基于BIM的桥梁智能设计与自动绘图系统的研究与实践

韩厚正

（上海同豪土木工程咨询有限公司 上海 200092）

基于BIM的桥梁智能设计与自动绘图系统的研究与实践

韩厚正

（上海同豪土木工程咨询有限公司 上海 200092）

介绍了基于BIM的桥梁智能设计与自动绘图系统的主要功能及特色、系统架构与核心平台、工程应用情况。

建筑信息模型；桥梁智能设计；自动绘图

概述

桥梁设计主要工作就是收集资料、确定桥位、布置跨径、结构选型、拟定尺寸、结构分析及配筋计算，最终以工程图纸形式将设计方案完整表达出来，桥梁设计技术难度高、工作量大。目前桥梁设计软件仅能实现局部辅助建模或绘图，尚无法有效实现桥梁方案的智能设计与工程图纸的全自动绘制，从而制约了桥梁设计效率[1,2]。因此，同豪土木倾力研发了一套基于建筑信息模型（BIM）的桥梁智能设计与自动绘图系统——“方案设计师”。该系统是为桥梁设计工程师量身定制，它遵循行业规范并采纳行业习惯，能协助工程师高智能、高质量地快速建立桥梁设计方案，建立全桥的全关联、数字化的建筑信息模型，能自动完成桥梁方案图、施工图的全自动绘制；同时设计团队多个角色能在该系统上高效协同工作，将设计工程师从繁重的建模、制图工作中解放出来，大大提高了设计效率又确保了设计质量。下文就该系统的主要功能及特色、系统架构与核心平台、工程应用进行简要介绍。

系统功能及特色

系统主要功能

“方案设计师”作为一款基于BIM的桥梁智能设计与自动绘图系统，应具备以下主要功能：

1) 便捷强大的设计资料编辑和管理功能

桥梁设计需要的资料如路线、地质、水文、被交道路等多种数据均能在系统中进行便捷的录入和图形交互编辑；并且可与纬地等道路设计软件无缝衔接，一键导入路线数据，避免重复录入，实现与道路工程师的高效协同。

2) 针对各设计阶段的智能化设计功能

在桥梁方案设计阶段，系统能自动拟定桥梁中心位置，考虑桥下障碍、被交道路和通航需要等因素后自动分孔，根据路面布置自动设计桥面布置。在桥梁初步设计阶段，能根据跨径、斜交角、曲率半径等特征自动进行结构选型，再根据标准构件库、设计原则库进行自动布置、自动拟定构件尺寸等，通过构件装配关系自动计算特征标高和坐标，从而建立起全关联的桥梁信息模型，自动统计关键构造数据，并可按照约定规则对全桥关键尺寸如桩柱尺寸、系梁尺寸、支座垫石和楔形块规格等进行规格化设计。在施工图设计阶段，能自动批量地进行钢筋钢束设计，并能从计算分析系统批量导入计算分析结果如钢束配置数据。

3) 强大的自动绘图及图纸自动成册功能

基于全桥的建筑信息模型，系统能实现常规装配式梁桥、立交互通桥梁的全桥工程图纸的自动绘制；并且系统能实现一个项目的完整图册的自动编制和出版。图纸绘图风格一致，而且能自定义设置，满足多样化需求。

4) 丰富的工程指标控制功能

系统基于桥梁的建筑信息模型提供大量的指标查询和复核工具，如：每平米材料用量、铺装厚度查询、单桩承载力查询、特征指标是否超越规范限定检查等。这些查询和复核功能有助于对工程进行质量控制和方案优化。

5) 高效的协同工作平台

设计团队中总工、负责人、工程师、管理员等多个角色能在该平台上高效协同工作，各个角色都有自己独立的操作界面和数据签入、签出操作流程，并可随时在权限范围内建立和审查相关成果，使得并行工作能力显著提升，项目整体设计效率大幅提高。

系统特色

1）系统建立了全关联的、数字化的桥梁信息模型，实现了全桥设计方案的自动化联动更新，适应了方案的频繁变更。各种变更都能在系统中得到实时的联动更新，确保了全桥数据的一致匹配，减少了重复性劳动。

