装配式市政桥梁设计管理中BIM技术的应用探讨

李维华

【摘要】在市政桥梁的设计中，根据工程的详细数据、所有信息以及装配式结构中各类构件的连接等，运用BIM技术建立三维立体模型，不但可以通过其可视化和数据模型功能进行设计的调整和优化，而且能够将其运用到整体的设计管理中，保证装配式桥梁设计的质量和水平，提高结构的安全性和稳定性，还有运用于预制配件的组装和设计，可以大幅度提高工作效率和质量。本文将分析BIM技术在装配式市政桥梁设计中的优势，并研究在设计管理中的具体运用方法。

【关键词】装配式;市政桥梁;设计管理;BIM技术;具体运用

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

在现代化的建筑工程设计和施工活动中，大多都会运用BIM技术来建立对应的模型，为施工活动的开展提供科学依据，它不仅仅是对设计进行调整和优化，还能够对整体的施工过程，投资、设计、质量、成本、安全、施工以及竣工等内容，实现全方位的管控，结合其模型的建立、数据分析和处理技术以及计算机的运用保证整体的施工活动，能够依据相关的合同和文件，正常有序地进行，从而提高管理水平和施工质量，这对于建设单位来说具有重要的意义。所以要明确该技术的真正价值，针对存在的问题，要注意选择专业型人才，运用BIM技术的强大功能，保障工程符合当前建筑的基本要求。

1、BIM技术在装配式桥梁设计管理中的运用优势

1.1 有利于提高装配式设计效率和质量

主要是和以往的二维平面设计相比较而言，运用BIM技术可以根据实际需要，针对不同的部位和结构内容，利用立体化展现出来，并利用其三维立体数据模型，建立对应的数据和几何关系，当其中一项数据发生改变时，其他的会随着改变，因而灵活性较强。运用BIM技术反对装配式桥梁进行设计，不但效率快，而且质量高。

1.2 可以有效地实现装配式预制构件的优化设计

在预制构件中，为了有效地节省成本，会使用集成化的模具进行预制件的组装，而在该式样的结构中大多都是平移关系，因而可以利用BIM技术，进行多个方式的组合和拼装，以明确实际预制构件安装中存在的问题，并通过立体化模型，结合组合和拼装方法提高设计的科学性。

1.3 保证设计参数的准确和科学性

主要表现在两个方面：一是在设计过程中，运用BIM技术，可以对操作的数据进行实时动态保存，并结合数据筛选和处理技术，将有价值的数据，保存到对应的系统库中，通过记录的信息，可以明确实际造价成本和工艺参数，为后续的竣工结算提供方便。二是运用相关的软件，对于装配式桥梁所有相关的设计参数，运用相关的公式和计算方法，进行系统自动计算，从而提高计算效率[1]。

1.4 确保整体设计工作管理的规范化进行

主要是运用BIM技术的协同和可视化功能，将设计、施工、机电安装等工作有效结合在一起，将各种不同的信息和数据整合后，并建立对应的数据关系，结合各个数据库、组合、单个模型的建立，进行数据的集中处理，通过统一的处理平台进行数据分析和研究，从而实现共享。还有在施工过程中，将有关不同的构件数量、规格以及机电信息输入系统时，就会利用其庞大专业的数据库系统，对浇筑和安装工艺进行三维立体化呈现，还可以结合设计布置提高管理效益和水平。

2、BIM技术在市政桥梁设计管理中的具体运用

2.1 明确设计中的难点和问题

在市政工程中，装配式桥梁工程的设计正式开始之前，要对交通、地下管线、排水管道以及工程所有相关的信息进行收集，并对地质和地理环境等进行检测，因而具体的设计内容较多且复杂，所以要根据装配式桥梁设计的标准流程，结合工程量和投资成本进行设计，然后利用BIM技术针对结构安装和连接等操作，进行碰撞检测，以保证工艺和参数设计的准确。尤其是装配结构中的异形构件，更要在获取准确参数的基础上进行优化设计。

2.2 BIM各种数据模型的建立和平台的搭建

主要包含两个方面：设计协同和工程管理平台的建立，利用BIM技术中的各项软件建立专业的数据库和模型，包括支梁三维立体模型的建立，并通过该技术进行模型的组装，在桥梁上、下结构的设计中，对相关的参数设计、结构布置以及在上结构的拼装设计中，都运用对应的软件和三维模型来进行设计。然后结合整体的工程设计内容，建立信息化协同管理平台[2]。

2.3 流程设计

（1）建立BIM技术运用项目小组，对设计单位提供的设计方案和图纸，进行模型建立和分析，针对不同工艺和结构设计情况，根据实际的内容和要求进行研究，明确设计中存在的问题。

