BIM技術在公路橋梁設計中的應用探討

摘要：為解決當前公路橋梁設計中存在的問題，本文對BIM技術在公路橋梁設計中的應用展開研究，分析了BIM技術的應用特點，從建立協(xié)同設計平臺、比選橋梁方案、設計鋼橋細節(jié)、可視化技術交底等方面，探討B(tài)IM技術在公路橋梁設計中的應用，舉例了近幾年來的幾項應用實例，從軟件技術缺乏成熟、對硬件配置的要求較高、對專業(yè)人才的要求較高等角度，探討B(tài)IM技術應用于公路橋梁設計面臨的問題，以期為相關人員提供參考。

關鍵詞：BIM技術;公路橋梁設計;問題

引言

BIM技術在信息時代的發(fā)展下應運而生，全稱為建筑信息模型技術，是一種區(qū)別于我國傳統(tǒng)CAD技術的多維信息集成技術，目前已經在公路工程等多種工程領域中得到了廣泛的應用，可以借助BIM技術來完成對橋梁方案的比選、設計鋼箱梁細節(jié)，非常值得推廣應用。

1? BIM技術的應用特點分析

我國對BIM技術的研究與應用起步較晚，因此尚未實現(xiàn)對這一技術與公路橋梁工程的深度融合。BIM技術在公路橋梁工程中的應用特點如下：

1.1可視化特點

可視化特點是BIM技術最為突出的特點。在傳統(tǒng)的工程建設中，對工程設計信息的傳遞通常需要借助二維圖紙來實現(xiàn)，圖紙中標注的圖形、符號都具有各自的含義，常為施工人員的識圖帶來一定的困難，需要具有專業(yè)素質的技術人員，運用空間想象能力將其還原為三維圖形，這就為工程施工帶來了一定的不便。但在BIM技術出現(xiàn)之后，上述問題得到了顯著的改善。具體而言，公路橋梁工程的設計人員可應用BIM技術將工程的設計信息直觀、形象地展現(xiàn)為三維可視化模式，為施工人員理解工程設計意圖帶來多方位、多視角的助力，保障工程順利、高質量地建設完成。

1.2可傳遞性特點

在公路橋梁工程建設中，應用BIM技術還能夠實現(xiàn)對工程信息的及時傳遞，保證工程項目數據的正確性與時效性。例如，在需要修改工程設計的某一部分時，在傳統(tǒng)工程設計模式下，設計人員需對多個圖紙展開反復的修改，耗費較多的時間與精力，而在應用BIM技術后，在上述環(huán)節(jié)中，設計人員可直接應用電腦程序對項目內容實施自動修改，再借助BIM技術的可傳遞性特點，將修改部分傳遞給其它受影響的圖元，這就顯著提升了設計人員的工作效率，保證了工程項目數據的準確性。

1.3可優(yōu)化性特點

在公路橋梁工程的設計、施工與運營環(huán)節(jié)中，受到多種因素的影響，對工程的設計可能會出現(xiàn)不得不更新、優(yōu)化的情況，這時受到工程復雜程度的影響，工程的設計方、施工方等可能會在更新、優(yōu)化意見上出現(xiàn)分歧，從而影響工程的順利更新完成[1]。此時，運用BIM技術便可取得不錯的效果，例如工作人員可運用BIM技術將工程在設計、施工、資金投入、管理等多個方面的信息搜集、整合起來，為參建方提供更為全面的工程方案，供其展開深入的交流與探討，解決工程建設中存在的問題。此外，工作人員也可應用BIM技術分析工程原材料等信息，進一步優(yōu)化公路橋梁工程，實現(xiàn)良好的建設效果。

1.4模擬性特點

工作人員可應用BIM技術完成對公路橋梁構件，在性能、時間與功能等方面的模擬，甚至可以應用BIM技術模擬公路橋梁建設完成后的實際場景，分析公路橋梁設計中存在的問題，進一步完善公路橋梁工程設計，這種模擬技術具有高度的準確性，能夠大幅度提升工程設計人員的設計效率[2]。

