基于BIM技術的橋梁工程設計的應用

陳 交

(蘭州交通大學，甘肅 蘭州 730070)

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基于BIM技術的橋梁工程設計的應用

陳 交

(蘭州交通大學，甘肅 蘭州 730070)

通過建立BIM數字化模型，選取BIM核心建模軟件Autodesk Revit建立全橋各個構件族庫，利用建立完的族庫建立了完整的全橋信息化模型，在族庫的應用以及全橋模型建立和應用過程中完成了項目的設計檢查、工程量計算、生成二維施工圖以及施工模擬等工作，指出BIM技術的應用，減少了返工現象、提高了施工效率，實現了橋梁工程的信息化管理。

BIM技術，Revit族庫，橋梁設計

0 引言

近些年來，隨著經濟的發展,大型橋和特大橋項目越來越多，如中國杭州灣大橋、湖南矮寨大橋等。由于橋梁結構形式復雜，受力分析要求高等多種原因，這就要求橋梁設計與施工需要更高的要求，使用傳統的方式很難辦到或者成本很高，而BIM技術能夠很好地解決這些問題。目前，橋梁結構除了在計算方面采用三維分析計算模型進行分析，在整體與構件設計方面仍然以二維設計的方式為主。由于橋梁工程自身復雜性的特點，如果僅依靠傳統的二維圖紙很難檢測或發現設計中存在的沖突問題，這些設計問題通常只有在施工階段才能發現，從而影響施工進度與成本，也將影響施工安全。因此，在橋梁工程設計中保證橋梁的可造性和施工方案的可行性很重要。

建筑信息模型(Building Information Modeling)作為一種實現建設項目的物理功能特性的數字描述和管理的新型技術，是以三維數字化技術為基礎，集成了建設工程項目各種相關信息的工程數據模型。它的目標是為建設項目的設計和施工提供有效的支持，為項目的各參與方提供一個協同工作與交流的平臺[1],從而減少設計與施工返工，提高了項目工程質量，并縮短了建設工期和減少了建造成本。

本文是基于楊家壩中橋，對BIM技術在楊家壩中橋設計中的應用方法以及橋梁工程族庫的建立方法進行研究，選取BIM的核心建模軟件Revit Structure建立楊家壩橋各個構件族庫，利用建立完的族庫逐步建立完整橋梁的信息化模型。在族的應用和全橋模型建立和應用的過程中，研究BIM技術在橋梁工程中減少設計與施工返工，提高工程質量，并節約工程建造與工期等方面的應用。

1 模型建立

1.1 族庫的建立

Autodesk Revit[2]是BIM[3]核心建模軟件之一，Autodesk Revit針對構件提供族的功能[4]，族是組成項目的構件，同時是參數信息的載體，開發了一個面向對象的橋梁工程BIM建模系統[5]。Autodesk Revit系列軟件中族的概念就是參數化構件，使用者可以自行創建構件族。雖然Autodesk Revit具有強大的族編輯功能，但由于橋梁結構復雜性的特點，現階段的橋梁族庫還沒有建立起來，然而因其具有開放的接口，可以通過外部導入的方式進行完善。

族庫的特點是可以通過已建好的參數化樣板族直接建模，只需調整族的參數即可，這樣就可以縮短建模的時間。將已建的構件族保存到族庫，以后遇到類似的構件族就只需更改相應的參數，從而極大地減少了重復性工作。

1.1.1 基礎族的創建

楊家壩中的基礎采用柱基礎，根據二維圖紙，利用Autodesk Revit軟件，通過調用Revit自帶的結構基礎族樣板文件，建立基礎族庫，輸入基礎的各個參數，在平面及立面視圖下檢查基礎模型是否正確，得到的基礎模型三維視圖如圖1～圖3所示。

1.1.2 墩臺族的創建

由于橋址處烈陽公路及公路旁河溝與本線法線斜交約30°，為避免壓縮河道的泄洪斷面，減少本線施工對公路的干擾，承臺橋墩順渠道斜置，扭轉角度30°。在Autodesk Revit中通過拉伸及融合功能建立墩臺族，其效果如圖4，圖5所示。

1.1.3 主梁族的創建

楊家壩中橋采用等高度鋼筋混凝土鋼構連續梁，在建模過程中要注意梁體定位準確性，要注意梁體截面縱坡的處理，其效果如圖6所示。

1.2 全橋模型

各個構件族建立完成后，利用建立完的族庫在Revit Structure中建立一個結構的項目文件，然后將建立好的族庫載入到建立的結構項目文件中，調整好各個構件的位置，得到全橋的信息化模型。

根據實際的地質地形條件，分別將建立好的地形、基礎、墩臺梁體等族庫載入到項目文件中，調整好各個構件在項目文件中的位置即可建立模型，如圖7所示。

2 二維圖紙的自動導出

傳統的CAD二維施工圖紙如果有一處改動，整套圖紙都需要人工改動，這樣不僅極大的浪費時間、降低工作效率，而且很容易遺漏需要修改的工作，采用BIM技術生成的二維圖形最大的優點就是能夠達到實時更新的效果。如果修改圖形中任何一處，相應的二維圖形都會實時更新，自動修改，無需像傳統的CAD二維圖形一樣，需要對各個圖形進行一一修改，這樣極大地減少了修改的時間，提高了工作效率。在橋梁工程中，由于其自身的復雜性，一旦需要修改，在傳統的CAD二維圖形修改中就很容易遺漏需要修改的工作。

