浅谈BIM技术在桥梁设计中的应用

张 云

（上海市水利工程设计研究院有限公司，上海市 200061）

0 引言

BIM理念最先于1975年被提出，先后经历了萌芽阶段、产生阶段、发展阶段，目前已在美国、欧洲、日本等发达国家得到广泛的应用[1]。当今BIM是中国建设工程领域最热门的话题之一，住建部印发的《2016-2020年建筑业信息化发展纲要》中多次提及BIM技术，随着政府推广力度的加大，BIM技术正从理论研究逐渐走向工程项目实践。然而国内BIM技术的应用研究相对集中于建筑项目[2]，例如中国国家会展中心等建筑项目的BIM应用均取得了良好的实践效果，而目前BIM技术在其他基础设施领域的研究相对较少[3]，鉴于此，本文通过BIM技术在淤泥河桥中的应用，对BIM应用于桥梁工程进行了探索和实践。

1 工程概况

西平境内河流属淮河流域的洪、汝水系，流域面积在5 km2以上的河流共69条，其中洪河、柳堰河、淤泥河为县内3条主要河流。为确保西平县防汛除涝安全，拟整治引洪河、淤泥河、新建人工湖。为满足道路沟通需要，在淤泥河靠近人工湖处建设淤泥河桥。淤泥河河口宽约120 m，设计河道主槽底宽21 m，设计主槽深3.3 m，设计河底高程为52.8～52.7 m，平台高程为56.0 m，设计堤顶高程58.8～58.7 m。考虑到淤泥河河口较宽，主槽仅为河口的1/5左右，若采用跨越能力大、建筑高度大的桥型，一方面将导致桥面与堤顶的高差过大，衔接困难；另一方面纵横向比例不和谐致景观性较差。综合分析之后，设计采用了梁体简支、桥面连续的简支梁结构。

桥梁上部结构板梁均采用标准先张预应力混凝土结构，为工厂或现场预制，吊装施工后施工铰缝。简支桥梁桥下部结构，桥台采用重力式桥台兼作护岸。台帽高1.269 m，宽0.4 m，背墙厚1.34 m，下设1.5 m厚承台，承台底标高为54.5 m。承台下设双排φ800 mm@3000 mm的C30钢筋混凝土钻孔灌注桩。桥墩采用桩式桥墩。盖梁高1.5m，宽1.8 m，盖梁下设单排φ1 000 mm@3 000 mm的C30钢筋混凝土钻孔灌注桩。桥梁布置方案见表1。

表1 空心板桥梁布置方案

2 模型构建及应用

2.1 三维模型构建

三维模型的建立是使BIM技术与桥梁设计有效结合的前提，由于目前BIM技术在桥梁工程正向设计中的应用经验较少[4]，桥梁三维模型一般先由传统二维图纸转换而成（若有上一阶段的三维设计模型，也可在此基础上深化），再采用BIM技术对模型进行检测及优化，形成最终的三维模型及二维图纸，模型构建及优化的流程见图1。三维模型的构建，可直观展示设计意图，并通过碰撞检查、施工模拟等功能，及时发现设计问题，确保图纸的可实施性，从而减少后期变更，节省工程投资。本工程为五跨简支梁结构，采用MicroStation软件进行三维建模，模型成果见图2。

图1 三维模型构建及优化流程图

图2 淤泥河桥BIM模型

2.2 图纸输出

桥梁三维模型建立后，即可根据模型进行图纸输出。由于目前图纸交付仍以二维图纸为主，故可采用MicroStation软件的切图工具由三维模型直接剖切得到二维图纸，在进行必要的标注与图纸说明后作为交付成果。有别于传统二维绘图，基于BIM模型的二维出图兼顾了出图效率及准确度，能保证图纸与模型具有一致性，极大程度避免二维手工绘图发生的错误，而且可以减轻由于项目变更引起的图纸修改工作量。在图纸表达上，本文尝试以局部三维视图结合传统二维图纸的方式，有助于图纸接收方对图纸内容的快速理解。淤泥河桥桥台出图成果见图3。

图3 淤泥河桥桥台出图示例（单位：mm）

2.3 工程量统计

工程量统计同样是BIM模型的重要应用[5]，快速准确的获得工程量是采用BIM技术的优势之一。MicroStation软件通过family&part的定制，能直接从模型提取工程量，图4为软件生成的淤泥河桥桥台工程量统计数据，根据与传统手工计算的工程量比较，两者完全一致。在计算不规则形体工程量时，采用BIM模型直接提取工程量的方式可大幅提高设计效率。

图4 淤泥河桥桥台工程量统计报表

2.4 三维配筋

钢筋图的绘制是传统二维绘图工作中较为繁琐的部分，采用BIM技术可有效减轻此项工作的负担，以生动形象的三维视角完成桥梁三维配筋，再辅以抽图工具形成符合交付要求的二维图纸，可极大地减轻设计人员的工作负担。图5为采用ReStation对桥台进行配筋后生成的三维配筋体，软件完成对三维实体的配筋后，可自动进行钢筋编号及报表整理，大幅的提高了设计效率。

图5 淤泥河桥桥台三维配筋体模型

3 结语

随着工程项目的复杂程度不断提升、业主对项目要求的不断提高，CAD制图已渐渐不能满足项目不同参与方的需求，BIM技术以其独特的优势正逐渐取代二维制图。本文以河南省西平县淤泥河桥为例，利用Bentley系列软件开展了桥梁三维设计的应用，从桥梁工程三维建模、二维抽图、工程量统计、三维配筋等不同方面进行了尝试，均取得了较好的应用成果，为同类项目的应用提供了参考。