基于SolidWorks的桥梁BIM技术研究

张兴凌

（盐城市交通规划设计院有限公司，江苏盐城 224001）

0 引言

社会经济与科技的发展带动了我国各地的建设步伐，这不仅改善了人们的生活，提高了生活品质，还为交通行业的发展带来了全新的动力与挑战。其中BIM 技术的发展将会为交通行业注入新的动力，能否将BIM 技术落实到行业内各个环节是重中之重，其中设计环节更是首当其冲。

1 BIM 定义

《美国国家建筑信息模型标准（第三版）》（National Building Information Model Standard，简称NBIMS）对BIM 进行了相对全面、系统的定义，BIM 是指借助先进的数字技术开展工程项目的设计、施工与运营等工作，这些工作的成果会构成一个丰富、多维的项目信息模型，简称BIM 模型。参考以上定义，认为BIM 技术所倡导的理念并非完全新兴的事物，现阶段的工业产品制造行业，正在使用类似的技术理念。利用AutoCAD、CATIA、Rino 等软件进行产品三维设计的普及率已经相当高；在生产过程中借助这些软件设计的三维模型，无需二维图纸就可借助CNC 加工（数字化控制精密机械加工）或3D 打印技术生产出来。更重要的是，参数化设计、信息平台、三维展示以及力学分析等技术在设计、制造、运维等环节的应用早已相当成熟。

早在20世纪70年代，法国达索公司的三维设计软件就被应用到阵风战斗机设计中。在我国，一汽集团、成飞集团等企业也很早就使用了平台化设计制造技术，芯片行业的数字化技术也十分先进。由此可见，单从概念上来说，可以尝试将BIM 技术的推广，理解成将工业领域先进、成熟的数字技术合理迁移到土木工程行业中。

2 基于SolidWorks 的桥梁设计BIM实例

第一，SolidWorks 是法国达索系统（Dassault Systemes）研发的产品，是世界上第一个基于Windows 开发的三维CAD 系统，其为设计、工程、制造和产品数据管理等各个领域提供了全产品生命周期系统。

第二，331 省道是江苏省规划东西横向线路的“横十”，线路名称为丹宝明线，路线起点位于国道228，终点为苏皖界，规划里程267km。结合位于331 省道盐城段护龙河上的桥梁项目，对BIM 技术的应用进行研究。该桥梁跨径20m，斜10，上部结构是预应力混凝土空心板梁，下部结构是薄壁桥台，桥台两侧采用扶壁式挡土墙。采用SolidWorks 软件进行设计，通过拉伸、切除、阵列等工具进行真实尺寸建模，图1为SolidWorks 软件在该工程项目中的建模结果。

图1 参数化建模效果

3 基于SolidWorks 桥梁设计的效果

3.1 全过程可视化

传统的设计多以二维图纸为主，通常用三视图的画法来表达构件之间的关系，这需要业主、设计、施工、监理等工作人员具备足够的经验和良好的空间想象力，而在一些复杂情况下，尤其是涉及异形钢筋结构，传统方法很难完全表达出设计意图。而基于SolidWorks 的BIM 技术，可以很好解决这些问题。软件可通过所获取的设计信息自动生成交互式3D 视觉效果，根据需要配合VR、AR 技术，所呈现出的效果会更写实、更明确。SolidWorks 软件还具备钢筋碰撞检测功能，可避免一些不全面、不合理的设计疏忽，工程相关人员可以随时360°查看设计模型，尤其是在观察复杂工程及其周边环境的协调程度时，这更能体现3D 可视化功能的优势。

