BIM技术在大跨度斜拉桥设计中的应用

吴淑忠，刘三元

（中交二公局上海远通路桥工程有限公司，上海 201315）

随着信息化技术的广泛应用，建筑行业信息化改革也提上了日程，尤其是建筑信息模型技术的应用为实现建筑行业信息化发展夯实了基础，将其优势与建筑行业工程实施特征完美结合，推动了BIM技术的良好发展。另外，建筑行业整体发展规模的壮大及科学技术的良好应用，提高了工程实施的建设质量及水平，对房屋建筑、道路及桥梁建筑都产生了相对积极的影响，尤其在桥梁结构多样化、工程复杂性不断提高的当下，BIM技术的合理应用对于提高桥梁建筑工程的质量更是意义重大。

1 斜拉桥梁的特色优势

随着科学技术的不断发展，桥梁的结构外观在不断更新变革，其中由塔、梁、索等组成的斜拉结构桥梁，不仅造型美观、跨越性强，自锚式结构比悬索桥刚度更强，还能完美发挥混凝土的抗压特性及钢材的抗拉能力，充分满足大跨度河流桥梁的建设需求。由于斜拉桥对成桥线型、拉索位置及索力等也作出了高要求，确保斜拉桥结构是高次超静定结构，稳固性也有所保障，因此也使得斜拉桥梁逐渐发展为当代最受欢迎的桥型之一[1]。

2 斜拉桥设计施工中存在的问题

随着斜拉桥的优势不断被彰显，强跨越能力及材料性能的充分发挥，都在推动斜拉桥的快速发展，同时也在实际施工建造过程中暴露出了许多问题。首先，在进行斜拉桥设计时，既要保障斜拉桥的结构平稳牢固，又要满足其自身与周边环境的相对关系，仅仅依赖传统的二维图纸进行设计绘制是远远不够的。其次，在施工过程中，斜拉桥涉及悬臂施工，极易造成斜拉桥的位移，也会影响结构内部作用力位置，相对降低桥梁的稳固性。最后，斜拉桥的施工难度大，工序复杂，建设、设计、施工等多方协调配合困难，若无法开展合理高效的施工管理，会给斜拉桥建设施工埋下安全隐患。合理应用BIM技术就能很好地解决上述问题，有效提高斜拉桥设计施工中存在的问题，保障斜拉桥的建设质量安全。

3 BIM技术及相关软件简介

BIM技术是将计算机技术、信息技术和网络技术融合利用并借助相关BIM软件，实现建筑模型的信息化和数字化的科学技术，其核心内容便是三维建模软件，当前较为成熟的BIM技术软件有Autodesk公司旗下Revit、Navisworks系列软件、Bentley公司旗下Power-Civil、Navigator系列软件和达索公司旗下的CATIA系列软件等，能够有效针对房建、道路桥梁和钢结构建立三维立体模型。BIM技术不仅能将二维图纸转换为三维立体模型，还能为设计、施工及运营管理等提供有效指导，是全面提升建筑行业水平的重要技术手段[2]。

4 BIM技术在斜拉桥中应用的优势

由于斜拉桥结构复杂，跨度大，施工环境苛刻，因此对工程技术人员来说保障施工安全及施工标准是非常困难的，对建设单位进行管理也是巨大的挑战。然而，将BIM技术应用到斜拉桥建设施工中，能够对整体项目进行三维模型模拟，将施工场地布置情况、施工开展情况以及施工进度等进行模拟，帮助施工人员更好地了解斜拉桥建设施工全过程，在保障施工安全和施工标准的同时，加快施工进度，切实提高斜拉桥建设施工质量。近年来，BIM技术已逐渐应用于三维设计和图纸输出中，这极大提高了设计效率，减少了设计难度及失误率，并在一定程度上节约了人力资源，降低了设计成本。

5 大跨度斜拉桥设计中BIM技术应用方法

BIM技术在斜拉桥梁设计中的应用不仅能够将斜拉桥的信息化模型导出变成对应的二维施工设计图纸，还可以直接生成三维图纸，实现图纸的自我修复，将错误的地方修正，有效提高设计质量，控制施工进度及施工质量。另外，BIM技术在斜拉桥梁设计中的应用还能对以往不合理设计方法造成的原材料浪费问题进行改善，切实提高原材料的利用率，降低大跨度斜拉桥的施工成本。因此，相关人员应不断改善和优化大跨度斜拉桥设计中的BIM技术应用优势，提高其应用效果，保障大跨度斜拉桥的建设质量。

5.1 合理选择技术软件

当前市场上较成熟的BIM技术软件有很多，其中Autodesk公司旗下的Revit系列软件以及Bentley公司旗下的PowerCivil、Navigator系列软件应用较为广泛，两者各具优势。前者具有独立的应用平台，操作便捷性高，但由第三方创建的文件形式无法实现与其他平台的交互，不能满足模型转换设计需求，存在一定弊端；后者虽然功能强大且设计范围也广，但因为操作性太强，所以对软件使用不熟练的人员来说不太友好。由此可见，软件优劣各半，设计人员对Bentley公司旗下的Power-Civil、Navigator系列软件掌握不熟练时，应当优先选用Revit系列软件，保障设计工作的正常开展[3]。

