BIM技術在大跨度斜拉橋設計中的應用

吳淑忠，劉三元

（中交二公局上海遠通路橋工程有限公司，上海 201315）

隨著信息化技術的廣泛應用，建筑行業信息化改革也提上了日程，尤其是建筑信息模型技術的應用為實現建筑行業信息化發展夯實了基礎，將其優勢與建筑行業工程實施特征完美結合，推動了BIM技術的良好發展。另外，建筑行業整體發展規模的壯大及科學技術的良好應用，提高了工程實施的建設質量及水平，對房屋建筑、道路及橋梁建筑都產生了相對積極的影響，尤其在橋梁結構多樣化、工程復雜性不斷提高的當下，BIM技術的合理應用對于提高橋梁建筑工程的質量更是意義重大。

1 斜拉橋梁的特色優勢

隨著科學技術的不斷發展，橋梁的結構外觀在不斷更新變革，其中由塔、梁、索等組成的斜拉結構橋梁，不僅造型美觀、跨越性強，自錨式結構比懸索橋剛度更強，還能完美發揮混凝土的抗壓特性及鋼材的抗拉能力，充分滿足大跨度河流橋梁的建設需求。由于斜拉橋對成橋線型、拉索位置及索力等也作出了高要求，確保斜拉橋結構是高次超靜定結構，穩固性也有所保障，因此也使得斜拉橋梁逐漸發展為當代最受歡迎的橋型之一[1]。

2 斜拉橋設計施工中存在的問題

隨著斜拉橋的優勢不斷被彰顯，強跨越能力及材料性能的充分發揮，都在推動斜拉橋的快速發展，同時也在實際施工建造過程中暴露出了許多問題。首先，在進行斜拉橋設計時，既要保障斜拉橋的結構平穩牢固，又要滿足其自身與周邊環境的相對關系，僅僅依賴傳統的二維圖紙進行設計繪制是遠遠不夠的。其次，在施工過程中，斜拉橋涉及懸臂施工，極易造成斜拉橋的位移，也會影響結構內部作用力位置，相對降低橋梁的穩固性。最后，斜拉橋的施工難度大，工序復雜，建設、設計、施工等多方協調配合困難，若無法開展合理高效的施工管理，會給斜拉橋建設施工埋下安全隱患。合理應用BIM技術就能很好地解決上述問題，有效提高斜拉橋設計施工中存在的問題，保障斜拉橋的建設質量安全。

3 BIM技術及相關軟件簡介

BIM技術是將計算機技術、信息技術和網絡技術融合利用并借助相關BIM軟件，實現建筑模型的信息化和數字化的科學技術，其核心內容便是三維建模軟件，當前較為成熟的BIM技術軟件有Autodesk公司旗下Revit、Navisworks系列軟件、Bentley公司旗下Power-Civil、Navigator系列軟件和達索公司旗下的CATIA系列軟件等，能夠有效針對房建、道路橋梁和鋼結構建立三維立體模型。BIM技術不僅能將二維圖紙轉換為三維立體模型，還能為設計、施工及運營管理等提供有效指導，是全面提升建筑行業水平的重要技術手段[2]。

4 BIM技術在斜拉橋中應用的優勢

由于斜拉橋結構復雜，跨度大，施工環境苛刻，因此對工程技術人員來說保障施工安全及施工標準是非常困難的，對建設單位進行管理也是巨大的挑戰。然而，將BIM技術應用到斜拉橋建設施工中，能夠對整體項目進行三維模型模擬，將施工場地布置情況、施工開展情況以及施工進度等進行模擬，幫助施工人員更好地了解斜拉橋建設施工全過程，在保障施工安全和施工標準的同時，加快施工進度，切實提高斜拉橋建設施工質量。近年來，BIM技術已逐漸應用于三維設計和圖紙輸出中，這極大提高了設計效率，減少了設計難度及失誤率，并在一定程度上節約了人力資源，降低了設計成本。

5 大跨度斜拉橋設計中BIM技術應用方法

BIM技術在斜拉橋梁設計中的應用不僅能夠將斜拉橋的信息化模型導出變成對應的二維施工設計圖紙，還可以直接生成三維圖紙，實現圖紙的自我修復，將錯誤的地方修正，有效提高設計質量，控制施工進度及施工質量。另外，BIM技術在斜拉橋梁設計中的應用還能對以往不合理設計方法造成的原材料浪費問題進行改善，切實提高原材料的利用率，降低大跨度斜拉橋的施工成本。因此，相關人員應不斷改善和優化大跨度斜拉橋設計中的BIM技術應用優勢，提高其應用效果，保障大跨度斜拉橋的建設質量。

5.1 合理選擇技術軟件

當前市場上較成熟的BIM技術軟件有很多，其中Autodesk公司旗下的Revit系列軟件以及Bentley公司旗下的PowerCivil、Navigator系列軟件應用較為廣泛，兩者各具優勢。前者具有獨立的應用平臺，操作便捷性高，但由第三方創建的文件形式無法實現與其他平臺的交互，不能滿足模型轉換設計需求，存在一定弊端；后者雖然功能強大且設計范圍也廣，但因為操作性太強，所以對軟件使用不熟練的人員來說不太友好。由此可見，軟件優劣各半，設計人員對Bentley公司旗下的Power-Civil、Navigator系列軟件掌握不熟練時，應當優先選用Revit系列軟件，保障設計工作的正常開展[3]。