3.2 参数化

参数化设计是BIM 技术的一个重要特点，设计人员建立的每一个子项模型都是由具体的参数来驱动，下一个子项模型的参数建立在上一个关联子模型的基础上，若干个子模型通过参数定义相对位置关系形成总模型，无论是总模型还是子模型，BIM 技术都可以记录相关信息，进而形成完整的BIM 模型，为后续运维管理提供可靠依据。要修改设计中的某一项数据时，只需要修改相关参数，其各个关联子项以及整体BIM 模型都会随时完成重建，所涉及的二维图纸均会自动同步修改。如该项目中，挡土墙0.15m 的钢筋间距如果想调整为0.2m，只需双击数字修改为0.2m，则所有相关模型、图纸、表格、工程数量都会自动同步修改（见图2）。可以做到完成一种桥型即可得到这类桥型不同跨径、不同角度、不同宽度的桥梁设计方案。参数化设计的特点可以为桥梁设计人员节约时间，让设计人员将大部分精力放在思考设计上，而非重复改图，这也正是参数化的魅力体现之一。

图2 钢筋参数化修改

3.3 建模力学分析一体化

使用BIM 技术开展桥梁设计工作，除了能将设计效果更形象、完整地呈现出来外，还能对模型数据进行科学处理，在此背景下，设计人员设计的方案也会更加简洁、清晰。基于SolidWorks 软件的BIM 分析技术的优势十分明显，Solidworks 具备线性和非线性静态分析以及线性动态分析功能，其功能类似于ANSYS、ABAQUS、Midas。不同的是，SolidWorks 创建的模型无需转换，可以直接进行力学分析（见图3）。它的力学分析较传统的独立式桥梁计算软件效果更好，正朝着“建模—力学分析—配筋—绘图”一体化的方向前进。

图3 力学分析示意图

3.4 协作

BIM 的另一个好处是协作，要想确保工程项目顺利开展，各相关单位需要很好地协作。在BIM 技术的支持下，能更好地融合业主与设计单位的设计建议，随之可制定高效、可行且能满足多方要求的设计计划，再不断优化、整合计划内容，能促进工程项目各方的高效协作。再者是动态仿真，模型仿真只是一部分，BIM 技术还可以基于想象状态下对无法直接反映的工作动态进行模仿。基于SolidWorks 软件或其他同类BIM 软件，不但能将用户设计的可行性较强的想法模仿出来，还能基于模仿落实到实践，从而帮助设计人员选出最适宜的工程施工方案。在开展桥梁工程施工的过程中，借助BIM 技术，能对工程的各个组成部分进行有机整合，还能合理汇总，也能科学计算各施工环节的工作量，这不仅能为工程管理工作提供更精准、真实的数据参考，还能全面提高施工质量与效率。同时，监理人员可以根据BIM 模型所提供的信息核查工程与设计的匹配度，并直观地提出整改意见。业主、设计、施工、监理、咨询等单位可通过BIM信息模型进行高效协作。

4 BIM 技术应用于桥梁设计存在的问题

相较于工业制造行业，土木行业的施工周期长、工程量大、容易受到外界环境的影响，且使用的施工材料、机械、设备较为复杂，这也导致制造行业所用的技术手段在土木行业中推广时受到了一定的限制。因此，很多单位还在使用传统的设计方法，这一点在桥梁工程设计工作中尤为明显。究其原因，主要是桥梁类型相对固定、板梁构件高度标准化、传统的图纸资料比较丰富等倒成了双刃剑，所以想要在交通建设行业全面推广BIM 技术还需要时间与技术成熟的双重沉淀。

4.1 软件专业化程度有待提高

通常情况下，BIM 技术是基于计算机技术运用的，其间需要使用相应的计算机软件。然而，适用于BIM 技术的专业软件有很多，但大部分软件是引进国外的，所以其适用性还有待提高。而且很多BIM 计算机软件都是建筑或机械工程相关的，而建筑、机械工程的设计工作和桥梁设计工作存在一些差异，使得目前国内缺乏专门服务于桥梁设计工作的BIM 计算机软件。

