道桥设计中BIM技术应用与分析

刘玲

（华昕设计集团有限公司安徽分公司， 安徽 合肥 230051）

BIM技术能够有效提高道桥工程施工质量， 并提升设计效率， 减少设计失误， 设计过程三维立体，具体化、 可视化， 被广泛应用在道桥设计中， 并发挥着至关重要的作用。 而对BIM技术条件下道桥设计进行研究分析， 则能为加强BIM技术在道桥设计中应用提供依据， 为促进道桥建设发展提供便利。

1 BIM技术概述

BIM技术是在计算机辅助设计（CAD） 等技术基础上发展起来的多维模型信息集成技术， 是对建筑工程物理特征和功能特性信息的数字化承载和可视化表达。 即建筑信息化模型技术， 主要采用三位数字建模技术， 对建筑物体构建可视化3D数字模型， 然后围绕建筑主体结构及道桥主要节点进行三维动态设计及仿真模拟[1]。 BIM可以让道桥工程在模块化、 可视化以及系统化下达成预期设计目标。尤其是在国家大力提倡智慧型城市这一背景下， 需要不断对道桥的设计与施工理念进行创新， 让道桥设计向着信息化发展， 而BIM技术则正好满足这一需求。

我院于2013 年末即安排人员培训学习BIM 技术， 并在后期运用到项目设计中， 从初期的鸿业路立得、 管立得到如今的广联达路易、 管立得， 迄今已将近10 年。

在实际应用中， BIM技术可以在三维模型中把主项与分项工程的技术参数、 设计周期以及进度安排等信息相结合。 并且将BIM应用到道桥设计中后，设计人员可以将BIM技术与CAD软件融合在一起，然后对道桥工程进行绘图， 使道桥工程的设计细节变得更加精细， 最大程度上提高道桥工程质量， 尽量避免设计疏漏， 防止安全事故发生。

BIM技术在道桥设计时， 设计人员对BIM三维模型中的各要素进行明确分析， 同时对各要素进行实体测绘， 在测绘完成后将各要素融入系统当中，最后对各要素分别进行建模并将其整合在一起， 形成一个完整的模型系统。 通常情况下在道桥设计中BIM三维模型各要素主要为： 地形地貌、 道路、 桥梁、 上跨、 下穿、 隧道、 路桥附属物以及地面模型等。

2 BIM技术在道桥设计中的应用特点

2.1 较高可视化性与模拟性

BIM技术通过相关组件信息， 形成交互式3D效果， 来实现可视化这一目标。 在工程管理中， 可视化技术的应用效果极其可观， 在道桥设计中发挥着关键作用[2]。

由于BIM技术具有可视化性与模拟性的特点，故将BIM技术应用到道桥设计当中， 能够很好的将设计人员的设计理念充分展示， 将各构件之间的关联明确显示。 可以在前期的方案汇报中将虚化的道桥通过BIM切实展示， 让领导专家们一目了然， 既增强汇报效果， 又提高后续道桥设计中涉及细节问题的处理， 提高设计效率与质量。 另外BIM技术还拥有极高的数字化与智能化特征， 可以根据道桥项目的各要素构建数字化模型， 提升道桥设计水平，如图1 所示。

图1 BIM技术中项目三维立体图

2.2 拥有良好的协调性

由于道桥项目的建设单位、 设计单位等单位间之间相互独立， 增加彼此间的联系， 是确保道桥项目能够有序进行的基础与前提。 但实际中， 各项目参与主体存在差异， 要求设计人员在道桥项目设计时必须要结合多方意见， 根据具体情况优化设计方案， 确保设计质量。 由于BIM技术拥有良好的协调性， 在运用BIM设计后， 设计人员便可以借助BIM技术对整个道桥施工过程进行模型分析与整合， 并对工程项目中可能存在的问题进行合理预估， 如此便能够有效协调各部门的意见， 使项目能够顺利进行。

2.3 利用BIM技术对市政道桥设计进行优化

BIM技术应用在道桥设计当中， 可以有效提高道桥施工效率， 保障施工质量， 确保道桥工程符合相关标准。 对部分施工难度较高的项目， 设计人员在设计时， 往往需要借助众多专业化设备来开展相关工作， 但这样会存在很大的缺陷。 若在这个过程中设计人员加强BIM技术的应用， 便可以利用BIM技术对道桥设计进行优化， 以弥补二维设计中的缺陷。