2? BIM技術在公路橋梁設計中的應用分析

公路項目由于里程較長、沿線地形地貌變化較大等原因，公路橋梁設計常涉及到多種橋型的配合使用。一般主線橋多采用裝配式小箱梁、T梁橋型方案，跨越河流、深谷時多采用連續(xù)剛構橋、斜拉橋或者懸索橋等橋型方案，涉及的技術要點繁多，給設計、施工帶來不少困難。因此，借助BIM這一門先進技術，做好公路項目橋梁多種橋型的分析，精細化展示設計、施工中復雜節(jié)點，完成對多種橋型方案的比選、擬定具有重要的意義。

2.1 建立協(xié)同設計平臺

應用先進的測量技術，例如無人機傾斜攝影、激光掃描技術等完成BIM模型基礎數據，借助協(xié)同平臺，建立相應的環(huán)境模型。

下圖為協(xié)同設計平臺的工作流程：

將數字化的路線設計數據上傳到協(xié)同平臺作為公路橋梁設計的基礎數據。使用橋梁BIM設計軟件，生成橋梁方案BIM模型，運用協(xié)同平臺，完成橋梁BIM模型與環(huán)境模型的組裝融合，最終生成大場景化的BIM模型。結合這一模型，對橋梁方案設計的可行性、合理性展開比對，做好對各種數據的銜接與處理[3]。在這種協(xié)同設計平臺的支持下，各專業(yè)使用的基礎數據源是唯一的，避免了因數據存在差異導致設計方案出現(xiàn)錯誤的情況;此外，對這種協(xié)同設計平臺的應用，還能夠實現(xiàn)對設計信息的有效傳遞，例如各專業(yè)設計人員可應用平臺檢查數字化設計成果，確認無誤后再提交給下一階段，為工程設計帶來了許多的方便。

2.2 運用BIM技術，完成對橋梁方案的比選

為節(jié)約造價、方便施工，公路橋梁多采用標準跨徑裝配式橋梁方案，橋跨布置綜合考慮地形地貌、填土高度及跨越物等情況進行布設。在傳統(tǒng)的公路橋梁方案設計中，設計人員通常采用1：2000地形圖、路線縱斷面設計圖進行橋跨布置，雖然能夠保證設計質量，但因為直觀性不足，易忽略部分細節(jié)導致橋型方案不盡合理。例如出現(xiàn)方案設計意圖表現(xiàn)不明、橋梁構造物與被跨越物體的位置關系難以確認等多種問題，而BIM技術的應用能夠有效地解決上述問題。

以某公路工程的設計為例。應用BIM技術，通過對常規(guī)橋梁孔徑信息、跨越物信息、控制信息等的批量設置，快速生成了常規(guī)橋梁方案模型。將BIM的方案模型與地形模型組合在一起，對橋梁方案展開比選，完成對孔徑布置、上下構選型、跨越情況的合理性驗證，取得了良好的設計效果。

2.3運用BIM技術，加強對鋼箱梁細節(jié)的設計

在公路橋梁設計中，常遇到需跨越通航河流、深谷及公路鐵路等情況，這時常規(guī)跨徑裝配式橋梁難以滿足跨越要求，需采用大跨徑的剛構橋、斜拉橋、懸索橋等方案。在大跨徑橋梁中，鋼箱梁應用比較廣泛。鋼箱梁是由頂板、底板、腹板、橫隔板、縱膈板、加勁肋等多個構件共同構成，這些構件會在工廠中節(jié)段制造完成，進而運到現(xiàn)場完成焊接安裝，對工程設計與構件加工的精細化程度都做出了很高的要求。在傳統(tǒng)的公路橋梁設計中，設計人員應用二維圖紙，以節(jié)段劃分的形式，通過對幾個橫斷面圖的展示，完成對鋼箱梁結構的組成以及對加工方案的表達，但這也會造成一些問題，鋼結構加工廠在拿到設計圖時，通常需要對圖紙進行進一步的深化設計，對于設計意圖表述不清的地方，會聯(lián)系設計單位多次修繕，這就延長了工程的工期，也帶來了許多不必要的人力、物力浪費，因此工作人員應運用BIM技術完善這一設計環(huán)節(jié)。