（2）进行装配式桥梁设计的碰撞检测，根据具体的设计和相关模型的建立，将规格模型进行不同方式的组合运用，开展碰撞检测工作，然后依据检测结果，进行设计的调整和优化。

2.4 设计阶段的协同优化

在设计时，设计单位要加强和各个工程参与单位的沟通和交流，根据多方的意见和工程设计标准进行综合设计。

2.4.1 BIM技术的三维立体模型的建立

主要是运用可视化特点，向施工单位和业主展现工程设计方案和施工管理模型，并对其中的工艺、工程质量、设计进度以及安全等进行流程设计，然后结合碰撞检测，对地下管线和桩基等进行安全检测，保证各个结构的安全性。

2.4.2 4D施工模型建立

主要是将建立的三维模型，结合时间曲线变化，实现动态展示，从而明确各个施工阶段的详细情况，有利于提高管理效率。

2.5 质量管理

在设计过程中的质量管理，对于设计整体水平和項目开展有着最主要的影响，而在质量管理中，主要是针对设计方案是否能够满足国家对装配式桥梁规定、工程建设、使用功能以及方案的可行性问题，依据相关的工作管理流程来进行，利用BIM技术的3D、4D、5D模型的建立，对各项设计内容，通过模型来展示，并对装配式预制构件的安装和连接，进行数据模型分析和研究，根据不同的规格、型号的构件的安装和连接部位，运用对应的连接、组合和固定工艺进行科学化施工，确保各个构件设计参数正确[3]。

2.6 设计进度

主要是对设计工作开展的实际情况进行监督和管理，运用BIM技术的信息共享和协同设计建立进度管理平台，将工程资料、二维平面设计以及数据模型信息等，可以提高协同设计的工作效率，并将设计工作的开展、对设计图纸和方案和审核工作进行一个平台管理，还可以利用参数设计，对具体的工艺操作进行数据模拟，提高设计建模速度，比如在现浇箱梁截面模型的建立，根据数据群进行批量式的建模，而且在模型建立时，相关的配筋设计可以协同完成[4]。

2.7 成本管理

对于工程建设来说，投资成本的管理和控制是整体工作中的重点，而在相关的设计管理中，主要通过造价成本控制来实现。造价成本主要包含两个方面的内容：工程量统计和预算。在成本管理中，主要是运用5D效果，在原有的施工管理模型的基础上添加成本管理内容，通过模型的建立和相关有效信息的收集，进行工程量的自动统计，还有在设计工作中，相关的设计人员会根据工作的开展将工程所有数据都输入到系统中，然后运用系统计算软件进行处理，并进行数据的对比，明确其中存在的差异，但要注意的是在设计工作中，不仅仅要根据对应标准进行优化，还要结合具体的投资成本和质量要求进行限额设计，综合成本管理，进行设计的调整[5]。

3、装配式市政桥梁设计要点分析

3.1 混凝土梁

根据国家相关规定，对梁体结构的承重能力和极限状态进行科学验算，并运用预应力结构进行设计，然后对节段拼装梁要根据预制构件来进行，预制梁和空心板可以使用混凝土强度为C50的材料进行，而箱梁和T梁要使用强度为C40的混凝土材料，在新旧混凝土的连接部分，要进行凹凸处理使得形成粗糙面。

（1）在空心板的设计中，可以利用后张法进行，并确保底板的宽度和厚度都在规定的范围内，在单个空心板的一端要设置支座，还有在侧面绞缝处理中，可以采用深缝构造，在纵向钢筋位置要设置隔离板，桥墩的钢筋长度要大于一千毫米，并进行对称伸缩缝中心設置。

（2）预应力混凝土箱梁。在箱梁设计中，主要有两种结构：先简支后桥面连续和先简支后结构连续。前者主要是在单个箱梁中进行单个支座的建立，而后者是在结构体系转化后，在相邻的箱梁中进行支座的设计，在结构负弯矩部分，要将钢束锚固在翼缘下的齿块上。

（3）节段拼装。主要可以分为标准、过渡以及墩顶节段三种形式，在进行预制的过程中，要根据实际的工程情况，或者运用BIM技术进行模拟，选择合适的方法处理，并确保箱梁、结构负载力以及底板的厚度能够满足承重要求，还有在接缝处理中，如果采用的是湿缝处理，要保证节段的预留宽度在六十毫米以上，使用细石混凝土材料进行填充。而运用胶缝处理时，使用环氧树脂材料要保证厚度均匀，并进行挤压和固化[6]。

