基于BIM技术的桥梁工程设计的应用

陈 交

(兰州交通大学，甘肃 兰州 730070)



基于BIM技术的桥梁工程设计的应用

陈 交

(兰州交通大学，甘肃 兰州 730070)

通过建立BIM数字化模型，选取BIM核心建模软件Autodesk Revit建立全桥各个构件族库，利用建立完的族库建立了完整的全桥信息化模型，在族库的应用以及全桥模型建立和应用过程中完成了项目的设计检查、工程量计算、生成二维施工图以及施工模拟等工作，指出BIM技术的应用，减少了返工现象、提高了施工效率，实现了桥梁工程的信息化管理。

BIM技术，Revit族库，桥梁设计

0 引言

近些年来，随着经济的发展,大型桥和特大桥项目越来越多，如中国杭州湾大桥、湖南矮寨大桥等。由于桥梁结构形式复杂，受力分析要求高等多种原因，这就要求桥梁设计与施工需要更高的要求，使用传统的方式很难办到或者成本很高，而BIM技术能够很好地解决这些问题。目前，桥梁结构除了在计算方面采用三维分析计算模型进行分析，在整体与构件设计方面仍然以二维设计的方式为主。由于桥梁工程自身复杂性的特点，如果仅依靠传统的二维图纸很难检测或发现设计中存在的冲突问题，这些设计问题通常只有在施工阶段才能发现，从而影响施工进度与成本，也将影响施工安全。因此，在桥梁工程设计中保证桥梁的可造性和施工方案的可行性很重要。

建筑信息模型(Building Information Modeling)作为一种实现建设项目的物理功能特性的数字描述和管理的新型技术，是以三维数字化技术为基础，集成了建设工程项目各种相关信息的工程数据模型。它的目标是为建设项目的设计和施工提供有效的支持，为项目的各参与方提供一个协同工作与交流的平台[1],从而减少设计与施工返工，提高了项目工程质量，并缩短了建设工期和减少了建造成本。

本文是基于杨家坝中桥，对BIM技术在杨家坝中桥设计中的应用方法以及桥梁工程族库的建立方法进行研究，选取BIM的核心建模软件Revit Structure建立杨家坝桥各个构件族库，利用建立完的族库逐步建立完整桥梁的信息化模型。在族的应用和全桥模型建立和应用的过程中，研究BIM技术在桥梁工程中减少设计与施工返工，提高工程质量，并节约工程建造与工期等方面的应用。

1 模型建立

1.1 族库的建立

Autodesk Revit[2]是BIM[3]核心建模软件之一，Autodesk Revit针对构件提供族的功能[4]，族是组成项目的构件，同时是参数信息的载体，开发了一个面向对象的桥梁工程BIM建模系统[5]。Autodesk Revit系列软件中族的概念就是参数化构件，使用者可以自行创建构件族。虽然Autodesk Revit具有强大的族编辑功能，但由于桥梁结构复杂性的特点，现阶段的桥梁族库还没有建立起来，然而因其具有开放的接口，可以通过外部导入的方式进行完善。

族库的特点是可以通过已建好的参数化样板族直接建模，只需调整族的参数即可，这样就可以缩短建模的时间。将已建的构件族保存到族库，以后遇到类似的构件族就只需更改相应的参数，从而极大地减少了重复性工作。

1.1.1 基础族的创建

杨家坝中的基础采用柱基础，根据二维图纸，利用Autodesk Revit软件，通过调用Revit自带的结构基础族样板文件，建立基础族库，输入基础的各个参数，在平面及立面视图下检查基础模型是否正确，得到的基础模型三维视图如图1～图3所示。

1.1.2 墩台族的创建

由于桥址处烈阳公路及公路旁河沟与本线法线斜交约30°，为避免压缩河道的泄洪断面，减少本线施工对公路的干扰，承台桥墩顺渠道斜置，扭转角度30°。在Autodesk Revit中通过拉伸及融合功能建立墩台族，其效果如图4，图5所示。

1.1.3 主梁族的创建

杨家坝中桥采用等高度钢筋混凝土钢构连续梁，在建模过程中要注意梁体定位准确性，要注意梁体截面纵坡的处理，其效果如图6所示。

1.2 全桥模型

各个构件族建立完成后，利用建立完的族库在Revit Structure中建立一个结构的项目文件，然后将建立好的族库载入到建立的结构项目文件中，调整好各个构件的位置，得到全桥的信息化模型。

根据实际的地质地形条件，分别将建立好的地形、基础、墩台梁体等族库载入到项目文件中，调整好各个构件在项目文件中的位置即可建立模型，如图7所示。

2 二维图纸的自动导出

传统的CAD二维施工图纸如果有一处改动，整套图纸都需要人工改动，这样不仅极大的浪费时间、降低工作效率，而且很容易遗漏需要修改的工作，采用BIM技术生成的二维图形最大的优点就是能够达到实时更新的效果。如果修改图形中任何一处，相应的二维图形都会实时更新，自动修改，无需像传统的CAD二维图形一样，需要对各个图形进行一一修改，这样极大地减少了修改的时间，提高了工作效率。在桥梁工程中，由于其自身的复杂性，一旦需要修改，在传统的CAD二维图形修改中就很容易遗漏需要修改的工作。

