BIM技術在鋼結構橋梁設計中的應用

顧越明 上海振華重工（集團）股份有限公司鋼結構事業部設計部二室項目總工、中級工程師

在鋼結構橋梁設計過程中融入BIM 技術，借助三維建模技術，分析、管理模塊，有助于提高鋼結構橋梁建造的質量與設計效率。與此同時，BIM 技術的應用能最大限度地減少設計中存在的問題，推動鋼結構橋梁的發展與進步。

一、鋼結構橋梁設計中應用BIM 技術的重要性

現階段，我國BIM 技術快速發展，而且在鋼結構橋梁設計中得到了廣泛應用，對促進我國建設行業的發展起到了一定的推動作用。具體來看，鋼結構橋梁設計中應用BIM 技術具有多種優勢：第一，BIM 技術使用的基礎是三維建模技術，打破了傳統二維設計所具有的局限性，有效減輕了工作人員的任務量，提高了工作效率；第二，在設計鋼結構橋梁的過程中，在設計梁、板等零部件的基礎上，還應對零部件組合后的整體性能進行全面考慮；第三，BIM 技術應用到鋼結構橋梁設計中，便于后續橋梁數據管理工作的開展，最終實現橋梁全過程、全壽命的設計目標。在鋼結構橋梁設計中應用BIM 技術，不僅能促使設計工作效率得到有效提升，而且能最大限度地減少設計誤差、錯誤情況的出現，保障橋梁整體質量，為推動我國建設行業穩定持續發展奠定良好基礎。

二、鋼結構橋梁設計存在的問題

1、鋼結構橋梁工藝設計難度相對較大

鋼結構橋梁設計工藝較為復雜，而且具有較大的設計難度。鋼結構橋梁涉及多個構件，各個構件復雜地連接在橋梁空間內，以各種曲線、曲面的形式存在。所以，設計師在設計鋼結構橋梁的過程中，需要對其中結構復雜位置進行全面考慮，對其進行放樣處理，從而便于確定鋼結構的位置，避免各個構件之間出現碰撞情況。而從當前的具體設計情況來看，通常采用CAD 軟件對橋梁進行平面放樣處理，不僅不直觀，而且放樣工程量相對較大。從實際效果來看，工作效率相對較低。與此同時，設計人員要對其中存在的大量信息進行嚴格核對，要求充分運用CAD 技術，但是此種技術的應用也會增加設計員的工作量，在一定程度上降低了設計工作效率[1]。另外，由于橋梁設計構件繁多，如果僅僅依靠CAD 軟件進行設計，無法真實體現構造的空間布置，那么就會很大程度上增加設計人員的出錯概率，降低設計質量。

2、信息傳遞效率有待提升

在鋼結構橋梁設計過程中，由于鋼結構橋梁較為復雜，所以在設計階段就需要多個設計人員進行配合合作。但是，大部分鋼結構橋梁設計采用的是傳統設計模式，從而導致信息傳遞出現不及時、不完整的情況。而且，從當前鋼結構橋梁設計的實際情況來看，大部分設計人員都較為依賴二維設計軟件或者文本信息的使用，從而在設計交底的過程中需要花費較多的時間來提高施工人員對設計圖紙的認識[2]。與此同時，在橋梁設計階段，如果出現了設計誤差，那么設計人員需要結合實際設計圖紙對構件進行調整變更，而且需要對后續構件的組成進行相應分析，在一定程度上加重了設計人員的工作量，增加了設計人員的工作難度，降低了其工作效率。

3、管理效果相對較低

在鋼結構橋梁設計階段，受到周邊環境因素及管理者因素的影響，會對鋼結構橋梁設計管理效率產生不利影響，在一定程度上降低管理效率。而此種問題的出現主要是由于部分設計條件發生了變化，使得施工人員需要對施工圖紙進行相應的變更調整，但是由于部分設計人員并沒有對這部分信息進行充分的掌握，所以導致工作進程被延誤，并且不能對工作進程進行科學有效的協調[3]。與此同時，在具體施工建設過程中，大部分工程都會采用大量運輸橋梁構件的模式，然后在施工現場對橋梁構件進行集中管理，而此種模式可能會一定程度上降低管理效率，并不利于后續鋼結構橋梁建設工作的開展。

三、BIM 技術在鋼結構橋梁設計中的應用

1、三維建模

在具體應用BIM 技術的過程中，相關設計人員需要結合實際的鋼結構橋梁情況，對其中關鍵部位進行提取，然后形成相應的構件對象。在傳統鋼結構橋梁設計過程中，雖然會用到大樣圖、細部圖等內容，但是其本身拓展性相對較弱，所以需要結合BIM 技術構建相應的參數化模型，為后續施工提供有利條件，不僅可以對于施工方案進行及時的調整優化，而且可以保障鋼結構橋梁設計質量與提高效率。例如，應用Solidworks 軟件，可以將橋梁數據信息輸入進去，然后通過軟件建立三維模型，并且能為后續調整修改奠定基礎。另外，可以使用CATIA 軟件，由于其本身帶有鋼結構設計模塊，所以可以在鋼板上進行開孔等作業。由此可以得出，在設計鋼結構橋梁的過程中，可以充分借助三維建模軟件，從而為建設鋼結構橋梁奠定基礎。

