公路橋梁項目設計階段BIM技術實踐分析

于鵬

（浙江省交通規劃設計研究院有限公司，杭州310000）

1 引言

公路的里程長，經過的環境多樣，所以，在公路工程中需要使用多種橋型。裝配式橋梁多適用于主線橋梁構造物，懸索橋、斜拉橋、大跨徑剛構橋多在跨越大河深谷時常用到，小半徑曲線箱梁橋經常用于互通式立體交叉中。公路工程中的橋梁有多種類型，BIM 技術則可以在復雜節點精細化、鋼結構橋梁工業化制造以及比選與擬定橋梁方案等過程中起到很好的作用。

2 BIM技術在公路橋梁設計中的應用

2.1 基于BIM技術搭建協同設計平臺

BIM 模型的基礎數據是激光掃描、航測遙感、無人機傾斜攝影等先進的測量技術，環境模型則以協形同平臺建立。通過自主研發的BIM 設計軟件，專業設計人員會根據數字化勘察設計成果進行設計，得出設計數據并生成橋梁方案的BIM 模型，最后需要以協同平臺為依托，組裝融合環境模型與BIM 模型，從而得到有大場景的BIM 模型。依托橋梁專業設計人員的工作，各專業設計人員則需要以整體模型為基準，結合自己的專業特點，驗證橋梁方案是否合理可行，并且還要完成模型協同處理與推送各設計專業銜接問題的信息等工作。為了防止數據不同帶來的失誤，需要以協同平臺為依托，保證各參與專業數據源的惟一性。與此同時，各專業設計人員還要依托BIM協同平臺進行確認，然后才能把數字化成果傳遞給下一階段，最終保證設計信息傳遞無誤【1】。

2.2 BIM技術在橋梁方案比選中的應用

在橋梁設計階段，常規橋梁方案的擬定需要投入較多工作量，因為裝配式橋梁在橋梁工程中占有極大比例。1∶2000 地形圖和路線設計資料經常被運用在傳統公路橋梁方案中，運用這種方式，能夠在較快時間內制定出橋梁方案，但也不可避免地產生一些問題，例如，橋梁構造物與被跨越物體的位置關系難以直觀呈現、不能清晰表達設計意圖等。

在公路設計中，對本院自主研發的路線軟件升級，便能在路線設計之后批量設置常規橋梁的中心樁號、孔徑信息，能一鍵生成路線、常規方案橋梁模型，而無須再增加其他工作量。地形模型的生成要依靠航片、衛星圖像、激光點云數據等，生成的地形模型與BIM 方案相結合，對橋梁方案進行有效評估。如此便能較為清晰地核實上下橋梁結構選型、孔徑布置和通航情況等是否合理。

2.3 BIM技術在鋼橋細節設計中的應用

常規裝配式橋梁能廣泛地應用于主線橋梁構造中，但無法滿足路段交通量大的情況，無法適用于大河、深谷及其他跨線橋。遇到這些情況，懸索橋、斜拉橋、大跨徑剛構橋和鋼箱梁頂推跨越的方案則更為適合。因橋梁結構非常復雜，所以在設計過程中，這類橋型往往會遇到比較復雜的節點設計。而且橋梁各構件的位置關系復雜，不能依靠傳統的二維圖紙將位置關系明確表現出來。

鋼桁架主梁節點錨栓、索鞍是在大跨徑懸索橋中經常用到的部件，它們的空間構造比較復雜，如果使用常規二維碼圖紙顯示，則很可能出現錯誤。這樣，施工階段就無法接收到準確的橋梁設計意圖。在某公路大橋設計時，主跨采用1 000m的雙跨、單跨鋼桁架懸索橋，并通過Tekla 及Revit 軟件建立起索鞍和鋼桁架的細節模型，這樣，能明晰地表達設計中的細節信息，從而提高工程品質，加強設計與施工的銜接度【2】。