在傳統的CAD二維施工圖繪制中，不僅平面圖、立面圖、剖面圖都必須一一手工繪制，而且還要繪制相應的詳圖，工作量很大。由于橋梁工程細部構造比較多，這部分的圖紙比較容易出現錯誤和遺漏，這樣不僅會嚴重影響圖紙的質量，甚至會影響到施工，出現返工或設計變更，給項目增加不必要的工期和費用。

在BIM技術中使用Autodesk Revit系列軟件，在三維模型建立完成后，其平面、立面、剖面、細部詳圖等都能根據工程需要自動生成,與傳統的CAD二維繪圖技術相比較，這就更加體現了BIM技術的優勢。這樣三維模型不僅能滿足復雜多變的空間需求，還能自動生成二維圖紙。而且能夠快速、準確的生成細部構造圖，并能夠方便的顯示其在整個模型或圖紙中的位置，比較復雜的、用平面或平面圖難以讓施工人員理解的構件，可以采用BIM技術以三維的形式呈現給施工單位。以下是由Autodesk Revit Structure建立的三維模型導出二維的DWG格式的圖紙，如圖8所示。

3 自動統計工程量

基于BIM技術的橋梁工程的所有信息都可以存儲在模型數據庫中，這些數據可以被計算機直接讀取，并且可以有效的對構件進行工程量分析，減少了因重復人工操作帶來的錯誤，同時實現工程量隨設計變更實時輸出真實有效的工程量數據。

Revit的BIM模型是應用關系數據庫來創建的三維數據模型，

Revit的數據信息模型是一個龐大的數據集合，包含了不同的構件圖元，有模型圖元，視圖圖元，注釋符號圖元，各種圖元之間存在著相互關聯關系，如圖9所示。目前我們可以通過Revit提供的API訪問Revit文件，也可以獲得Revit的實體信息，Revit還提供了一種ODBC數據庫接口，通過這個接口我們可以獲得所有Revit實體信息。

通過BIM獲得工程量統計可以估算工程成本，從而進行方案對比，選擇。同時這些工程量可以直接用于施工前的工程量預算和施工結束后的工程量結算。

4 協同設計

協同設計能有效的提高設計者之間的交流和協作以避免設計沖突，“協同”是BIM技術的核心方法，是實現BIM技術提升工程項目全生命周期及各個階段質量和效率的重要保障手段。采用Cloud-BIM協同設計平臺[6,7]，將工程中不同參與方集成到同一個平臺之上，充分利用BIM信息化模型，避免多次重復建模，實現高效化設計。

雖然橋梁工程在設計階段涉及的專業相對建筑專業涉及的比較少，但是由于橋梁結構的復雜性，協同設計工作在橋梁設計階段也尤為重要。

5 結語

BIM技術可以為橋梁工程的設計提供有效支持，BIM技術在設計階段作為輔助設計工具能在大多環節中發揮其優勢，隨著BIM技術的不斷應用，其使用價值會不斷的體現出來。雖然，目前BIM技術有在橋梁設計階段軟件平臺針對性不強，BIM軟件與傳統橋梁計算分析銜接不順，以及構件模塊較少、參數化驅動較弱等等問題，這些都需要建模軟件逐漸完善和積累經驗才能解決。但BIM技術實現的橋梁全生命周期管理的信息化平臺，解決各階段、不同專業之間的信息集成和共享的理念值得進行深入的研究。

[1] 李紅學,郭紅領,高 巖,等.基于BIM的橋梁工程設計與施工優化研究[J].工程管理學報,2012,26(6):48-52.

[2] 靳銘宇.淺析Autodesk Revit在中國的發展及局限性[J].建筑設計研究,2008(1):83-84.

[3] 何清華,錢麗麗,段運峰,等.BIM在國內外應用的現狀及障礙研究[J].工程管理學報,2012(1)：12-16.

[4] 黃亞斌,徐 欽.Autodesk Revit族詳解[M].北京:水利水電出版社,2013:11-34.

[5] 宋春福，陳 興.BIM技術在大跨度斜拉橋設計中的應用[J].沈陽建筑大學學報，2016,32(1):115-123.

[6] 陳 杰. 基于云BIM的建設工程協同設計與施工協同機制[D].北京:清華大學，2014.

[7] 陳 杰，武電坤,任劍波，等.基于Cloud-BIM的建設工程協同設計研究[J].工程管理學報，2014，28(5):27-31.

Application study on BIM technology in bridge design stage

Chen Jiao

(LanzhouJiaotongUniversity,Lanzhou730070,China)

Through the establishment of BIM digital model, Autodesk Revit as the kernel modeling software of BIM is used to build the family library of the constructional element of bridge. Then the complete model of bridge is built using the family library. These work including design checking, project quantity counting, 2D design drawing and construction process simulation is accomplished by using the family library and the model of bridge.

BIM technology, Revit family library, bridge designing

1009-6825(2016)31-0186-03

2016-08-21

陳 交(1992- )，男，在讀碩士

U442.5

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