基于BIM平台的桥梁工程设计与应用

陈亮

摘 要： 近年来，BIM技术在桥梁建设行业已经有了初步的应用。通过BIM技术引入设计阶段，能够为建设、施工单位带来精细化管理的改变。这些改变不仅提高了生产效率，也必将带来桥梁工程生产模式的新变革。文章将对BIM技术在桥梁工程设计中的应用进行探究，以供借鉴。

关键词： BIM技术;桥梁工程;设计;应用

【中图分类号】U442.5 【文献标识码】A 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.34.076

1 桥梁工程设计的特点

1.1 结构设计相对复杂

桥梁建设工程项目中的结构构件相对较多，且结构相对复杂，特别是很多构建连接点，从而导致桥梁工程设计需要考虑的因素也较多，否则，就会出现各种设计问题，比如，连接件错误。传统的二维设计图纸主要依靠设计人员进行图纸校对，但因检测方法的局限性，导致很多设计问题难以及时发现，对于后续施工造成较大的硬性，质量返工及工期滞后等现象频繁发生。即便对于已经发现的设计问题，因二维设计技术的局限性也造成图纸修改的效率及准确性不高。

1.2 施工环境相对复杂

和其他建筑工程相比，桥梁工程的施工环境相对比复杂，常常都面临着诸如跨河、跨山谷甚至跨海等情况，为保证桥梁工程项目的顺利推进和施工安全，必须在工程设计阶段针对实际环境制定相应的施工方案和具体措施。然而，不同的桥梁工程其施工环境也截然不同，虽然可以借鉴相似环境的设计经验，但同样难以保证施工设计方案可行有效，对于施工过程的顺利进行以及生产进度、质量、安全及成本等方面都有较大的影响。

2 基于BIM技术的桥梁工程设计优势

（1）将模型可视化，有助于结构设计的方案在项目设计团队之间更充分、高效地交流，讨论并决策，保证了设计的质量以及设计的时效性。

（2）BIM软件通过将桥梁设计中的标准、思想、原则等抽象化参数进行描述，自动适应了关联约束关系和装配关系之间的关系，保证桥梁的自动化、先进化的要求。

（3）BIM软件让桥梁工程的设计资料可以共享，相同模型的核心数据能够共同享用于桥梁结构的设计方案、评估安全、设计技术和设计施工图，避开了不同工作需要建立不用模型的麻烦，使各种数据得到统一。

（4）参数驱动、关联度高的桥梁模型可以高度匹配桥梁在设计过程中，多个校审有可能带来的方案设计的频繁变动，使效率得以保障。

（5）BIM当前可以做到自动化绘图，不仅可以出图桥梁结构的3D模型，以此可以用于方案评选、展示、模拟仿真等，还能出一些适合工程交付的二维图纸，很大程度上减小了手工出图出现误差的尴尬，效率成倍提高。

（6）统一的BIM模型，同时还可以实现桥梁设计关键指标的分析与统计和复核审核等功能。

3 桥梁工程项目的建模方案

3.1 桥梁模型的总体设计

CATIA不但具备系统定义的参数，同时还拥有用户定义的参数。设计者可经过不同方式很容易地自定义各种参数和公式，如负载、约束等，或者用户定义的参数和公式。其中，就用户定义公式而言，其是在联系系统参数与CATIA中用户参数之间建立的。在定义用户参数后，设计人员可对相应的特征参数设置相应公式的三维模型，这样有助于通过用户参数驱动系统参数，进而控制图的实际大小。例如，通过该方案，利用CAD软件很容易解决桥梁设计中难以搭建斜交30°T梁的问题。为确定模型建模的正确基础，须通过真实的桥梁结构准确对接坐标，以保证模型信息和施工现场数据的准确性。

此外，也可利用CAD软件的三维曲面建模功能，实现曲线外缘的边缘梁宽度随边缘线的变化而变化。可见按上述设计原则而进行的模型搭建，不仅能提升模型的精准度，也能使用户通过直接查询模型坐标来指导施工。

3.2 组件设计

桥梁工程中的主要构件一般包括主梁、连接构件、支撑、基础、连接节点、桥面板及辅助设备等。虽然CATIA软件具有装配功能，但用现有的装配功能定位桥梁构件之间的相对位置关系是非常不方便的。为定位桥梁构件之间的相对位置关系，首先需确定桥梁线路和空间控制点的控制信息，其次利用参考信息进行建模，最后直接将整个结构组合起来。在建模项目中，通过对组件相似结构特征的分析，将部件预先嵌入这些组件中，然后通过提取相关的装配信息，在装配过程中使用相同类型的组件时，就能利用创建模板进行超级复制，并选择instantiation命令创建相同类型的其他组件，以实现装配关系的双重定义，从而既保证了建模精准度，也进一步提高了建模效率。

4 BIM技术在桥梁设计阶段的应用

4.1 施工模拟

利用BIM技术建立起桥梁几何模型以及施工过程模型后，可以采取BIM技术中的施工模拟模块，对施工方案进行实时、交互和逼真的模拟，进而对已有的施工方案进行验证、优化以及完善，在施工模拟中能够预知到实际施工可能出现的问题，进而提前做好预防措施，避免以及减少返工和资源浪费现象，优化施工方案，整个过程先是通过BIM建模，然后组建虚拟施工环境，设定运动关系以及运动顺序，执行定义好的程序进行施工模拟，模拟结束后给出相应的模拟结果分析，如果满足要求则转入综合分析，判断施工方案是否最优，若是则确定为最优方案，若不是，则选用其他方案重新进行运动关系和运动顺序的设定，再次执行模拟，若结果不满足要求，则调整参数或调整方案，重复上述步骤，循環模拟，直至找到最优施工方案。

4.2 可视化技术交底

在进行技术交底时，BIM技术的作用再一次得到了体现。在过去，方案设计人员同工程建设者进行技术交底时，仅是通过语言或图纸对一个想象中的桥梁进行描述，一旦描述语言或理解方面有了偏差，则难免会给工程的顺利实施带来困难，这也是行业内普遍出现的问题。但是，在进行技术交底沟通时，合理地运用BIM技术，可以对施工过程中的关键环节或其他施工复杂点进行模拟，使干燥的语言变为生动的模型体现，更加直观和易于了解，并在施工过程中把需要注意的地方做出标识，整个施工过程一目了然。除此以外，还可以通过BIM技术建立相应的信息库，将施工关键点和关键的施工方法都详细录入，作为日后进行公路桥梁方案设计时的对比库。

5 结语

综上所述，桥梁工程有多种设计建设方案。根据不同的地形和施工环境，可以运用不同的施工方案进行合理的施工，而BIM技术可以很好地在多种方案中进行科学的比对，选出最佳方案，并对施工人员进行可视化交底。可见，在桥梁建设方面，BIM的作用不可忽视。

参考文献

[1] 李增江.基于BIM技术的桥梁工程建模方法研究[J].建筑技术开发，2020，47（17）：107-108.

[2] 陈元曦.BIM技术在桥梁工程中应用研究[J].绿色科技，2020，（16）：208-209.

[3] 闫振业.BIM技术在桥梁工程设计阶段的应用探讨[J].中国设备工程，2020，（14）：236-237.