探討B(tài)IM技術(shù)在連續(xù)箱型結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

高秋生

[摘要]連續(xù)箱型結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)有其特殊性，在力學(xué)性能、荷載、構(gòu)造、施工等方面十分復(fù)雜，探討將BIM技術(shù)運(yùn)用到連續(xù)箱型結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)中，針對目前存在的問題，以橋梁信息模型為核心，闡述應(yīng)用BIM技術(shù)的優(yōu)勢，同時(shí)還分析了其具體應(yīng)用，以期能對BIM技術(shù)在橋梁設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用拓展思路。

[關(guān)鍵詞]BIM；連續(xù)箱型；橋梁 文章編號(hào)：2095-4085（2018）04-0048-02

連續(xù)箱梁是一種比較常用的橋梁結(jié)構(gòu)形式，箱型結(jié)構(gòu)橋梁具有橋型美觀、變形協(xié)調(diào)、受力合理、使用壽命長的特點(diǎn)，在橋梁建設(shè)中將得到越來越多的應(yīng)用。建筑信息模型（Building Information Model，簡稱BIM）是在建設(shè)工程及設(shè)施全生命期內(nèi)，對其物理和功能特性進(jìn)行數(shù)字化表達(dá)，并依此設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營的過程和結(jié)果的總稱，具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性五大特點(diǎn)。以橋梁信息模型為核心，研究真正的面向工程、面向設(shè)計(jì)過程的數(shù)字化橋梁設(shè)計(jì)技術(shù)，滿足高速公路常規(guī)橋梁的批量化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，并自動(dòng)實(shí)現(xiàn)詳圖生成和工程量統(tǒng)計(jì)，為今后BIM技術(shù)在橋梁設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用提供新的思路。

1 存在的問題

目前國內(nèi)還欠缺比較完善的箱型結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)繪圖軟件，原因在于連續(xù)箱型結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)和施工的復(fù)雜性，只能借助于CAD平臺(tái)軟件或一些專用繪圖工具來完成局部的自動(dòng)繪圖和手工繪圖，難以滿足橋梁現(xiàn)代化設(shè)計(jì)的需要。主要表現(xiàn)在：

（1）功能單一，或?yàn)閰?shù)化出圖軟件或?yàn)榻Y(jié)構(gòu)分析軟件。

（2）已有出圖和計(jì)算集成的軟件，但仍采用的是參數(shù)化出圖和計(jì)算的方式，軟件思想落后，不能長期發(fā)展。

（3）主要解決等截面連續(xù)箱梁的出圖，對變高、變寬的箱型結(jié)構(gòu)橋梁仍不能提供出圖工具。

（4）技術(shù)方案單一，難以為用戶提供全面解決方案。

2 BIM技術(shù)的優(yōu)勢

以信息模型設(shè)計(jì)理念為基礎(chǔ)，在用于解決高速公路常規(guī)橋梁的數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化和批量化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，具體應(yīng)用到箱型結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)中，涉及以下幾方面：

（1）基于特征設(shè)計(jì)技術(shù)建立橋梁的信息模型

以實(shí)際的工程特征建立數(shù)字化的連續(xù)箱型結(jié)構(gòu)橋梁模型，通過繪制和操作圖形來建立全橋的構(gòu)造模型，并用此模型代替結(jié)構(gòu)分析軟件的原始數(shù)據(jù)的輸入，快速自動(dòng)建立計(jì)算分析模型完成計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果輸出給圖形系統(tǒng)以完成最終的設(shè)計(jì)圖紙，繪圖和計(jì)算可以反復(fù)迭代，直至滿足設(shè)計(jì)要求。

（2）“即改即現(xiàn)”式的模型修改及資料更新

提供了“即改即現(xiàn)”式的修改方法，直接在模型或圖紙中修改標(biāo)注數(shù)據(jù)或動(dòng)態(tài)特征，數(shù)據(jù)或特征的修改可直接導(dǎo)致關(guān)聯(lián)特征圖形的修改；力爭達(dá)到只需更新設(shè)計(jì)資料，已修改部分或已給定的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)仍保留，根據(jù)新的設(shè)計(jì)資料完成相應(yīng)部分設(shè)計(jì)的修改，不需要重新設(shè)計(jì)。

（3）套用標(biāo)準(zhǔn)圖完成全線橋梁模型的建立

從箱梁模型中獲取上部結(jié)構(gòu)參數(shù)及路線信息，改造建模流程，支持分叉路線橋梁，同時(shí)改造相應(yīng)的下部結(jié)構(gòu)，快速完成全線橋梁的方案設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)效率，確保設(shè)計(jì)質(zhì)量。