2、對模型進行計算與分析

在設計鋼結構橋梁的過程中，需要計算整體的模型。與此同時，需要對部分模型的節點進行分析。在此過程中充分應用BIM 技術，有效簡化橋梁設計過程，可在一定程度上縮減建模時間，提高建模效率。在普通鋼結構橋梁設計過程中，由于橋梁構件較為復雜，缺乏相應的規定標準，所以在具體使用的過程中易出現交互性差的情況，從而在一定程度上增加計算模型需要重新計算的概率，最終對設計效率產生不利影響。而在實際應用BIM 技術的過程中，可以充分利用三維軟件，然后將橋梁結構放置在同一個模型框架下，進行多專業協同設計，充分利用模型優勢對橋梁數據進行計算[4]。例如，在此過程中，使用Revit Structure 軟件，由于其具有一定的計算模塊，所以在對模型進行計算和分析的過程中，可以有效促使設計質量與效率的提高。

3、對圖紙的輸出

在傳統鋼結構橋梁設計過程中，設計人員主要是運用二維CAD 軟件輸出設計圖紙。這種出圖模式，特別在多人協作的時候，設計人員在精心繪制設計圖紙的同時往往無法全面兼顧關聯性。設計人員一旦出現錯誤，特別是對于邊設計邊施工的項目，將會對施工質量與進度產生嚴重影響。而在此過程中應用BIM技術，則可以將模型幾何特征充分反映出來。如果條件允許，那么就可以將三維模型直接輸出作為施工圖的輔助，為后續橋梁建設提供有利條件，然后將其與鋼結構加工廠進行直接對接，保障施工質量得到有效提升，進一步降低產生施工誤差的概率。

4、虛擬拼接

在設計階段，通過應用BIM 技術，能幫助橋梁實現預拼接的目標。而實現此目標的關鍵分為2 個方面。第一，通過利用BIM 技術，可以模擬設計過程中快速完成的模型。第二，結合現場實際施工情況，實時采集施工現場的結構數據及外部條件參數，即時對設計模型進行調整優化，使得三維模型能與實際相符，用于指導實際拼裝[5]。而隨著數字技術與軟件技術的快速發展，此技術在鋼結構橋梁設計中的應用將越來越廣泛。

5、設計后期階段

通常，隨著工程竣工，設計工作隨之完成。但是，為了保障鋼結構橋梁的結構更加安全可靠，進一步延長鋼結構橋梁的使用年限，則需要設計人員實時參與橋梁項目的運營。而在此過程中通過BIM 軟件的應用，不僅能為橋梁設計提供合理的三維模型，還能為橋梁設計提供相應的數據平臺。在橋梁的設計與施工階段，模型管理人員需要提高重視，考慮可追溯性，對于模型當中的各個零部件賦予相應的信息，如構件出廠信息、構件涂裝顏色等信息。而在橋梁運營過程中，模型管理人員需要其中存在的疲勞損傷、銹蝕等情況提前錄入模型中，對其進行統一管理，從而提前發出預警，保障橋梁運營管理效率與質量得到有效提高。

6、橋梁可視化技術交底

在橋梁設計過程中，技術交底環節占據重要地位，屬于設計人員同施工單位溝通交流的關鍵環節，利于設計人員表達出橋梁設計的主要意圖，闡明橋梁設計的注意事項。但是，在此過程中，傳統方法并不能將設計意圖與注意事項講述清除，經常會出現理解不到位或者表述不清的情況，從而在一定程度上降低了橋梁施工質量，耽誤了橋梁的施工周期。

而通過應用BIM 技術，可以對施工過程中的關鍵環節進行模擬，從而了解其中的設計意圖與注意事項，應用三維模式將施工重點環節進行標注，有效提高溝通效率，保障施工質量得到提高。與此同時，在技術交底環節，可以將施工工法與施工工藝進行成套制作，將其作為施工過程的主要依據，充分保障橋梁工程的施工質量，推動建設行業發展與進步。

四、結語

在鋼結構橋梁設計中應用BIM 技術，可以使得鋼結構加工模型變得更加可視化，通過建立相應的三維BIM 模型，并且同時將工程信息存儲到BIM 模型中，有效解決CAD 圖紙中存在的表述不清、無法及時反饋施工現場信息等問題。與此同時，在手機等設備當中安裝相應軟件，不僅僅能隨時隨地查看橋梁工程的3D 模型，還可以實時上傳相應的施工信息，便于后續查看工程項目信息，保障項目信息共享能力得到有效提高。另外，還可以對三維模型數據信息進行可視化管理，為后續鋼結構下料加工及安裝過程提供管控指導，為后續生成設計圖紙與設計審查報告奠定基礎，有效控制生產成本、質量及進度等。