3.2 钢混组合式梁体结构

3.2.1钢板梁

可以选用双主梁或者多个主梁形式，间距大小要根据梁体结构的跨度和宽度来确定。在进行节段连接时，上翼缘可以使用对接焊缝处理，而下翼缘可以运用焊接或者强度较高的螺栓进行连接，焊缝要使用T形。

3.2.2槽型

主要有单箱单室、双室、多室三种形式，在梁支点的断面部分，要在跨中处设置横向隔离，可以运用桁架和实腹式隔离。在运用闭口加劲时，要确保间距设置合理。

3.2.3桥面板

其具体的厚度要大于一百八十毫米，如果主梁间距较大，可以设置承托结构，当承托的高度高于八十毫米时，要在底部进行横向钢筋的布置，对于纵向接缝的处理，可以使用环形钢筋来进行，湿接缝和预制板外延的横向钢筋要采取绑扎处理。

3.2.4连接件

主要是在钢混形式的结构中，使用连接件，可以运用焊钉或者开孔版来进行连接处理。焊钉可以运用均匀或者集中布置形式来进行，开孔板的厚度不能小于十二毫米，要注意的是在型钢中的连接件的间距设置，最大不能超过500毫米。

3.3 下部结构设计

有关预制构件的设计，要确保能够满足内力的传递作用，还要方便安装。在预制构件的连接设计中，要根据具体的结构、强度以及拼装等来进行处理，比如灌浆套筒主要运用于桥台和桥墩的竖向连接中。

3.3.1盖梁

对于预制梁来说，可以使用高强度的混凝土材料进行，在进行节段预制拼装的过程中，相关的拼接面要运用剪力结构形式，并进行预应力构架的设计。盖梁与墩柱进行连接时，可以进行灌浆金属波纹管和后张预应力的连接，对于预应力啊连接要将锚固结构设置在墩桩上，并将张拉端放于梁结构上部。在进行阶段连接设计时，可以运用湿接头处理方法进行，对纵向上的钢筋进行焊接和错开布置处理，并且要避开构架的负载力较大的截面。

3.3.2墩柱

预制结构可以使用性能较好的混凝土，并且强度要大于规定的等级，尤其是在塑性结构范围内要进行加筋处理。在节段拼装预应力结构连接处理中，可以使用黏结性力筋进行，将锚固设置在承台，张拉端在墩顶，并用波纹管进行连接和密封处理。

3.3.3承台

该结构的预制连接与墩柱和桩基的设计方法差不多，在进行承台和桩基的连接中，运用承插和插槽方法进行。在墩柱和桩基的连接中，运用灌浆套管进行设计，承压桩结构在使用插槽连接时，要先将预制桩放入到合适的高度，在钢筋材料放到承台中时，其长度不能低于规定数值，而且要满足抗震设计要求，还有在锚固钢筋和面板进行双面焊接设计时，要确保焊缝的长度不得小于锚固筋体结构直径大小的五倍。在进行穿插连接设计时，将实心的桩体插入长度不得低于锚固筋长度，如果对其有着明确的抗震要求设计，要进行长度的增加。此外对于承台的预留孔洞的处理，要在填筑工艺进行前进行清理，然后使用稍微碰撞式的混凝土材料进行填充。

结语：

综上所述，在装配式市政桥梁的设计中，要根据相应的规范和要求，选用合适的结构组合形式，确保结构连接稳固和安全，并根据具体的桥梁结构，进行预制构件的安装，运用BIM技术对整体的设计，进行全过程动态化管理，在设计工作中，运用可视化立体模型和协同化平台的建立，提高建模效率和质量，并结合设计质量、进度、成本等管理，保证设计的科学和准确，为施工活动的开展打下坚实的基础。

参考文献：

[1]周群，黄莹，荣浩，等.基于BIM技术的装配式市政桥梁设计管理研究[J].西部交通科技，2019，No.143（06）：110-115.

[2]陈文宝，魏志松，张航，等.BIM技术在装配式桥梁工程中的应用[J].北京交通大学学报，2019，43（04）.

[3]王吉文，夏枫.BIM技术在桥梁设计中的应用研究[J].城市道桥与防洪，2017，000（010）：78-80.

[4]陈峦.BIM技术在装配式建筑设计中的应用探讨[J].建材与装饰，2018，000（012）：80-81.

[5]徐文，杨万里.BIM技术在装配式桥梁工程中的作用研究与探讨[J].工程建设与设计，2020.

[6]刘洋.装配式建筑结构设计中BIM技术的应用研究[J].工程建设与设计，2020（19）.