4.2 技术人才数量有限

在桥梁设计工作中，BIM 技术具备很多优势，而要想将此技术的作用全面发挥，就需有专业技术人才的支持。设计人员不仅要具备较强的工程设计理论知识，还要熟悉计算机技术，并能灵活运用BIM 计算机软件，这样才能构建出精准的工程模型，也能及时发现设计中存在的问题，高效、全面地发挥出BIM 技术的作用便。但当前，尽管工程设计人员掌握专业的设计知识，但还有部分设计人员未认识到BIM 技术的重要性，对BIM 技术的掌握程度及软件操作能力也有待提高，这也是BIM 技术在桥梁工程中的应用与发展受阻的原因之一。

4.3 设计习惯问题

由于各家设计院都有不成文的图面习惯，因此软件导出来的图纸还需要进行手动调整，大规模的手动调整就会不可避免地陷入“走老路”的尴尬，不符合使用BIM 技术的初衷。另外，在钢筋混凝土结构设计方面还存在一些不够智能的情况，这是现阶段桥梁BIM技术的通病，实践证明，SolidWorks 软件也不例外。这些设计阶段“最后一公里”的问题亟待行业各方联合推动解决。

5 BIM 技术在桥梁工程中的应用展望

在前期设计工作中，应用BIM 技术能有效解决二维图纸信息不全面、不精准等问题，还可为设计工作与信息交流提供可视化平台，这样也能全面加速项目设计方案的落实。此外，在后续开展施工建设时使用BIM 技术，能系统模拟桥梁施工存在的问题，可大幅度提升工程项目的施工安全性。由此可见，BIM 技术在道路桥梁工程设计工作中发挥着十分重要的作用。

5.1 前期设计的可行性

道路桥梁工程施工建设涉及很多方面，也需要很多专业人员参与，只有在各单位、部门达成共识后，工程才能顺利开展。针使用BIM 技术设计的方案可基于数字化、信息化构建相应的三维模型，施工单位可使用此模型全面展示工程桥梁的设计效果。若一些设计方案无法从表面看出问题，就无法断定是否能正常施工建设，在这一过程中，施工单位可运用BIM 技术模拟设计方案，随着BIM 数据的精确与细化，方案中存在的问题能直观呈现出来，便于对设计方案进行调整、优化，进而全面提升方案的可行性。

5.2 BIM 数据平台化

实际工作过程中，要科学汇总、整理图纸资料，将其整合成一套完善的图纸信息并作为建模的依据。构建完模型后，BIM 软件可给出碰撞报告以及专业设计问题的汇总，通过实现模型的漫游，设计人员与施工人员能全面预览平面设计图在三维实体阶段的预期效果。此外，借助BIM 模型也能进行各设计专业的信息共享，推进设计平台化“总—分”模式。以Solid-Works 软件目前提供的平台技术为例，可由桥梁负责人在软件平台上完成桥梁模块的总体架构，并在平台上分配任务，负责不同部位的桥梁设计人员完成属于自己的分项。针对已经构建的模型也能落实工程量统计、设计文档归档等操作。同时，业主、施工、监理、咨询等技术人员可以随时通过平台看到项目进度，并及时提出建议。桥梁负责人总结各环节的问题报告，结合具体问题采取有效措施进行处理，再不断优化、改进设计方案，这样也能全面发挥BIM 技术的作用，设计工作也能更加高效、稳定。将工程相关的图纸、文档、模拟视频关联到模型中，设计施工人员便可通过模型直接打开文档查询相关信息。

6 结语

通过以SolidWorks 软件为载体完成桥梁BIM 设计的实践操作，证明BIM 技术在桥梁设计中有非常广阔的应用前景。合理使用BIM 技术开展桥梁工程的设计工作，借助信息技术构建三维可视化模型，不但可以提高设计效率，而且能够优化设计成果，甚至能实现全数字化、平台化的建设流程。如果能够攻克相关技术难题，再经过一定的时间积累，相信BIM 技术将会使我国的桥梁建设水平更上一层楼。