BIM技術在橋梁設計中的應用

董方穎

（重慶市設計院 重慶 400015）

1 引言

BIM技術屬于計算機網絡技術中的一種，具有計算精確、穩定等特點，已經被廣泛應用到設計工作中。在橋梁工程設計中，應用BIM技術，能夠有效減輕設計人員的工作壓力，保證其工作質量。因此，對BIM技術在橋梁工程設計中的應用方式進行詳細探究迫在眉睫。

2 BIM技術概述

BIM技術是建筑信息模型（Building Information Modeling）、建筑信息化管理（Building Information Management）、建筑信息制造（Building Information Manufacture）的統稱。總體上將，BIM技術是以信息數據管理技術為框架的信息管理模型。在建筑工程中其能夠有效收集、利用、整合信息，通過數字信息仿真模擬建筑工程的真實信息，并據此建構三維建筑模型，以實現工程化管理、工程實時監理、數字化加工等功能。

3 BIM技術在橋梁工程設計中的應用優勢

對于橋梁工程設計人員來說，在橋梁工程設計初期，采用BIM技術，能夠幫助設計人員更好的了解橋梁工程過程中可能出現的問題，并采取合理的解決措施，進一步保證橋梁工程工程的施工進度，減少施工資源的浪費。由于我國橋梁工程工程較多，采用先進的BIM技術，能夠幫助設計人員更好的構建橋梁工程模型，優化橋梁工程設計方案，從而有效保證工程的總體施工質量。

BIM技術具有良好的可視性，在橋梁工程中，實現可視化具有一定的難度，采用先進的BIM技術，能夠實現橋梁工程的可視化，幫助設計人員更好的了解橋梁工程內部情況，并結合施工現場的實際情況，制定合理的施工方案，盡可能縮短工程的施工周期，保證橋梁工程工程中的施工成本得到更好的控制。傳統的BIM技術主要采用3D模擬，隨著科學技術的快速發展，BIM技術能夠對工程施工成本進行有效控制，并結合橋梁工程的使用時間，準確判斷工程中的各項成本，保證工程中的預算工作能夠順利進行。

4 BIM技術在橋梁設計中的應用實例

4.1 工程概況

某橋梁工程主橋為高低塔單索面混凝土斜拉橋，主橋總長645m，最大跨徑330m。其中，高塔塔柱高178.2m，共29對斜拉索；低塔塔柱高121.8m，共15對斜拉索。西引橋長1019.5m，東引橋長263.5m。

4.2 方案確定

該橋梁工程整個上部結構的施工設計主要涉及復雜的支承與懸臂施工體系。其0號節段長25m，寬32.5m，區域內無斜拉索設計，除塔身支承部位，其縱橋向形成近13m的大懸臂結構，橫橋向懸臂達到16m，混凝土方量接近1150m3。0號節段雙向大懸臂結構形式成為上部結構施工設計所面臨的第一道難題。0號節段BIM三維信息模型主要參數如圖1所示。

當前常規的0號節段施工工藝主要分為落地支架現澆（方案1）或托架現澆（方案2）2種。將2種施工設計導入大橋主墩BIM模型進行對比，不難發現方案1整個落地支架體系利用型鋼置于河床基礎之上，措施量大，成本高，且墩位基礎位于水中，施工難度較大。方案2較方案1經濟，托架設計于橋墩預埋牛腿之上，無需龐大的落地型鋼支承結構，也不受水下基礎條件影響，但型鋼托架、0號節段以及其上所有施工荷載將直接作用于空心橋墩側面，托架設計難度隨0號節段體量遞增，施工難度加大。

圖1 0號節段BIM三維信息模型

基于經濟上更合理，技術上簡單易行的原則，經多次研究決定，將0號節段縱橋向分2次澆筑（方案3）完成，第1次接近11.2m的長度采用托架澆筑，以減小整個托架的工程量，同時也降低其設計難度；第2次則利用掛籃對稱懸臂施工兩端剩余的6.9m長的節段。

從BIM項目方案的比選過程能直觀地得出3種施工工藝的技術經濟對比結果，方案3較其他2種常規工藝既能有效地控制施工成本，托架所承擔的混凝土方量的減少也使托架設計變得更容易，技術上簡單易行，而提前使用的掛籃也是后續標準節段所用的，后續標準段懸臂施工如圖2所示，成本上基本無增加，因此最終選擇方案3為推薦施工方案。

