴线，在沿轴线赋予拱肋的断面，形成铅锤平面内的拱肋，以两拱脚点连线为轴对拱肋进行旋转操作，旋转角度为25°，从而形成一片倾斜的拱肋，通过道路中心线的平面进行镜像，生成另一片倾斜的拱肋，最终形成两片内倾的拱肋。先采用二次抛物线拟定一个拱轴线，通过有限元计算得到拱肋恒载下的轴力和弯矩，计算出拱肋单元的轴力偏心距，将原拱肋节点坐标按单元轴力偏心距进行调整，经过几次迭代收敛后将更新后的坐标反馈到BIM模型中，得到最终的拱轴线模型。由于拱肋为本次桥梁的受力关键构件，在整个桥梁的景观构成中占比很大，是整个景观桥梁的关键景观构成，对其断面和轮廓的展示设计尤为重要。本次设计中运用三维技术比选了方形断面和圆形断面两种形式，两种断面形式的三维效果图，通过景观效果比较最终选择了圆形断面的形式。

2.2、参数化建模

在BIM系统中，进行参数化建模需要先建立桥梁骨架线与局部参数化构件，通过对桥梁骨架线和局部参数化构件进行组合，逐步对桥梁模型进行完善。对同一类构件进行参数化的过程中可以使用通用的模板，设置一些可修改的参数，如尺寸与材质等，通过对参数进行修改可快速进行不同构件的建立，减小工作量、提高效率。在实际设计工作中，由于桥梁结构形式以及跨径不同，导致每座桥梁的局部构件都会有所不同，在进行建模工作时需要设计人员对局部参数化构件自行进行绘制。基于这种现象，设计院在使用BIM技术时应建立适用于本公司需求的参数化构件素材库，在使用时只需要进行调取即可，可有效减少工作量^[2]。

2.3、对可能出现的碰撞进行检查

桥梁设计中，仅仅利用二维图纸具有明显的局限性，很多时候设计人员无法及时准确地发现桥梁建设后可能出现的碰撞问题，因此容易出现设计不合理的现象，导致整体桥梁的建设受到影响，甚至导致较为严重的资源浪费。BIM技术在桥梁维修加固设计中的应用，可以对桥梁可能出现的碰撞进行充分检查，进而采取针对性的措施，从源头上解决问题。工程人员通过对碰撞结果的分析，在后续施工中则可以采取措施回避该问题。以预应力钢筋混凝土为例，BIM技术可以围绕锚具、预埋管及钢筋等构件构建三维模型，明确各构件之间可能出现的碰撞，以此为指导制定出详细的分析报告，并提出可行的解决方法^[3]。

2.4、拱上立柱

拱上立柱具有支撑桥面板的作用，同时把桥面的荷载传递到拱上去，再通过拱肋把力传递到两边的桥台，最后由桥台传递到基础。同时拱上立柱也有把两片三维空间拱肋连为一个整体的作用，使两片拱肋形成空间效应整体参与受力，由此可知拱肋在整个结构的传力和受力过程中起到了重要的作用，是设计中应重点考虑的构件。在设计的过程中发现：由于两片三维拱肋为空间内倾造型，所以每个立柱的高度不一样，每个立柱的下口宽度也不一样，这就给立柱的构造设计带来很大的困难，即每个立柱的细部构造均有所区别，不可复制，且采用常规的二维设计比较困难，在三维软件中能够较好的对立柱进行精确的设计，在三维软件中通过自定义平面来实现各个立柱上细部构造的编辑调整，通过三维立柱的构造尺寸和标高来绘制二维构造图。通过在三维模型里检查碰撞和焊接操作空间后绘制二维构造图，从而使构造尺寸合理，现场施工方便、快捷，避免了变更返工所耗费的物力和财力，节约了施工工期，为公园的早日建成开放创造了很好的条件。在拱桥的常规设计中一般需要对立柱断面形式进行比选，本次景观桥梁的设计中也无一例外的对立柱断面形式进行比选；在设计中考虑了矩形、圆形和工字型三种断面形式进行了比选，从景观效果、结构受力、焊接性能以及全寿命周期等方面综合考虑，选择了工字型断面的形式；在设计中通过运用BIM的可视化特性很直观、便捷的对三种断面形式进行了展示比选，让参与项目的各方一起来参与到景观桥梁景观效果的设计中，获得了很好的社会效益

^[4]。

结束语

BIM技术应用于正向设计，提高效率的同时还存在很多问题：如钢筋等细部建模后，模型体量巨大，对硬件要求较高；如设计模型与有限元计算模型无法通用，造成工作的重复。另外，各种软件间的格式存在差异，实现完美统一还有很长的路要走，各软件均有不同的优势，虽可以通过不同的软件实现不同的功能，但因各软件端口不匹配造成整合存在难度，还需要一个统一的数字存储和应用标准来规范模型的使用。近些年，随着BIM技术浪潮的兴起，国产软件厂家也在BIM技术上做了很多的工作，国外软件平台与国内使用习惯的不匹配，正是国产软件的机遇和发展方向，要开发更多适用国产需求的辅助软件，使BIM正向设计的操作更容易更有效率，让设计师更愿意使用，才能更好的普及BIM技术^[5]。

参考文献：

[1]王树海.BIM技术在市政桥梁设计中的应用[J].大众标准化,2019,(14):12+14.

[2]武静.BIM技术在徐州某桥梁项目的施工应用及探索[D].中国矿业大学,2019.

[3]刘永.BIM在道路桥梁设计优化中的实践探索[J].建材与装饰,2019,(28):281-282.

[4]房亮.基于BIM技术的桥梁设计应用与研究[J].居业,2019,(09):25-26.

[5]刘亚静.浅析BIM技术在公路工程中的应用[J].中国公路,2019,(18):104-105.