BIM技術在異形橋梁設計中的應用

摘要：異形橋梁中的異形構件較難繪制，采用傳統的BIM設計方法不僅會導致設計工程量巨大，還會使設計師進行大量機械勞動，流程過于復雜和重復，并且會使設計師設計效率降低，不利于設計工作的展開。以某市大跨度異形橋梁A為例，借助Autodesk中的設計軟件，與Dynamo編程節點的方法，建立了針對異形橋梁的簡化設計方法。對不同材料的模型分別提取出所需的工程量，將提取出的工程量使用Excel表格的形式導出，整理成為計價清單，最后采用廣聯達等造價軟件計算出整體工程量并生成費用清單。通過比較校核，發現本文所采用的BIM方法計算的工程量與原本的工程量相差達13.88萬元，差值占總量的0.482％，總體計算效果較好。

關鍵詞：BIM；工程設計；工程量；異形橋梁

0" "引言

隨著社會經濟的發展，衡量一個城市發展建設程度的標準除了人口、工業、GDP之外，地標性建筑成了辨別城市發展程度的另一標準，如上海電視塔，北京央視大樓、深圳帝王大廈。隨著建筑行業的發展，越來越多的異形建筑步入了人們的視野，傳統的設計技術在面對新型建筑上存在許多缺點，并且限制因素較多，難以滿足人們對外觀設計的要求。BIM（Building Information Modeling建筑信息模型）作為近些年興起的技術，通過三維圖形為主，借助各構件為導向，可對建筑橋梁等設施的細節部分進行更為詳細、直觀的設計。

BIM技術作為近些年興起的技術，在工程設計、工程管理、成本管理等方面均有著較大的發展潛力。針對BIM技術在建筑、市政方面的應用前景，不少學者對此進行了研究[1-3]。王全躍 [4]基于BIM技術在實際工程應用中表現出的實效性，和后續建筑施工管理過程中的應用，對BIM在設計-施工的管理效果進行了總結，發現BIM在施工進度管理、質量管理及成本管理方面具有較好的效果。陳俊良認為當前設計的生產管理均圍繞二維圖體進行，此流程存在諸多缺陷，不利于建筑設計的效率及質量提升，并指出將BIM技術參數化處理能夠簡化設計工程流程，可降低設計成本。楊美媛[5]基于正交試驗的結構體系，借助BIM平臺的Dest軟件對建筑內的室溫進行模擬，通過不斷對自然室溫的優化選取，不斷對所設計的方案進行模擬，得出了自然室溫下最佳建筑設計方案。

雖然不少學者對BIM技術在建筑領域中的應用給出了一定的研究，但對于異形橋梁在BIM設計中的使用研究較少。針對于此，本文以某市大跨度異形橋梁為例，借助Autodesk中的設計軟件，建立針對異形橋梁的簡化設計方法，為以后此種類似項目提供一定的借鑒作用。

1" "工程概況

某市大跨度異形橋梁集中分布于該市北部地區的生態區內，這些異形橋梁構建了聯系該市東西部地區的經濟走廊。該經濟走廊全長達20km，總共包含6座大跨度的異形橋梁和一座長達9.8km的高架步道，其中6座大跨度異形橋梁總長度達1.1km，高架步道寬2.5m，異形橋梁寬達3.6m。

本次的主要研究對象為6座大跨度異形橋中的A橋。A橋通過彎曲的橋面與拱形構造，成為該市的地標建筑。其中A橋全長120m，橋梁整體寬度為4.2m，橋拱與標準高程差為30m，橋曲面傾角30°，橋拱傾角約為58°，橋梁主跨構造為單側懸掛式構造，高度約為91.8m。由于該橋所處地理位置復雜，施工難度較大，因此需要采用BIM技術從空間維度尋求簡化施工流程的方法。

2" "BIM設計應用

異形橋梁中的異形構件較難繪制，采用傳統的BIM設計方法，不僅會導致設計工程量巨大，還會使設計師進行大量機械勞動，流程過于復雜和重復，并且會使設計師設計效率降低，不利于設計工作的展開。本文通過借助Autodesk中的設計軟件，建立針對異形橋梁的簡化設計方法，將其進行可視化、批量化處理，并針對施工中的難點部分進行處理，為以后此種類似項目提供一定的借鑒作用。其中技術路線圖如圖1所示。

為了保證整個模型的運行效率，提高路線過程中的軟硬件的流暢程度，確保施工進程能夠穩步推進，本文按不同的施工工藝與施工區域，對模型進行不同的拆分。將整個異形橋梁拆分為橋梁上部、橋梁下部以及橋面和附屬結構，并結合CAD對拆分的部分進行整合處理。

對于不同的圖元，應當使用不同的處理方法。當圖元數量較多且圖元表現出的變化具備一定的規律時，可采用參數化進行處理，通過量化對其進行精準的修改處理。若圖元數量較多且無規律呈現時，可通過針對Autodesk二次開發的插件，對異形圖元進行布爾運算，以此解析圖元的內在特征。然后可借助該方法，對該種特點的圖元進行批量處理。

