BIM技术在桥梁工程设计阶段的应用

董士杰

DONG Shi-jie

(上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司)

(Shanghai Municipal Engineering Design Institute (Group) Co.,Ltd.)

1 项目概况

工程为上海市某高速公路桥梁段，工程路线全长约4.6km。工程包含全线设互通立交1处；设置菱形立交1处。立交以北至主线收费站为高速公路入城段，规划红线宽度为60m，建设规模为双向6车道。该段按照80km/h城市快速路标准设计，不设置硬路肩。其中，立交采用高架桥梁形式，高架桥梁下预留实施地面辅路的条件。

借助该公路的项目平台，在BIM技术与设计、施工结合的广度和深度上作更进一步的探索，利用BIM技术真正解决工程技术存在的问题，其最终目的是利用BIM技术提高项目生产效率。

2 工程案例中BIM应用分析

2.1 桥梁预制结构建模

一跨三片小箱梁作为一个整体产品，采用参数化建模，包括各片小箱梁横坡、纵坡、梁端与道路中线斜交角度、边梁挑臂对处于小半径段内凹外凸都可以通过参数进行调节。

本阶段对双边箱及整体断面组合梁进行了建模，同时也对适用于小箱梁及组合梁上的两种栏杆进行建模。

桥梁工程各部分建模完毕并检查无误后，进行桥梁整体模型组装，组装后进一步检查并完善桥梁整体模型，确保模型的正确无误。

通过桥梁工程的整体模型组装，可以更直观的快速发现设计过程中的不合理。

2.2 工程量计算与分析

2.2.1 工程量计算规则

本次桥梁工程BIM的工程量计算规则参考《市政工程工程量计算规范（GB50857-2013）》，桥梁工程工程量计算各部分按照相应的模型尺寸。组合梁钢结构部分工程量计算规则为按设计图示尺寸以质量计算。不扣除孔眼的质量，焊条、铆钉、螺栓等不另增加质量。BIM模型是对真实工程的模拟，模型中根据设计图纸已扣除入孔，检查孔等孔眼，实际需要的交付工程量不扣除孔眼，因此BIM模型中所得钢结构重量应略小于设计图纸计算工程量。

图1 桥梁整体模型组装

根据计划进度，本次BIM项目选取NW匝道进行工程算量的应用。NW匝道上部结构包含小箱梁、双边箱组合梁及单箱组合梁；下部结构包含倒T盖梁、小箱梁与组合梁交接墩、组合梁与组合梁交接墩及平头盖梁。以下章节将结构分为上下部进行工程算量的展示。

2.2.2 工程量计算

1）混凝土部分

上部结构混凝土部分即小箱梁结构，可细分为预制和现浇部分，预制部分即小箱梁梁体，现浇部分为湿接缝及横隔板。根据四跨小箱梁12片梁梁长统计，BIM模型与CAD图纸最大梁长差值仅为3mm，BIM具有较高精度；根据四跨小箱梁12片梁的梁体积统计，BIM模型中预制小箱梁体积略大于CAD。经过比较模型发现，CAD图纸按平坡放样，而BIM模型根据道路提供纵坡和横坡等要素进行精确放样，在非平坡情况下梁体倾斜，控制挑臂两侧水平投影长度与CAD上划板图一致，实际横坡方向梁体更宽，BIM模型体积略大于CAD实属正常。根据小箱梁结构现浇部段体积统计对比，湿接缝两者体积差值不大，横隔板处CAD图体积略小于BIM模型，BIM模拟施工建立模型，通过梁体高差调整这一跨小箱梁的横坡，横隔板体积略大于CAD也是正常的。BIM模型内提取的体积更贴近实际，具有更高的可靠性。

2）钢结构部分

根据NW匝道Pnw9～Pnw12三跨组合梁钢结构1:1仿真模型，BIM应用选取这一联对钢结构工程算量进行探索。摘取BIM钢结构模型内对应板件数量（BIM建模扣除板件孔眼，在对比时将扣除孔眼手动计入从BIM模型中提取工程量，使CAD施工图与BIM模型对比条件相同）进行对比，经核查发现CAD图上有5处板件数量上的错误，经修改后CAD图纸与BIM模型钢结构数量表相差仅为0.66%，这主要由于本联组合梁位于曲线段，CAD图纸钢结构数量表按道路中心线展开尺寸计算，而BIM模型按曲线1：1建模，更接近施工模型，其模型所提取数量表更准。

钢结构模型具有板件规格多，板件数量多的特点，人工手算难免会在板件长度、数量统计上出现错误，最终造成数量较真实量有较大误差，给整个工程造成浪费。BIM模型建模所建即所得，建立模型的同时即可获得各板件数量，建模精度高，数量准确，较CAD图人工手算有较大优势。

3）下部结构工程算量算例

根据对，下部结构工程量在盖梁体积对比中有所差距，在承台及立柱对比中CAD和BIM模型均是相同的。这是由于承台及立柱外形规整，特别是承台，由于外形一致，两模型不会存在计算时基本不会存在误差。另外，只要BIM模型立柱控制标高准确，立柱高度依据标高即可获得，其数量应与CAD图纸上一致。下部结构数量有较明显差距出现在盖梁处，这是由于BIM模型中准确模拟了支座垫石，而CAD图纸上并未计入垫石混凝土的量，因此BIM模型数量较CAD图有所增加。另外由于BIM模型考虑道路纵横坡等要素，因此同型号各盖梁间的工程量也略微有所差异，BIM模型与CAD图纸差别＜1.12%。

3 结语

随着BIM技术的发展，BIM技术在工程设计中的应用已经比较成熟[1]。本次桥梁工程设计阶段的BIM技术应用通过建模及模型提取的工程量进行分析，可以得出以下结果：

①BIM模型的建立和分析可以更高效的发现桥梁工程设计中存在的问题，调整和修正设计方案也更快捷；

②相较于CAD人工手算工程量，BIM软件在工程算量方面具有明显优势。BIM通过建立模型后可以准确快速计算并提取工程量，提高设计的精度和效率。

[1]潘永杰,赵欣欣,刘晓光,魏乾坤,芦永强.基于BIM的大跨度桥梁PHM系统关键技术研究与应用[J].铁道建筑,2018(1): 5-9+19.