3 道桥设计中BIM技术的应用优势

3.1 多元模拟优化和多参数驱动

运用BIM技术所搭建的模型不光是视觉上的搭建， 还包括对搭建功能、 时间与性能的模拟以及对搭建图形的模拟。 因此设计人员将BIM技术应用到道桥设计中， 可借助BIM技术来搭建相应的模型，从而对道桥施工过程中可能遇到的问题提前预测，并制定相应的对策， 有效加强对道桥施工过程的管控， 保证施工质量， 防止安全事故的发生。 若在道桥施工过程中遇到安全问题， 通过此方式， 相关人员能够第一时间发现， 然后采取相应措施予以补救，使工程能够顺利进行。 此外， 设计人员利用BIM技术搭建的模型对复杂问题进行分析， 并科学、 合理优化设计方案， 为后续的道桥施工打下坚实的基础，保障项目质量。 在BIM模型当中， 技术元素与图片都不是独立的， 各参数间彼此联系， 设计人员对方案进行修改时， 与其关联之处会自动调整， 以此来满足工程要求， 能够有效提高设计效率， 提升设计品质。

3.2 提升道桥的整体工作效率

设计人员在对道桥进行设计时， 会受到各种因素的影响， 使得道桥设计方案存在缺陷， 难以保证后续的施工效率与施工质量。 所以必须要加强BIM技术的应用， 并科学、 合理地利用BIM技术的特点与作用， 对整个道桥项目的施工过程进行模拟， 并对施工期间可能遇到的问题进行研究分析， 然后提前做好应急预案， 确保施工过程有序进行。 同时将BIM技术应用到道桥设计中， 还能够对项目的设备使用与人员物资分配情况进行合理分析， 细化各环节的资金成本等， 借助立体模型掌握道桥工程的施工进度及工程量完成情况， 通过这种方式， 可以最大程度上提高工程施工效率， 强化施工管理， 保证施工安全， 促进工程发展进步。 另外BIM技术的应用， 项目管理人员通过互联网可了解项目施工期间的具体信息， 当施工中出现突发意外时， BIM技术便能够第一时间把事故的具体情况向管理人员进行反馈， 使管理人员能够及时采取措施进行应对， 以此来保障项目施工质量， 让施工能够顺利进行。

3.3 地下管线综合设计3D运用

设计人员在对地下管线进行设计时， 设计人员在道路管线设计前， 做好数据信息采集与分析工作，然后根据分析结果对管线走向进行科学规划， 有序合理地选择管径及管材， 为后续管道加工作业提供数据支持， 明确每根管子、 每个井所在的道路板块位置和高程， 确保符合管线要求， 保障工程质量。同时， 设计人员可以借助BIM技术对地下管线的分布情况开展3D模拟并构建模型， 使整个施工方案能够清楚展现在人们面前， 还可以提前确认管道上所预留的孔洞是否合理， 并对所有管线进行碰撞检测，然后对检测结果进行研究分析， 确保管位等符合相关标准。 BIM管线基本涵盖了市政管线设计的全部内容， 从地形处理到道路绘制， 从平面设计到纵断面设计， 从给水、 污水、 雨水设计到各类管线综合调整， 从管网平差计算到污水雨水计算， 与工程实际理念相通， 与上下游专业数据完全互通， 高效协作。 有很强的实用性。

3.4 道桥项目施工中BIM的应用

3D可视化-4D时间-5D成本的特征是BIM技术显著的应用优势， 合理利用这些特征能够便于工程项目的施工过程中各个环节的精细化管理[3]。 设计人员在对道桥项目进行设计时， 科学、 合理利用BIM技术进行立体模型搭建， 可以将成本预算以及施工进度等数据信息整合在一起， 并将施工安全管理、 施工合同以及设计图纸相结合， 从而准确模拟出工程施工过程， 然后利用技术手段对其进行监控，从而计算出项目的施工进度与物资使用情况， 进而达成对项目施工的实时控制。

除此之外， BIM技术可以帮助设计人员对各类数据进行研究分析， 如此不仅能够有效节约施工周期， 还可以降低道桥施工成本， 提高工程效率， 促进道桥工程稳定有序的发展。

4 以我院与交规院联合体中标的楚都大道道桥设计为例

4.1 工程概况

楚都大道长5.4km， 城市主干道， 设计速度60km/h。道路自寿县瓦埠路交口东140m起坡， 上跨滨湖大道、与寿县保庄圩大堤平交， 跨东淝河、 施家湖， 与唐山镇保障圩平交、 下穿合淮阜高速公路， 终点接S102 省道与夏郢孜路交口。 全线路堤约890m， 桥梁约4555m， 其中跨寿县滨湖大道上跨桥长175m， 东淝河大桥西引桥2590m， 东淝河大桥长320m（85 +150 +85 连续刚构主桥）， 东淝河大桥东引桥1470m， 引桥采用标准跨径35m的等高度简支变连续小箱梁结构。