在传统的CAD二维施工图绘制中，不仅平面图、立面图、剖面图都必须一一手工绘制，而且还要绘制相应的详图，工作量很大。由于桥梁工程细部构造比较多，这部分的图纸比较容易出现错误和遗漏，这样不仅会严重影响图纸的质量，甚至会影响到施工，出现返工或设计变更，给项目增加不必要的工期和费用。

在BIM技术中使用Autodesk Revit系列软件，在三维模型建立完成后，其平面、立面、剖面、细部详图等都能根据工程需要自动生成,与传统的CAD二维绘图技术相比较，这就更加体现了BIM技术的优势。这样三维模型不仅能满足复杂多变的空间需求，还能自动生成二维图纸。而且能够快速、准确的生成细部构造图，并能够方便的显示其在整个模型或图纸中的位置，比较复杂的、用平面或平面图难以让施工人员理解的构件，可以采用BIM技术以三维的形式呈现给施工单位。以下是由Autodesk Revit Structure建立的三维模型导出二维的DWG格式的图纸，如图8所示。

3 自动统计工程量

基于BIM技术的桥梁工程的所有信息都可以存储在模型数据库中，这些数据可以被计算机直接读取，并且可以有效的对构件进行工程量分析，减少了因重复人工操作带来的错误，同时实现工程量随设计变更实时输出真实有效的工程量数据。

Revit的BIM模型是应用关系数据库来创建的三维数据模型，

Revit的数据信息模型是一个庞大的数据集合，包含了不同的构件图元，有模型图元，视图图元，注释符号图元，各种图元之间存在着相互关联关系，如图9所示。目前我们可以通过Revit提供的API访问Revit文件，也可以获得Revit的实体信息，Revit还提供了一种ODBC数据库接口，通过这个接口我们可以获得所有Revit实体信息。

通过BIM获得工程量统计可以估算工程成本，从而进行方案对比，选择。同时这些工程量可以直接用于施工前的工程量预算和施工结束后的工程量结算。

4 协同设计

协同设计能有效的提高设计者之间的交流和协作以避免设计冲突，“协同”是BIM技术的核心方法，是实现BIM技术提升工程项目全生命周期及各个阶段质量和效率的重要保障手段。采用Cloud-BIM协同设计平台[6,7]，将工程中不同参与方集成到同一个平台之上，充分利用BIM信息化模型，避免多次重复建模，实现高效化设计。

虽然桥梁工程在设计阶段涉及的专业相对建筑专业涉及的比较少，但是由于桥梁结构的复杂性，协同设计工作在桥梁设计阶段也尤为重要。

5 结语

BIM技术可以为桥梁工程的设计提供有效支持，BIM技术在设计阶段作为辅助设计工具能在大多环节中发挥其优势，随着BIM技术的不断应用，其使用价值会不断的体现出来。虽然，目前BIM技术有在桥梁设计阶段软件平台针对性不强，BIM软件与传统桥梁计算分析衔接不顺，以及构件模块较少、参数化驱动较弱等等问题，这些都需要建模软件逐渐完善和积累经验才能解决。但BIM技术实现的桥梁全生命周期管理的信息化平台，解决各阶段、不同专业之间的信息集成和共享的理念值得进行深入的研究。

[1] 李红学,郭红领,高 岩,等.基于BIM的桥梁工程设计与施工优化研究[J].工程管理学报,2012,26(6):48-52.

[2] 靳铭宇.浅析Autodesk Revit在中国的发展及局限性[J].建筑设计研究,2008(1):83-84.

[3] 何清华,钱丽丽,段运峰,等.BIM在国内外应用的现状及障碍研究[J].工程管理学报,2012(1)：12-16.

[4] 黄亚斌,徐 钦.Autodesk Revit族详解[M].北京:水利水电出版社,2013:11-34.

[5] 宋春福，陈 兴.BIM技术在大跨度斜拉桥设计中的应用[J].沈阳建筑大学学报，2016,32(1):115-123.

[6] 陈 杰. 基于云BIM的建设工程协同设计与施工协同机制[D].北京:清华大学，2014.

[7] 陈 杰，武电坤,任剑波，等.基于Cloud-BIM的建设工程协同设计研究[J].工程管理学报，2014，28(5):27-31.

Application study on BIM technology in bridge design stage

Chen Jiao

(LanzhouJiaotongUniversity,Lanzhou730070,China)

Through the establishment of BIM digital model, Autodesk Revit as the kernel modeling software of BIM is used to build the family library of the constructional element of bridge. Then the complete model of bridge is built using the family library. These work including design checking, project quantity counting, 2D design drawing and construction process simulation is accomplished by using the family library and the model of bridge.

BIM technology, Revit family library, bridge designing

1009-6825(2016)31-0186-03

2016-08-21

陈 交(1992- )，男，在读硕士

U442.5

A