BIM 技术在景观桥梁设计中的应用

张 泽，刘 军

（青岛市市政工程设计研究院有限责任公司，山东 青岛266000）

1 工程概况

柏果树河5号桥位于青岛市西海岸新区柏果树河上游。该工程为万达外景地市政配套项目。桥址西临万达外景地一期、二期工程，东临万达摄影棚，远期人流量大、景观需求高。结合周边地块性质，桥梁方案采用景观桥，与周边建筑相互呼应。景观桥梁节点结构复杂，为确保工程顺利推进，该工程采用BIM技术开展设计工作。图1为桥梁效果图。

图1 桥梁效果图

5号桥梁全长85m，桥宽19.4m，上部结构为三跨现浇预应力混凝土连续箱梁，下部结构为钢筋混凝土桥墩、片石混凝土桥台。1#桥墩处设钢结构环形索塔一座，索塔由内拱、外拱组成，倾角75°，内外拱由翼板连接，索塔单侧设置6根拉索。

2 BIM技术应用

应用BIM技术建立桥梁及附属设施的三维信息模型，进行方案优化设计、可视化展示、施工方案模拟等工作，从而指导设计人员深化设计，为施工阶段提供技术支撑[1-3]。

在该工程中运用BIM技术的优势：

（1）通过BIM模型展示效果，便于各方充分理解设计意图，提高沟通效率。

（2）通过BIM模型碰撞检查及时发现设计缺陷，减少设计成果后期变更。

（3）通过BIM模型工程量统计，对设计结果进行复核，合理把控工程总造价。

采用多个软件协同工作建立模型，将模型导入数据平台整合，查看三维模型及属性，便于分析计算；进行方案比选、漫游、动画制作、施工工序模拟等工作，将BIM模型用途最大化，为后续施工及运维中的BIM应用打下基础。表1为软件应用表。

表1 软件应用表

3 方案优化

方案设计阶段存在跨径布置不合理、基础结构超大超深、重要节点设计缺失等问题，通过BIM模型，对桥跨布置、墩柱形式、拱肋节点等进行优化调整。图2为尺寸优化图。

图2 尺寸优化图

3.1 桥跨布置

原方案桥跨布置采用10.7+11.8+45+17.5=85（m），边跨跨径/中跨跨径=0.39，跨径布置不合理。由文献[4]可知，桥梁的边跨跨径/中跨跨径的比值约为0.5～0.7。

对桥跨进行优化调整后，采用22.5+40+22.5=85（m），减少墩台数量，节省投资。

3.2 墩柱形式

原方案桥台、墩柱及拱肋共6处，数量多且零乱。景观效果差又不利于河道的泄洪，过多的墩台数量导致基础体量较大，使下部结构基坑开挖面积大大增加。综上可知，原方案下部结构造价成本较高。

通过跨径调整尽量减少墩台数量。在拱肋内侧增设牛脚，将上部结构荷载通过支座传至拱脚基础，1#桥墩与拱肋合并，最终优化墩台数量共4处。

3.3 节点优化

原方案缺失钢结构复杂节点设计，结合桥跨布置及墩台形式，对拱肋、牛腿、拱脚等钢结构节点进行BIM建模。通过三维模型指导施工图纸的绘制，对复杂节点进行细部设计。

4 BIM设计过程

4.1 REVIT

运用REVIT对桥梁结构进行分解，建立异形桥梁复杂构件，组成BIM族库，将复杂结构作为参数化族载入到项目中。自建族库不仅能丰富企业现有族库，还有利于后期模型的整合、修改，以及方案比选。图3为桥梁构件图。

图3 桥梁构件图

桥面混凝土箱梁放样轮廓为参数化轮廓，适用于多种混凝土箱梁的轮廓绘制；索塔内外拱由两个半椭圆构成，与桥体呈75°夹角，通过放样融合命令完成外部轮廓的建模；在三维场景下分析拉索摆放位置，从而确定拉索角度，指导耳板建模。图4为参数化轮廓族示意图，图5为放样融合路径图，图6为整合完成示意图。

图4 参数化轮廓族示意图

图5 放样融合路径图

图6 整合完成示意图

4.2 RHINO

利用RHINO进行碰撞检查，由于REVIT钢筋配置没有钢束这一项，先在已有模型中配置钢筋，再导入RHINO建立预应力波纹管，通过观察对钢筋钢束进行碰撞检查。钢束建成能够直观反映出问题，及时调整，减少后期设计变更。较传统设计能更直观地分析设计中存在的问题，RHINO模型也可再导入REVIT中实现模型交互。图7为钢筋钢束碰撞检查示意图。

图7 钢筋钢束碰撞检查示意图

4.3 MIDAS

利用MIDAS进行内力计算，在满足设计方案合理的同时，在受力分析上进行设计方案调整。通过三维模型对拉索进行观察并结合MIDAS分析耳板三向受力情况，保证桥梁结构的稳定性和安全性。图8为耳板受力分析图。

图8 耳板受力分析图

4.4 NAVISWORKS

将BIM模型导入NAVISWORKS中进行模拟施工工序，模拟各时段桥梁构建的拼装过程。利用真实效果第三人漫游，展现人眼视角中人与桥梁的碰撞问题。图9为栏杆与钢拱碰撞示意图。

在Animator下制作动画，按照实际工序模拟施工过程，最终导出动画，指导施工。检查时间、空间是否协调，及早发现错误，避免因失误而造成的巨大代价。

4.5 LUMION

图9 栏杆与钢拱碰撞示意图

添加周边环境及特效，从多角度直观分析桥梁多种涂装展示效果；利用视频动画全面、清晰地展示多种亮化设计方案。通过对桥梁不同材质赋予和夜景灯光配合，多方案比选出最适宜的桥梁设计方案。最终方案选用纯白色钢拱、七彩灯光效果，造型简约时尚、符合周边设施配套。LUMION的动态漫游效果即时性好，大大提高了漫游质量，节约了时间成本。图10为夜景示意图。

图10 夜景示意图

5 结语

在市政配套景观桥梁的设计中，人流量大、景观需求高的区域应着重景观效果的展现，运用BIM技术能够提高对桥梁细部设计的研究，从而展现最优整体效果。

在该工程中，运用BIM技术包括以下几个方面：

（1）实现了多软件全过程协同设计，创建了异形景观桥梁BIM构件族库。

（2）利用BIM设计完成碰撞检查，最大程度地优化、完善方案。

（3）通过BIM技术对设计方案进行多角度地展示汇报，便于领导决策。

（4）对于异形钢结构复杂节点进行三维展示，能够直观准确指导现场施工。