整个道路涉及上跨下穿， 要确保设计的合理性，保障设计质量， 设计人员在对道桥设计时首先准确了解工程项目的设计需求， 通过原地形地貌建模，设计与楚都大道相交道路的上跨、 下穿三维模型，并根据项目的实际情况对设计方案进行优化比选，最后选择通过BIM技术对道路工程进行设计分析汇报。 但该项目推进到初设阶段， 最终因用地性质问题暂时搁浅。

4.2 BIM技术在道桥设计方面的具体应用

将BIM技术应用在道桥设计中， 可以让道桥的设计方案更科学、 合理。 结合项目具体情况， 有针对性地进行道桥设计， 来保证道桥设计质量， 确保项目工程符合相关标准， 使项目工程顺利进行。

4.2.1 BIM技术在工程设计数据支持中的应用

BIM技术能够通过技术和数据两方面的支持来更好地提高道桥设计科学合理， 能够更加切合现实的施工情况[4]。 道桥BIM设计中， 设计、 三维、 计量、 出图等工作都紧密围绕着BIM信息为核心， 顺理成章地实现了所见即所得、 模拟、 优化、 以及不同专业间的协调功能， 对数据有了精确把握， 路基和边坡、 路面结构层、 缘石、 上跨、 下穿等都是拥有完整工程属性的整体特征对象， 不再是传统的靠断面拼凑的数据， 因此能够提供精确的工程算量数据。 并且， 随着BIM技术在工程建设领域的推广应用， BIM信息将成为衔接规划、 设计、 施工、 运维的整个工程全生命周期的信息载体。 道桥BIM设计可直接复制整个工程进行备份、 交流， 也可针对某一具体的地形、 路线等数据文件进行这些操作。 采用了样板化技术， 可根据各类工程的设计要求和习惯进行个性化设置， 使工程管理不再繁琐。 并且在设计中有智能联动功能， 当修改路线、 设计纵断、道路等对象时， 所有依据它们生成的数据、 模型都会自动更新， 并且后期的三维立体功能还可以在一个高仿真的环境中模拟行车， 有很强的代入感。 加强BIM技术在工程设计当中的应用， 可以让设计人员更加直观了解整个设计方案， 同时施工人员也可以借助立体化模型对各构件之间的关系有更准确认识， 从而更加科学、 合理开展施工作业， 以此来保证施工质量， 防止安全事故的发生， 促进项目的有序进行。

4.2.2 BIM技术在施工现场分析中的应用

为了保障道桥设计水平及质量的提高， 设计人员在道桥设计时需尽量优化设计， 必须要结合施工现场的地质条件与地理环境， 并以此为基础开展设计工作， 只有这样才能最大程度提高道桥设计方案的可行性以及合理性， 使道桥工程能够顺利进行。然而这对于设计人员的专业水平有着极高的要求，而将BIM技术应用到设计优化中， 可以让设计人员更加方便进行数据挖掘， 收集各种数据信息， 为后续的模型构建提供数据支持。 并且利用BIM技术当中的可视化技术， 可以让设计人员找到设计方案中存在的问题， 然后及时进行解决， 从而保证道桥质量， 防止安全事故的发生， 最大程度上降低施工风险， 提升道桥综合设计质量和水平。

4.2.3 BIM技术在道桥设计科技研发中的应用

由于BIM技术的特点， 因此设计人员还可以将BIM技术应用在科技研发当中， 推动研发工作顺利进行[5]。 设计人员在将BIM 技术应用在三维建模时， 可以通过对设计的优化使整个设计质量得到提升， 确保道桥设计质量符合相关标准。 但需要注意的是， 因为设计人员是BIM技术应用的实施者， 设计人员的专业素养将直接决定BIM技术的应用效果，因此要想加强BIM技术在道桥设计中的应用， 就必须要加强对设计人员的培训， 提升设计人员的专业水平， 使其具备专业的知识与技能， 从而更好开展道桥工程设计， 发挥出BIM技术在道桥设计中的作用和价值， 确保道桥工程质量符合标准。

5 结语

综上所述， 在BIM技术条件下加强道桥设计，需要综合考虑各种BIM技术在道桥设计中的应用方法与实际情况， 择选出最有利方案， 应用于道桥项目中。 让BIM技术完美的融合于道桥项目规划、 设计、 施工、 运维的整个工程全生命周期中， 进一步推进道桥工程的发展。