BIM正向設計在市政人行天橋中的應用

史學駿

(中國市政工程西北設計研究院有限公司武漢分公司，湖北 武漢 430000)

1 引 言

BIM概念自2002年提出以來，在國外已經被廣泛運用。隨著國家將BIM技術的應用列入提升建筑企業信息技術發展的重要方向，BIM技術在建筑結構領域得到了普及，但對于市政結構領域卻應用較少。BIM正向設計作為一種新型設計理念，通過可視化設計、參數化設計、構件關聯性設計及協同設計等方式高效地完成設計任務。目前，由于BIM設計在實施過程中的復雜性，“翻?！狈桨赋蔀樵O計主要方式。本文以鋼桁拱人行天橋施工圖設計為例，完成建立模型、圖紙設計、工程量統計等應用，為BIM正向設計在市政鋼結構橋梁施工圖設計階段的設計積累經驗。

2 工程概況

九江一中人行天橋位于廬山南路九江一中西側，跨越廬山南路，并與其正交。天橋上部結構采用簡支鋼桁拱結構，橋梁總長29 m，計算跨徑28 m，矢高5 m，矢跨比1/5.6，橋寬6 m，主桁間距5.7 m。橋梁下部結構采用鋼橋墩，鉆孔灌注樁基礎，梯道接地平臺采用擴大基礎。

圖1 全橋BIM模型

3 BIM技術應用

3.1 BIM技術應用流程

通過Bentley Openroads Designer+sw_Tools軟件平臺探索出適用于人行天橋設計階段的設計流程，通過航拍照片及測量數據提取獲得精確的三維地模，根據地模進行總體設計，確定人行天橋位置等信息。各專業通過總體設計模型進行協同設計，合理劃分結構模型，避免重復工作量，通過模型校核、審核及審定減少出圖錯誤率及返工率。模型組織根據構件特點及出圖表達需要，建立目錄樹，目的是將結構離散成成若干小零件，然后組裝成相應部件，這與工廠構件加工及現場施工的實際過程完全一致。主要技術人員將最終模型上傳至協同設計平臺，一般設計人員在協同平臺上下載所需的模型，進行相應的切圖和成圖工作。通過協同平臺完成模型和圖紙的電子校審，從而實現無紙化校審。

圖2 BIM技術橋梁應用流程圖

3.2 BIM技術優勢

BIM技術的核心理念是通過建立完整的信息模型，信息模型中各對象互為識別關聯，各階段模型信息具有一致性。根據BIM技術理念，相比傳統二維圖紙設計，BIM技術設計不僅僅是應用可視化三維實體對工程設計的描述，解決二維設計中空間想象能力要求高、復雜結構描述困難等問題，同時可通過參數對構件進行參數化設計，進而將相關參數相互關聯起來實現構件的關聯性設計，提高設計效率，防止人為疏忽帶來的錯、漏、缺等問題。借助于BIM技術，模型具有信息的傳遞性及兼容性，協同設計將設計單位與施工單位及建設單位緊密聯系，協同的范疇也從單一的設計階段擴展至建筑全生命周期，增加設計附加效益。

3.3 BIM技術建立模型

(1)結構模型

基于三維地模，可進行總體平面、縱斷面設計，生成天橋廊道模型。參照總體專業提供的具有上述基本信息的廊道模型，應用橋隧管廊工具欄激活BDAS/Midas梁程序，選擇天橋上部結構計算數據即可沿路線中心線生成帶縱坡的3D橋梁整體模型。下部結構模型中鋼橋墩通過Prostructure軟件建立，承臺及樁基模型通過橋梁構件中承臺模塊快速建立，最終以參照鏈接的方式進行模型組裝。

鋼結構模塊是通過選取參照點及數據輸入的形式進行設計，設計過程中可隨時對結構進行調整，操作簡便，效率高。

(2)普通鋼筋模型

普通鋼筋作為橋梁設計中的重要組成部分，傳統二維設計中僅能通過平面進行表達。針對復雜結構，普通鋼筋布置錯綜復雜，種類繁多，形狀各異，是最難表達的構件之一，SW Tools對Bentley平臺進行了二次開發，通過批量鋼筋、縱向鋼筋、面約束鋼筋、面投影鋼筋、箍筋工具等鋼筋工具模塊可解決復雜結構普通鋼筋模型的快速建立。本工程普通鋼筋模型包含下部結構中承臺及樁基鋼筋設計。鋼筋工具中承臺鋼筋、鋼筋籠的功能，通過參數輸入式三維可視化配筋設計快速建立鋼筋模型，同時鋼筋修改功能可以在原設計參數基礎上進行快速調整。

(3)設計輸出

傳統設計中，圖紙是設計的最終交付產品。而BIM正向設計中，信息化模型可替代傳統圖紙作為設計輸出，簡單構件可通過對三維模型進行拍照并簡單標注的展示方式，表達方式更加簡單、直觀。針對復雜構件，設計師可通過對三維模型進行切圖生成二維平面圖紙，通過三維模型和二維圖紙的結合進行精確表達。BIM正向設計可確保模型與設計輸出的一致性，極大的降低了人為錯誤率，提高了圖紙的準確度。

(4)工程量統計

BIM模型信息中包含模型的幾何信息及非幾何信息，通過幾何信息可獲得構件的精確尺寸，而非幾何信息則記錄構件的編號、名稱及結構材質等信息。BIM正向設計對工程進行工程量統計時，計算機通過非幾何信息對構件進行篩選歸類，通過模型中構件的編號、名稱及結構材質等獨特屬性信息的提取自動生成工程數量表，模型可通過自動編號功能對構件進行編號并生成大樣圖及，實現工程量信息與設計方案完全一致。BIM正向設計告別傳統二維設計中通過人為統計各分項數量的方式，極大的提高了工程量統計的效率，降低了人為錯誤率。

4 結 語

BIM正向設計在建筑行業應用已趨于成熟，但是市政行業應用較少。由于缺乏相應規范及設計指導，BIM正向設計在市政人行天橋工程設計中應用尚未成熟，但其作為提高生產效率、優化工期及保證設計準確率的新型設計方式是未來行業發展的必然趨勢。本文通過實際工程設計信息反饋，參照傳統正向設計思路，通過協同設計的方式，將繁瑣的二維圖紙設計通過三維可視化表達，使設計更加直觀，解放了設計人員生產力，將重點重新回歸設計本身，能夠更好的提高設計品質，為BIM正向設計在市政鋼結構人行天橋設計階段設計提出新思路。