2.4 BIM技術在鋼箱梁細節設計中的應用

跨線設計在目前的公路工程中經常用到，可以最大程度降低跨越路段造成的交通影響，許多公路工程使用鋼箱梁頂推方案。鋼箱梁的組成部分有頂板、底板、腹板、縱隔板、橫隔板和加勁肋等，這些部件一般經過工廠化節段制造后，在現場焊接安裝。因其內部構造復雜，需要極為精細的加工。一般的二維圖紙是用典型的橫斷面來顯示鋼箱梁的上部結構組成和它的加工方案，鋼結構加工廠還需要深化和加工二維圖紙，針對設計意圖信息不準確的地方，與圖紙設計單位再次進行溝通和信息傳遞。

某高速公路跨線橋采用44m+70m+36m 鋼箱梁，基于BIM技術把三維設計和結構設計相結合，鋼箱梁的細節設計借助Tekla 軟件完成，鋼箱梁構件的位置關系則借助三維模型呈現。通過三維模型，可以對預拼裝后的鋼箱梁進行碰撞測試，發現檢測過程中不合理的部件位置或位置關系，并及時進行糾正，得到三維軸測安裝圖。施工單位根據三維軸側安裝圖進行拼裝，使數控加工機床與設計數據信息對接，從而優化下料信息，最終提高設計的質量【3】。

2.5 BIM技術在橋梁可視化技術交底中的應用

設計人員與施工單位最直接的溝通主要是通過技術交底環節完成，通過技術交底，設計人員能夠有效傳遞橋梁的整體設計意圖與注意事項。但是，技術交底文件畢竟是在描述和表達一個未經建造出來的物體，常規表達方式往往會因為表述不清、理解不透而給施工帶來阻礙，甚至造成橋梁施工過程中的安全隱患。

而BIM 技術是一種三維表達方式，依靠BIM 技術模擬施工工序，能直觀表達出設計人員的意圖，做好施工重點注意地方的特殊提示，根據施工作業指導書、施工組織設計的關鍵步驟來制作施工動畫，從而提高工程質量，增強設計人員與施工單位溝通的有效性。對于成套的施工工藝、核心的施工工法，還要制作出技術交底庫，以此作為施工過程和其他相近項目的參考信息。針對橋面混凝土鋪裝層施工和擴大基礎承臺等施工步驟，京滬改建工程正是基于BIM 技術，進行了橋梁可視化技術交底工作，因而成果顯著。

3 BIM技術在公路橋梁設計中的應用難點

1）軟件技術尚未成熟?，F在運用于公路橋梁設計階段的BIM軟件主要是國外的軟件，國外軟件雖然開放性大，但不夠本土化，不能完全符合中國規范。我國技術人員運用時還要根據自身設計習慣，對BIM 軟件的一些功能進行本土化開發。

2）硬件配置需求較高。公路橋梁項目既需要有公路橋梁的自身信息，又要了解自然信息、人文信息和沿線地質地貌等其他信息。由這些信息建立出來的模型體量大，高硬件配置才能滿足建模和相應信息處理的需求【4】。

3）缺乏相應標準。該行業還處于初步探索階段，缺乏統一的行業規范和標準，也沒有建立起功能探索的整體導向，數據格式、數據接口和信息交付標準尚待統一。行業以業主的需求為主導，但不利于全行業的統籌規劃與管理【5】。

4）對于BIM 從業人員要求高。設計、施工和運營管理等全生命周期的建設活動都需要BIM 技術的參與，BIM 應用傳遞模型信息。因此，相關從業人員要掌握各工程建設活動的有關知識，還要會熟練應用BIM 相關軟件，甚至必須能根據我國規范進行相關功能的二次開發。

4 結語

觀察近年來的公路橋梁設計工程，可以發現設計過程的各個角度、各個階段都有BIM 技術的實踐應用。在BIM 技術的起步階段，難免會遇到艱難的探索和改進，但正是相關人員的逐步攻關才使BIM 技術向著成熟的方向邁進。目前已取得的成果顯示，BIM 技術的發展勢頭越來越好，對設計階段工程難點的攻破起了重要作用?，F階段，BIM 技術的三維表達方式已具有超前的優越性。