圖2 后續標準段懸臂施工

4.3 精細化施工設計

單幅掛籃中支點到后錨固點尺寸接近10m，從方案比選階段能夠發現第1次澆筑所形成11.2m長的0號節段上難以形成完整的2幅大噸位掛籃，需要將2幅掛籃臨時組拼在一起，待后續節段完成后保證足夠的長度時才能將左右2幅掛籃解體分離。但高空作業安全不易保障，為減少后續高空操作，尤其是焊接工作，盡量一次安裝到位，故采用將左右2幅掛籃在橫橋向進行錯位布置，間距為0.75m，錯開主縱梁重疊部位。這樣，除因塔身原因無法一次形成的主縱梁，其余部位均可一次安裝到位，最大限度地減少高空焊接、2次安拆等工作，保證掛籃順利前移與可靠錨固。

由于其主梁單索面寬箱梁的設計導致掛籃的結構設計異常復雜與龐大，同時，為了控制作用于大橋主梁上單個作用點的支反力，首次采用了前后支點相結合的掛籃體系。大量的錨固、吊掛、剪力鍵及行走系統均需提前且合理準確地預留孔洞，并精準地避開大橋主梁結構上錯綜復雜的預應力布置，這讓整個掛籃的設計更為困難。主梁節段預應力布置的BIM三維信息模型如圖3所示。

圖3 主梁節段預應力布置三維信息模型

為使預留孔洞滿足大橋主梁上所有節段預應力布置要求，將不同類型節段的預應力布置與主梁節段所設預留孔洞進行比較，在BIM軟件里分別建立主梁節段、掛籃及預應力3個項目，利用系統所提供的碰撞檢測功能進行碰撞分析，檢測項目干涉結果。根據碰撞檢查報告對出現問題的有干涉沖突的構件進行相應調整，以保證施工過程預留孔洞以及吊桿、錨固部件不會影響大橋主梁預應力的布置，保證掛籃懸臂施工的順暢，避免重新加工定制或改造掛籃所造成的成本增加與工期滯后。

4.4 響應設計變更

該橋梁工程結構設計獨特，施工設計體量相當大，類似托架、掛籃這樣的大型施工設計，橋型結構上任何尺寸的改變都可能影響工程進度和成本。施工過程中設計變更無法避免，輕則方案重新設計，重則已加工成型的大型鋼結構部件全部作廢，由此造成的直接經濟損失和工期延誤所產生的間接損失難以估算。

為降低上述潛在風險，在該橋梁工程施工設計初期則將所有可能影響施工設計的尺寸參數處于BIM的監視狀態下。當設計變更生效，加載變更后的BIM模型，則可根據BIM提供的警告信息針對性地核查預警參數對施工設計造成的影響，并能有效降低因審圖不及時或人為因素漏查所產生的損失。

4.5 優化施工流程進度

目前，施工流程及進度計劃主要仍停留在文字與圖表層面，其包含的信息量與完備程度難以滿足對項目的精細化施工管理。工程項目的建設是一個動態、立體、交叉的過程，常規的施工流程需要優化。該橋梁工程主橋擁有有別于常規的輔助墩設計，導致輔助墩墩頂節段體量超過標準節段很大一截。該節段僅此一節，若按該節段進行掛籃設計將增大掛籃體量，則極不經濟。在BIM設計的施工流程中發現，輔助墩不能先于墩頂節段完工，否則將阻礙掛籃正常前行。如若留除墩頂部分暫不澆筑，則可保證掛籃順利通過輔助墩，并利用未完工的輔助墩墩頂做前端支承以分擔掛籃設計荷載，待掛籃通過后再完成剩余部分，則可保證掛籃設計的經濟性，又可確保施工進度的順利進行。

5 結語

綜上所述，本文主要結合工程實例，對BIM技術在橋梁工程設計中的應用方式進行詳細探究，根據本文分析可見，在橋梁工程建設初期應用BIM技術，可輔助施工設計，為施工方案確定提供依據，同時，通過應用BIM技術的碰撞檢測、監視參數等功能，還可以為施工設計進行精細化處理。另外，利用BIM信息的完備性與可視化等特性更為合理地安排了施工進度，較為直觀、高效、精確地指導橋梁工程項目建設，進而保證施工工期和施工成本。隨著該技術的逐漸推廣與普及，BIM技術將在橋梁建設中發揮更大的作用。

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