基于BIM 城市桥梁工程设计与施工优化研究

孙艳

（江苏中设集团股份有限公司，江苏 无锡 214000）

网络以及通信技术的发达使得越来越多的高新技术出现在人们的视野，高新技术的出现使得各个领域都开始出现了翻天覆地的变化。其中BIM 技术就是众多新兴技术中的一种，目前BIM 技术已经被广泛应用到了建筑领域，并且也取得了很好的效果。城市桥梁作为建筑领域的一项基本建筑工程，也将BIM 技术充分的结合到了桥梁的施工与设计过程当中。

1 BIM 的含义

BIM 的中文全称是建筑信息模型，是利用计算机技术和网络技术来为整个建筑领域提供服务的管理理念。BIM 从准确意义上来说并不是一种技术或者是一种模型，它其实是一种可以进行实际应用的管理理念，该种管理理念将设计、管理等因素统一的包含在内，对各个因素之间进行协调，最终设计最科学合理的方案。

2 实际工程项目中的BIM 技术运用

在无锡地区，近年来BIM 发展及运用一直位于全国领先位置，对于城市快速路、快速通道、主干道这类的项目均进行全线建模分析。目前常用的BIM 模型标准有Revit、Civil3D、CAD。

在无锡快速路工程中，建模分析了全线工程的图纸设计合理性，其中高架桥的承台标高设置，高架桥全桥工程量核查工作，隧道施工工序的合理性都通过模拟建模得到校核、修正并优化。

图1

另外，在设计中得到充分运用的南通某城市段航道整治工程中，城市桥梁设计作为项目试点，进行了系统的全生命周期的BIM 运用。

以该项目一座变截面预应力混凝土悬浇连续箱梁建模为例。本桥共建立混凝土组合段箱梁模板4 种、立柱模板5种、承台模板3 种、桥台模板1 种、护栏模板1 种。BIM 模型共包含5 联混凝土组合箱梁等宽段、1 联变高悬浇梁、立柱（不含桥台）68 根、承台12 个、桩基150 余根，以及全线防撞护栏、桥面铺装及支座系统。

图2 总体模型

图3 主桥组合箱梁模型

在前期设计过程中，全桥纵向结构计算共设置节点126个，单元117 个，边界条件数量8 个，模拟施工阶段状况41个。根据计算模拟，本桥按照全预应力结构构件各阶段各效应组合下应力、抗力验算均满足规范要求。

图4

a.正截面抗弯承载能力验算：

图5

b.斜截面抗剪承载能力验算：

图6

c. 持久状态下正截面混凝土法向拉、压应力验算σkc＋σpt= 15.69MPa ≤0.5fck= 16.20MPa ，σcp= 15.71MPa ≤0.6fck= 19.44MPa，均满足规范要求。

另外，桥梁横向端横梁计算中，采用midas 2019 进行PSC 构件计算分析。取悬浇梁中支点截面，建立工字型截面分析计算模型。模型共计15 个节点，14 个单元。

图7

将纵向计算端支点处的纵向支点力，按照横向支座恒载均匀分布纵向力，活载按横向分布偏载最不利车道分布支座力，对端横梁构件加载计算。通过计算，端横梁在各阶段各效应组合下应力、抗力验算均满足规范要求。

图8 正截面抗弯承载能力验算结果

图9 斜截面混凝土的主压应力验算结果

σcp= 6.57MPa≤0.6fck= 19.44MPa，满足规范要求。

按照传统设计方式，结构纵向计算，横向计算均满足规范要求，结构钢束布置及有效预应力均达到规范要求。很难核查出纵向与横向之间发生的钢筋、钢束之间的碰撞干扰问题，这个问题也成为预应力结构设计引起设计变更的一个常见问题。往往都是在施工中钢束波纹管放样过程中才能发现纵横向钢束或钢筋发生干扰的问题。一旦发生这样的问题，施工已进入钢束放样阶段，设计调整余地很小，钢束索形很难进行空间避让，经常不得不进行重新布置钢束或者割断钢筋等措施，很难保证施工精度和设计的精准性，影响结构受力性能和使用寿命。

本项目通过BIM 建模在“错、漏、碰”核查过程中，主要就钢筋、预应力钢束碰撞进行核查，横梁位置纵横向钢束与钢筋骨架间碰撞核查；结合倾斜摄影技术及测量资料，新老桥下部碰撞核查以及征拆调查复核；结合物探资料，新桥与现状管线碰撞核查。避免设计中空间问题，大大提高设计正确性、设计精度准度，也提高了设计人员的工作效率。

图10 端横梁纵横向钢束碰撞

利用倾斜摄影技术建立实景三维模型，精度为3cm 级别,为设计方案提供真实的可视化三维环境，提升设计质量。

图11 本项目桥位处成果展示

3 应用BIM 的城市桥梁工程的设计优化研究

3.1 提升初步设计方案的科学性

BIM 在设计领域的应用很好的弥补了传统设计方式的不足，不仅使得测量的数据变的更加准确，其自动收集以及分析数据的作用还节省了时间、金钱以及人力的耗费，提升了设计过程的工作效率。

3.2 提升技术以及施工设计方案的科学性

在设计过程中应用BIM 可以及时掌握人们的需求信息，使得城市桥梁的设计更加贴合客户的需求，避免了反复更改设计方案的情况出现。在设计过程中应用BIM 还可以减少实际施工过程中意外情况的发生，这是因为在进行城市桥梁设计的过程中可以通过BIM 对桥梁的施工过程进行动画模拟，及时的发现实际施工时可能出现的问题，并提前采取预备措施，防止意外情况在实际施工过程中出现。并且，建筑单位还可以根据模拟建筑动画及时的发现实际施工与设计方案中的不符合之处，及时的修改施工方案，使得施工方案更加贴合实际。

运用BIM 技术对施工图设计进行校核，完善施工单位对设计文件的理解，有效的减少了因“错、漏、碰”导致的设计变更和工程浪费。

4 应用BIM 的城市桥梁工程的施工优化研究

将BIM 应用到施工过程中有利于实现施工工序、施工进度以及施工管理的优化。首先施工单位可以通过BIM 将施工方案和施工场地的实际情况进行相结合，进而制定出符合实际情况的施工工序。并且可通过BIM 对整个施工过程进行实时监控。其次，通过BIM 对施工进度进行合理的把控，通过BIM 对施工过程进行科学有效的管理，通过BIM 来降低施工过程的管理难度，通过BIM 对施工人员进行合理的任务范围分配，并且在施工过程中可以及时的调动施工人员从事具体的工作，从而实现对施工人员的高效管理，降低在施工过程中出现问题的可能性。

结束语

根据以上的阐述可以发现，设计和施工环节是城市桥梁建设过程中的重要环节，在BIM 出现之前，这两个环节一直采用的都是传统的方式，因此桥梁的质量和外观都没有得到质地上的提升。自从BIM 开始应用到城市桥梁设计的环节中，桥梁质量开始有了明显的提升。本文对BIM 桥梁设计以及施工环节的优化作用进行了详细的分析和讨论，希望得出的结果可以为城市交通建设领域提供宝贵的经验，促进该领域发展空间的进一步延伸和拓展。