5.2 優化全橋模型建立方法

在選用合適的BIM技術軟件之后，需要進行大跨度斜拉橋的設計建模。首先，設計人員需要將斜拉橋相關部件構件的族庫建立完成，并歸納于結構項目樣板文件中，再不斷進行位置調整，保證模型變化的真實合理。其次，當斜拉橋的二維或三維模型建立完成后，設計人員應進行科學分析，對大跨度斜拉橋的地質地形條件及周邊環境進行調整優化，再將完成的地層、索塔、基礎、主梁以及斜拉索等族庫也歸納于同一項目文件中，保障項目族庫的完整性[4]。完整的項目族庫可以為設計人員后期項目族庫的建立提供便捷，并且設計人員可以直接進行參數等內容的調整，建立相同的項目族庫也能幫助進行施工建造成本控制。同時，這種共享族庫資源的行為，不僅能夠提高設計施工的便捷性，還能為后期橋梁建設施工提供指導意見，是提高橋梁建設發展水平的重要途徑之一，設計人員應不斷進行全橋模型建立方法優化，為BIM技術的良好應用奠定基礎，推動橋梁建設施工可持續發展。

5.3 應用實例

文章以三亞海棠灣河心島景觀斜拉橋工程設計中應用BIM技術的情況為例，簡要闡述設計過程中BIM技術發揮的重要作用。設計人員在建立斜拉橋的各部件結構族庫時，如支撐墩族庫，首先，借助Revit軟件平臺，優先建立一個空心截面，并通過適當拉伸將其調整為實際構件高度；然后，再將尺寸、標高、材料等墩臺相關信息輸入到空白截面中，填充墩柱內容；最后，再將倒角的細部結構處理一下，就可以完成支撐墩的族庫模型。以此類推，對于其他構件的族庫建立也要按照這樣的順序開展[5]。

當然，鋼索塔族庫還要注重分部建模，由于梭子形鋼塔形狀特殊，內部空間狹小，背索極不對稱，導致錨固區構造極其復雜，運用BIM建模軟件可創建參數化錨固區構造模型，參數化調節三維模型，合理布置索塔前錨固構造空間位置。通過BIM技術來創建索塔BIM模型，避免了前索錨筒橫與橫隔板之間的碰撞；解決了塔端后錨箱與塔側壁板復雜的連接問題，實現一次成型，減少設計模型的重復更改。軟件內部提供的結構柱樣板文件會攜帶一些初始參數，設計人員應結合實際斜拉橋梁參數調整變化。由于斜拉橋梁的索塔結構復雜，不僅要具備美觀度，還要分擔橋梁承載荷載，因此在進行設計建模時，必須控制好索塔錨固端的截面變化以及錨固端模型，確保斜拉索的拉力能均勻傳遞，不會因超出拉索承受范圍而導致拉索出現故障影響橋梁使用性能。

另外，設計人員還需要注重在斜拉橋梁的關鍵位置設計錨固端，由于主梁索同一對索的兩個角度不同，加上前錨箱三面塔壁都為曲面，難以通過常規方式定位，且兩對索之間距離狹小，前錨筒與橫隔板間距很小，導致錨箱各板不規則。運用BIM技術參數化定出拉索起點，定出垂度偏移角度。根據拉索起點，設計出受力背板400mm×400mm，并確定支撐加勁板尺寸和錨箱上下受力夾板尺寸。對于特殊錨箱，將橫隔板作為受力夾板承受內力。需要在模型內詳細標注，尤其是索塔的拉索結構與塔柱相交處等結構連接處，需調整好錨筒模型，確保錨筒形狀大小，并在軟件內標注清晰空心功能，保障后期橋梁維護保養通道，避免維修人員因無作業平臺而無法開展維修養護工作，降低橋梁的使用性能和安全度，縮短橋梁使用壽命。

6 結束語

綜上所述，隨著時代不斷發展，各種信息技術應運而生，只有良好地掌握并應用先進技術緊跟時代的發展，才能幫助企業行業實現綠色可持續發展的目標，在大跨度斜拉橋設計中應用BIM技術正是如此。其不僅能有效降低大跨度斜拉橋設計難度，還能降低造價成本，提高設計工作效率。BIM技術在大跨度斜拉橋設計中的應用，不僅能有效構建三維立體圖紙，還能改善二維圖紙無法展現橋梁各部件實際面貌的問題，為設計人員提供真實構件組成情況，幫助設計人員更好地完善設計，進一步提高大跨度斜拉橋梁的設計質量，同時為后期施工建設提供參考依據，幫助有效控制建設進度和質量安全，為更好地推動BIM技術應用及建筑行業發展奠定良好基礎。