對于圖元的批量處理是本文BIM應用中的難點之一。其處理工作量較大，對于不同拆分的部分，處理方式不同，且與工程整體的規模程度有關，工程規模越大，其處理量隨之上漲。為了應對工程中的巨大處理量，本文借助Excel的數據處理能力構建圖元數據庫，將不同圖元信息借助Excel錄入構建的數據庫中，之后通過 Dynamo 將錄入的圖元進行篩分檢查，以此保證對圖元的更新與替換。圖2為異形橋梁側視圖

使用revit進行建模完成后，將模型導入 Sofistik 進行模擬計算，通過在不同工況下進行模擬，選擇最優解。Sofistik中共包64種工況，最終結果需要滿足Sofistik軟件中的64種工況。除此之外，還需要滿足拱、主梁等結構的最大豎向位移，并保證在231mm范圍內。

本次的工程結構二者最大豎向位移分別為128mm、211mm，滿足位移限制。在滿足位移限制之后，借助特征值法和相容矩陣法對異形橋梁進行自振模擬。根據模擬，本文共設計了50 階振型。針對不滿足要求的振型，設置阻尼器等方式進行改進，以提高行駛舒適度。其阻尼器設置如圖3所示。

在建模完成的基礎之上，采用編程獲得橋梁凈高度，將此高度輸入至Excel獲取凈高圖。在凈高設置完成后需要對其水平高度進行調節。采用Dynamo軟件將橋墩水平面投影按Z軸，將其投射到橋梁中線上，并選擇合適的位置進行平移處理。其處理過程如圖4所示。

通過該軟件節點對所需要的圖元參數進行調節，并借助Element.SetParameterByName對圖元參數進行設計或者修改，借助此方法達到對圖元進行控制或者修改的目的。圖5為調節后的橋梁放置效果。

傳統方法對橋梁參數的調節重復性較高，本文采用的Dynamo編程方法可在實際工程中，針對不同的工況對橋梁參數模型進行修正。如可通過不同的工況，對橋梁的路線、橋墩高度、橋面凈高、橋面坡度等參數進行修改，通過這種方式實現了上文所述的參數化效果。通過這種參數化效果，可避免工程師的重復操作，達到節省工程設計成本、縮短設計時長的效果。在結構分析完成后，需要按照圖紙進行圖紙校核。本文主要運用BIM模型校核，對圖紙中的控制點編號、標高、位置形狀等問題進行檢查校正。

對圖紙中的控制點編號、標高、位置形狀等問題進行檢查校正完成之后，需對總工程量進行校核。對工程量的校核仍采用Dynamo 軟件進行編程，根據工程量計算標準，對不同材料的模型分別提取出所需的工程量。將提取出的工程量使用Excel表格的形導出，整理成為計價清單，然后采用廣聯達等造價軟件計算出整體工程量并生成費用清單，之后與原清單進行比較校核。本文所生成的工程量如表1所示，通過比較校核，最終發現本文所采用的BIM方法計算的工程量，與原本的工程量相差達13.88萬元，相差較小，差值占總量的0.482％。

3" "結論

異形橋梁中的異形構件較難繪制，采用傳統的BIM設計方法不僅會導致設計工程量巨大，還會使設計師進行大量機械勞動，流程過于復雜和重復，并且會使設計師設計效率降低，不利于設計工作的展開。BIM（Building Information Modeling建筑信息模型）作為近些年興起的技術，通過三維圖形為主，借助各構件為導向，可對建筑橋梁等設施的細節部分進行更為詳細、直觀的設計。

本文以某市大跨度異形橋梁A為例，借助Autodesk中的設計軟件，與Dynamo編程節點的方法，建立了針對異形橋梁的簡化設計方法，得出如下結論：

異形橋梁中的異形構件較難繪制，采用傳統的BIM設計方法，不僅會導致設計工程量巨大，還會使設計師進行大量機械勞動，流程過于復雜和重復，并且會使設計師設計效率降低，不利于設計工作的展開。

對不同材料的模型分別提取出所需的工程量，將提取出的工程量使用Excel表格的形導出，整理成為計價清單，之后采用廣聯達等造價軟件計算出整體工程量并生成費用清單，通過比較校核，最終發現本文所采用的BIM方法計算的工程量，與原本的工程量相差達13.88萬元，差值占總量的0.482％，總體計算效果較好。

參考文獻

[1] 艾思平. BIM技術在建筑行業中的應用[J].安徽水利水電職業技術學院學報，2017，17（1）：31-34.

[2] 牟茗，韓寧.建筑信息模型（BIM）技術對建筑行業信息化的影響[C]// 2008年全國高等學校建筑院系建筑數字技術教學研討會論文集. 2008.

[3] 劉學賢，雷霆，雷言清. BIM技術發展對傳統建筑設計行業的沖擊與應對策略研究[J].城市建筑， 2019，16（5）：3.

[4] 王全躍.BIM技術在建筑領域中的應用[J].建筑工程技術與設計，2017（23）：220-220.

[5] 楊美媛，秦以鵬，張偉捷.自然室溫參數驅動的BIM建筑設計研究[J].河北工程大學學報：自然科學版，2015，23（1）：5.