2）系统提供了强大的图形交互建模功能，使得变截面箱梁、变宽和分叉异形箱梁这类复杂构件的设计更便捷、更高效。

3）系统预置了大量装配式构件的通用图，形成了可重复使用的标准构件库。

4）系统预置了丰富的设计方法库，并且设计人员可在系统中自定义设计方法，为设计院内部设计经验的累积和传承提供了数字化载体。

5）系统建立了数字化的桥梁设计经验库，将设计过程中规律性、规范性的东西固化到软件中，把设计师的成熟经验形成数字化方案融入到软件中，实现了智能化设计[3]。桥梁设计时，只有一小部分参数是依据具体工程环境如地质、荷载等级等而变的，也就是桥梁结构的关键参数。系统将具体工程环境参数化并建立分级标准，再将具体工程环境参数与各种桥梁结构关键参数建立对应关系，也就形成了桥梁设计经验库。实际工程设计时，只需明确具体工程环境参数值即可自动搜索桥梁设计经验库，高质、高效、智能化地形成桥梁方案。

6）系统预置了丰富的桥梁零件库，包括：混凝土、钢筋、钢束等工程材料栏杆、防撞护栏、人行道等桥面系，锥坡、人洞、检修孔、泄水孔等附属结构。

系统架构与核心平台

“方案设计师”是一个交互式、集成式的软件系统，采用面向对象的程序设计思路，基于C++语言进行开发，其系统架构如图 1所示。该系统以图形化操作桌面为交互载体，以数字化的桥梁信息模型为核心，由标准件平台、设计经验平台、设计方法平台、辅助图形编辑平台、制图平台、结构分析平台、统计查询平台共七大核心平台构成了整个系统。

图 1 “方案设计师”系统架构框图

标准件平台用来管理各类构件在根据固定规则去掉受具体工程环境影响的参数后形成的标准构件库，使得标准构件可供有条件地选用，简化了设计人员的重复劳动。设计经验平台建立了数字化的设计指导书，将各种具体工程环境参数与各种桥梁结构关键参数之间按照设计控制原则建立了索引取值关系，形成了桥梁设计经验库，方便了设计经验的累积和传承。设计方法平台通过一系列设计流程和规则的参数化和对标准构件按约定条件的智能选用，实现了模型参数的智能确定，并可实现设计方案的持续优化。辅助图形编辑平台则为复杂构件的构造设计、钢筋设计、钢束设计提供了尺寸驱动的图形交互操作桌面，让复杂构件的设计更便捷、更智能。制图平台通过自定义绘图风格、图元绘制函数集、图面美观自动调整算法、钢筋智能布置及绘制算法集等强大的平台接口为各类施工图的绘制提供了强大的基础支撑。结构分析平台则为桥梁结构的计算分析提供了算法引擎。统计查询平台则根据桥梁信息模型进行多个维度的统计分析、指标查询和校核，有效地控制工程项目的安全性、经济性和一致性。

工程应用

“方案设计师”系统自2011年推出第一版以来，在几百家公路交通、市政设计院得到了广泛应用，显著提高了桥梁工程项目的设计效率和设计质量。近 3年来研发团队根据多家设计院的反馈意见进行了多个版次的修改完善和升级，更好满足了用户需求。其中，浙江三门湾跨海大桥包括戴港互通、新桥枢纽等8个立交互通在内，总长近12公里的桥梁设计项目全部采用该系统完成，得益于该系统数字化的桥梁设计经验库以及强大的智能设计和自动出图功能，该项目的近万张施工图纸仅采用10余名桥梁工程师历时约半年时间就得以完成，期间还经历了多轮的设计方案及图纸校审，适应了近十个轮次的大小变更，最终圆满完成了该工程的设计工作，在确保设计质量的同时显著提高了设计效率。

结束语

“方案设计师”系统作为一款以全桥的建筑信息模型为核心的综合型桥梁智能设计与自动绘图系统，是一次创新性的技术实践，而且深入切合了广大桥梁设计工作者的实际需要。通过大量的实际工程应用证明，基于BIM的桥梁智能设计与自动绘图系统必将要成为桥梁设计工作者的必备利器，也将是桥梁设计行业效率和效益提升的法宝。

[1] 杨季湘. 桥梁绘图系统的研制和应用[J]，计算机辅助设计与图形学学报，1998，10(3)，280-285

[2] 尤文刚，孔祥勇. 集成化桥梁CAD系统分析[J]，四川建筑，2006，26(3) ，109-111

[3] 冯延力. 从辅助建模到智能设计——BIM设计软件发展的思考[A]， 第十七届全国工程建设计算机应用大会论文集，2014，469-474

韩厚正，长期从事桥梁智能化设计与自动化绘图的技术研究和软件研发，曾主持完成了“桥梁设计师”、“方案设计师”等多款桥梁软件系统的研发。

U45

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1007-6344（2016）03-0017-01

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