5.2 优化全桥模型建立方法

在选用合适的BIM技术软件之后，需要进行大跨度斜拉桥的设计建模。首先，设计人员需要将斜拉桥相关部件构件的族库建立完成，并归纳于结构项目样板文件中，再不断进行位置调整，保证模型变化的真实合理。其次，当斜拉桥的二维或三维模型建立完成后，设计人员应进行科学分析，对大跨度斜拉桥的地质地形条件及周边环境进行调整优化，再将完成的地层、索塔、基础、主梁以及斜拉索等族库也归纳于同一项目文件中，保障项目族库的完整性[4]。完整的项目族库可以为设计人员后期项目族库的建立提供便捷，并且设计人员可以直接进行参数等内容的调整，建立相同的项目族库也能帮助进行施工建造成本控制。同时，这种共享族库资源的行为，不仅能够提高设计施工的便捷性，还能为后期桥梁建设施工提供指导意见，是提高桥梁建设发展水平的重要途径之一，设计人员应不断进行全桥模型建立方法优化，为BIM技术的良好应用奠定基础，推动桥梁建设施工可持续发展。

5.3 应用实例

文章以三亚海棠湾河心岛景观斜拉桥工程设计中应用BIM技术的情况为例，简要阐述设计过程中BIM技术发挥的重要作用。设计人员在建立斜拉桥的各部件结构族库时，如支撑墩族库，首先，借助Revit软件平台，优先建立一个空心截面，并通过适当拉伸将其调整为实际构件高度；然后，再将尺寸、标高、材料等墩台相关信息输入到空白截面中，填充墩柱内容；最后，再将倒角的细部结构处理一下，就可以完成支撑墩的族库模型。以此类推，对于其他构件的族库建立也要按照这样的顺序开展[5]。

当然，钢索塔族库还要注重分部建模，由于梭子形钢塔形状特殊，内部空间狭小，背索极不对称，导致锚固区构造极其复杂，运用BIM建模软件可创建参数化锚固区构造模型，参数化调节三维模型，合理布置索塔前锚固构造空间位置。通过BIM技术来创建索塔BIM模型，避免了前索锚筒横与横隔板之间的碰撞；解决了塔端后锚箱与塔侧壁板复杂的连接问题，实现一次成型，减少设计模型的重复更改。软件内部提供的结构柱样板文件会携带一些初始参数，设计人员应结合实际斜拉桥梁参数调整变化。由于斜拉桥梁的索塔结构复杂，不仅要具备美观度，还要分担桥梁承载荷载，因此在进行设计建模时，必须控制好索塔锚固端的截面变化以及锚固端模型，确保斜拉索的拉力能均匀传递，不会因超出拉索承受范围而导致拉索出现故障影响桥梁使用性能。

另外，设计人员还需要注重在斜拉桥梁的关键位置设计锚固端，由于主梁索同一对索的两个角度不同，加上前锚箱三面塔壁都为曲面，难以通过常规方式定位，且两对索之间距离狭小，前锚筒与横隔板间距很小，导致锚箱各板不规则。运用BIM技术参数化定出拉索起点，定出垂度偏移角度。根据拉索起点，设计出受力背板400mm×400mm，并确定支撑加劲板尺寸和锚箱上下受力夹板尺寸。对于特殊锚箱，将横隔板作为受力夹板承受内力。需要在模型内详细标注，尤其是索塔的拉索结构与塔柱相交处等结构连接处，需调整好锚筒模型，确保锚筒形状大小，并在软件内标注清晰空心功能，保障后期桥梁维护保养通道，避免维修人员因无作业平台而无法开展维修养护工作，降低桥梁的使用性能和安全度，缩短桥梁使用寿命。

6 结束语

综上所述，随着时代不断发展，各种信息技术应运而生，只有良好地掌握并应用先进技术紧跟时代的发展，才能帮助企业行业实现绿色可持续发展的目标，在大跨度斜拉桥设计中应用BIM技术正是如此。其不仅能有效降低大跨度斜拉桥设计难度，还能降低造价成本，提高设计工作效率。BIM技术在大跨度斜拉桥设计中的应用，不仅能有效构建三维立体图纸，还能改善二维图纸无法展现桥梁各部件实际面貌的问题，为设计人员提供真实构件组成情况，帮助设计人员更好地完善设计，进一步提高大跨度斜拉桥梁的设计质量，同时为后期施工建设提供参考依据，帮助有效控制建设进度和质量安全，为更好地推动BIM技术应用及建筑行业发展奠定良好基础。