BIM 技術在橋梁設計階段的應用研究

任鋼

（遼寧省交通規劃設計院有限責任公司，沈陽110166）

1 引言

隨著我國大型基礎建設行業的飛速發展，各類型的橋梁工程項目的數量在持續增加，復雜程度也在逐漸增大，對橋梁設計和施工工藝也提出了更高的要求。在目前的多數大型橋梁設計中，還是采用傳統的二維設計圖，而且施工制度主由項目管理人員根據施工管理經驗進行制定[1]。但是橋梁工程的設計較為復雜，結構構件較多，如若僅依靠二維圖紙，設計方案中的許多問題通常只能在施工階段才被發現，大大影響了施工進度，增加了工程成本，也為施工安全留下了隱患。而BIM技術（建筑信息模型）可以利用數字模型對建筑項目進行設計、施工，并對運營全過程進行管理。充分利用基于BIM 技術的共享平臺，能夠提高橋梁工程的施工效率、節約成本、減少不合理設計[2]。目前，在橋梁工程建設中應用BIM 技術的案例相對較少，所以，挖掘BIM 技術在橋梁工程中的應用具有重大意義。

2 BIM 理論及特點

2.1 BIM 基本理論

BIM（Building Information Modeling），即建筑信息模型，在1975 年由Eastman 教授首先提出。隨著計算機技術的飛速發展，BIM 技術得到了長足的發展，在實際工程建設中也獲得了廣泛的重視與應用[3]。BIM 技術的三維數字化設計和三維協同理念的提出與應用大大提高了工程設計行業的工作效率和設計質量。BIM 主要包含3 個方面的內容：

1）“B”即 Building，泛指建筑，但又不僅限于此，其包含了所有土建類基礎設施的規劃、建設及運維管理等，代表了BIM技術的應用廣度。

2）“I”即 Information，即信息，此為 BIM 技術的核心，其既包括工程建設中的各種信息，如材料參數、項目進度等，也包括工程建設領域中各階段、各部分所要采用的信息化方法和手段，如電腦、網絡等；它代表了BIM 的深度，是以項目全生命周期管理（BLM）為支撐的信息化過程。

3）“M”即模型，表示可視化的信息，其包括三維可視化設計中的模型以及模型中各部分對應的空間位置信息等。

2.2 BIM 技術的特點

2.2.1 可視化設計

在傳統的二維平面設計中，當項目的構造復雜，平面種類和繪制的二維平面數量較多時，會大大增加繪圖量，并且容易出現錯誤。通過BIM 技術可以根據設計方案建立項目的三維數字化模型，向業主更加直觀地、全方位、立體化地展示設計方案、印證設計意圖，同時，可以對設計方案進行探討，對投資和回報進行計算。

2.2.2 協同設計

BIM 技術的三維可視化模型設計是將眾多二維平面匯聚起來，形成一個三維模型，為跨專業協同設計提供了一個全面、精細的平臺，可以展現各部件和結構從初始到后期各階段的形態、尺寸、受力、變形等情況，其數據信息也會隨施工進度進行實時變化，從而提高信息的實時性和準確性，且參建方還可以對該信息隨時進行識別和讀取。

2.2.3 性能化分析

通過BIM 建立數字信息模型時，各類數據信息均已輸入程序。對實際工程中某結構性能進行分析時，可通過調用已有參數建立聯系，進而使用相應的性能分析軟件進行分析，節省了大量的人力和物力，也提高了設計效率和質量。

2.2.4 工程量統計

BIM 建模過程中，會根據工程實際勘測數據錄入數據信息，通過相關造價軟件即可快速得到準確的工程量統計和預算，并可進一步將概預算與投資預期指標進行對照，從而進行投資風險控制。

3 BIM 技術在橋梁工程中的應用分析

3.1 參數化建模

橋梁工程具有一定的特殊性，橋梁工程的設計者需要先對其進行結構設計。因而在設計階段，一方面需要進行方案的設計，另一方面還需要進行建模。目前，對模型的調整與優化需要在二維圖紙中，整個過程需要反復進行多次，導致效率較低。應用BIM 技術后，可以將建模模型與計算模型相互關聯，有效解決了以上問題，還可以利用所建立的族庫快速完成設計工作，優化樁基礎、承臺、上部結構等結構的三維模型，在施工之前解決設計問題，盡可能地減少設計變更，大幅度提高橋梁設計的效率。

3.2 進行施工現場平面布置

模型計算主要分為整體和局部兩大塊。對于橋梁施工模型，地質地形模型是整體模型的基礎，通過引入地質模型能夠盡早規劃施工場地的平面布置，主要包括拌和站、項目部駐地、施工隊駐地、鋼筋加工區域等前期臨時用地，實現前期對場地平面的合理布置，最大限度地節約施工用地，也可以減少臨時設施的投入，節約成本。此外，還能對運輸路線方案進行模擬，從而減少材料的二次搬運，并減少社會車輛對施工車輛的影響。此外，臨時辦公、生活設施、用水、用電、倉庫材料、加工工廠等需要根據進度進行動態的管理。通過BIM 技術能夠對現場的情況進行實時的模擬，包括模擬材料不同的擺放位置，找到最合適的最佳方案，進行動態的管理。

3.3 鋼筋布設

橋梁工程中主要的設計內容之一是鋼筋的布設，鋼筋布設是否合理能夠直接對橋梁的結構安全以及施工進度造成影響。傳統的設計方法中，鋼筋的布設均是通過二維平面施工圖體現的，設計人員不能看到所有鋼筋的實際形狀，所以，在配筋過程中可能會產生沖突，施工時可能會存在返工的現象，費時費工。而應用BIM 技術可以通過立體模型呈現所有鋼筋的分布和形狀，檢查鋼筋是否發生了碰撞，有利于合理地進行鋼筋的布設。

3.4 碰錯漏檢查

傳統的方法對不能直觀地呈現構件的連接方式，而且各個構件的平面圖分別由各不同專業單獨完成，相互之間并沒有進行溝通，常導致構件之間存在碰撞與沖突，并且在設計階段很難發現。但是通過BIM 技術可以對設計方案進行碰撞檢查，及時發現并及早解決此類問題。

3.5 圖紙輸出

目前，設計院交給施工企業的施工圖是二維的，生產流程與管理也是圍繞著二維施工圖進行，而二維圖紙對一些結構或構件的表達較為有限，需要施工企業的技術人員有較強的空間想象能力。BIM 技術能更為精確地表達橋梁的幾何特征，降低施工圖的表達難度。

3.6 工程量統計與造價管理

傳統的CAD 二維圖紙僅有點、線、面等基本信息，不能對構件以及工程量進行統計計算，所以，需要依靠人工根據CAD二維施工圖進行工程量的統計與計算，不僅耗時耗力，還容易出現計算錯誤。通過BIM 技術，能夠根據方案模型準確計算工程數據，如果方案有所調整，程序會根據變化后的模型重新計算工程量，提高了工程量計算的效率，并且結果較為精確。

4 結語

綜上所屬，BIM 技術是目前工程建設行業的新技術，具有可視化設計、協同設計、性能化分析、工程量統計等多個方面的特點，應用BIM 技術能夠使工程建設過程更加智能化、自動化、高效化，從而及時解決橋梁在設計過程中遇到的問題。相關人員應深入研究BIM 技術在橋梁工程及其他建設領域中的應用，以促進我國工程建設行業的快速發展。