3 BIM技術(shù)的可行性

橋梁的墩、臺(tái)、錐坡及蓋梁等構(gòu)造將被定義為有實(shí)際工程意義的“對象”，每一個(gè)“對象”都具有相應(yīng)的長、寬、高等幾何屬性，也具有混凝土材料等級(jí)、裝配位置等工程屬性。橋梁的信息模型由這些具有實(shí)際工程意義的“對象”通過“搭積木”方式實(shí)現(xiàn)裝配建模，在設(shè)計(jì)變更環(huán)節(jié)可以方便的進(jìn)行對象的替換和屬性更改，并基于模型實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的出圖、出表和工程數(shù)量統(tǒng)計(jì)。

公路項(xiàng)目中常規(guī)橋梁數(shù)量大，結(jié)構(gòu)形式相對比較規(guī)范，并且對于同一座橋梁，為了便于預(yù)制和施工，在滿足地形地質(zhì)條件要求的前提下，多個(gè)墩臺(tái)一般采用規(guī)范統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)形式，便于實(shí)現(xiàn)批量化設(shè)計(jì)。根據(jù)這一特征，設(shè)計(jì)采用與傳統(tǒng)模式相似的流程，創(chuàng)建基于全線多座同類型橋梁設(shè)計(jì)所需要的上、下部標(biāo)準(zhǔn)圖信息模型。對于每張標(biāo)準(zhǔn)圖，給定其適用墩臺(tái)高、橋梁角度、跨徑及橋?qū)挼扰袛鄺l件、適用范圍，在模型建立的過程中根據(jù)橋梁特征檢索合適的上、下部結(jié)構(gòu)，裝配成橋梁主體。通過工程配置實(shí)現(xiàn)對全線橋梁的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行統(tǒng)一定義，利用資料管理器自動(dòng)讀入全線線路數(shù)據(jù)。

4 BIM技術(shù)的應(yīng)用

側(cè)重于研究基于特征設(shè)計(jì)技術(shù)，以信息模型的設(shè)計(jì)理念為基礎(chǔ)，從對連續(xù)箱型結(jié)構(gòu)橋梁的理解和針對工程特點(diǎn)的計(jì)算方法上以及對國內(nèi)設(shè)計(jì)規(guī)范的把握和專業(yè)知識(shí)的積累方面入手，考證軟件應(yīng)用時(shí)的正確性、合理性、與我國設(shè)計(jì)規(guī)范的適用性，具體需要解決的關(guān)鍵性問題：

（1）箱梁建模：以路線軸線、控制軸線、約束邊線、標(biāo)準(zhǔn)截面等為基礎(chǔ)，交互創(chuàng)建箱梁上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型，主要用來拼組、編輯復(fù)雜橋梁有限元對象的幾何圖形，使橋梁有限元幾何建模高效便捷；

（2）從箱梁模型中獲取上部結(jié)構(gòu)參數(shù)及路線信息，改造建模流程，支持分叉路線橋梁，同時(shí)改造相應(yīng)的下部結(jié)構(gòu)；

（3）圖紙技術(shù)：考慮跨平臺(tái)和系統(tǒng)升級(jí)的問題；

（4）建立全橋工程信息模型，并基于該模型實(shí)現(xiàn)方案變更設(shè)計(jì)。

5 結(jié)語

從參數(shù)化到特征化，從電子化到數(shù)字化，從面向出圖到面向設(shè)計(jì)，從面向構(gòu)件到面向工程，采用的核心技術(shù)一特征建模，在一定的程度上，必將促進(jìn)橋梁資產(chǎn)在其全壽命周期內(nèi)的數(shù)字化設(shè)計(jì)、建造和項(xiàng)目數(shù)據(jù)移交水平的提升，為遠(yuǎn)期實(shí)現(xiàn)數(shù)字化運(yùn)營奠定基礎(chǔ)。在遠(yuǎn)期，通過擴(kuò)展能解決復(fù)雜橋梁，包括互通式立交中的變寬、分岔、異型結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和配筋；連續(xù)剛構(gòu)橋的預(yù)應(yīng)力配束布置及出圖，并且實(shí)現(xiàn)與分析軟件的數(shù)據(jù)互用和協(xié)作，為橋梁設(shè)計(jì)過程提供完整的解決方案。

參考文獻(xiàn)：

[1]錢楓橋.橋梁工程BIM技術(shù)應(yīng)用研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2015，59（12）：50-52.

[2]劉星.BIM技術(shù)在橋梁工程中的應(yīng)用研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017，（32）：146+148.

[3]吳水明.淺論橋梁施工中BIM技術(shù)應(yīng)用[J].低碳世界，2017，（29）：220-221.