以對某公路跨線橋的設計為例。工程采用了（44+70+36）鋼箱梁，在設計階段中，工作人員主要應用Tekla軟件，設計鋼箱梁的細節(jié)，再運用BIM技術將結構設計與三維設計結合起來，清晰地展現(xiàn)出鋼箱梁中各構件的位置關系。工作人員還借助BIM技術的三維模型，完成了對各構件的預拼裝，以及碰撞檢測，及時發(fā)現(xiàn)設計中不合理的地方并予以修繕，生成直觀的三維軸側安裝圖供施工單位參考。構件加工也應用這一方法，實現(xiàn)了對設計數據與數控加工機床的對接，優(yōu)化了下料信息，提升了構件生產的質量，減少了因設計單位、工廠生產、施工單位溝通協(xié)調不利帶來的人力、物力浪費，縮短了工程的工期并節(jié)約了工程的造價。

2.4 運用BIM技術，完成對懸索橋節(jié)點的設計

在大跨徑懸索橋設計中，鋼桁架的應用較為常見，其主梁節(jié)點錨栓以及索鞍等部位，空間構造較為復雜，若工作人員應用二維圖紙表達這一部分，通常會為施工人員造成許多誤解，橋梁的設計意圖難以準確地傳達到施工階段中，影響工程建設，而BIM技術的應用能夠解決上述問題。

以對某公路大橋的設計為例。這一工程涉及對1000m雙塔單跨鋼桁架懸索橋的設計，工作人員運用了Tekla和Revit等軟件，構建了鋼桁架、索鞍等部位的細節(jié)模型，真實地表達出了橋梁的設計細節(jié)，讓工程的設計階段與施工階段能夠順利地銜接到一起，保證了工程的施工質量。

2.5 運用BIM技術，完成可視化技術交底

工程的技術交底環(huán)節(jié)是設計單位與施工單位展開緊密溝通，共同探討工程的設計意圖以及相應施工要點的環(huán)節(jié)，對保證工程順利、高質量建設完成具有重要的作用。但運用常規(guī)的二維手段表達工程的設計意圖往往是存在缺陷的，容易為技術交底環(huán)節(jié)帶來諸多的不便，導致施工出現(xiàn)問題，為橋梁工程的施工質量帶來很大的隱患，而借助BIM技術能夠解決上述問題。

工作人員可應用BIM技術模擬關鍵的施工工序，將工程的設計意圖以三維可視化的方式展現(xiàn)出來，對于施工中應當嚴格注意的地方，可直接標示出來，以此實現(xiàn)對工程設計意圖的準確表達。也可運用BIM技術制作針對施工組織設計以及施工作業(yè)指導書中關鍵步驟的演示動畫，提供給施工單位，為技術交底環(huán)節(jié)帶來更多的支持，保證工程施工的品質。同時對于工程涉及的關鍵施工工法，以及相關的施工工藝，可直接制作為技術交底庫，為施工階段以及后續(xù)其它類似工程項目的施工帶來參考。

3? BIM技術應用于公路橋梁設計面臨的問題

3.1 軟件技術缺乏成熟

我國BIM技術發(fā)展起步較晚，因此在當前的公路橋梁工程中，設計人員應用的BIM軟件仍以國外的軟件為主，這些國外軟件的開放性較大，與工程的相關規(guī)范標準的貼合程度不佳，應用效果不夠理想。由此可見，對國外BIM軟件的本土化工作迫在眉睫，相關工作者應結合我國的規(guī)范標準、設計習慣，做好對BIM技術相應功能的本土化處理以及二次開發(fā)，保證其能夠被更好地應用到實際的工程建設中。同時，相關研發(fā)者也應做好對本土軟件的研發(fā)工作，發(fā)掘我國在BIM技術發(fā)展方面的潛力，最終實現(xiàn)以本土化的軟件，助力橋梁工程的設計與施工。

3.2 對硬件配置的要求較高

對公路橋梁工程的設計，本就需要用到大量的工程信息，除公路橋梁自身的信息以外，還包括公路沿線的地質情況、地形地貌以及其它自然、人文信息。因此，應用BIM技術在公路橋梁設計中生成的模型，體量也是較大的，在建模以及對相應信息的處理上，通常需要較好的硬件配置，如此才能夠順利完成對BIM技術的應用。

3.3 對專業(yè)人才的要求較高

公路橋梁工程建設對BIM技術的應用，涉及到設計、施工、運營管理等多個環(huán)節(jié)。在設計階段的應用，就涉及到建立模型、信息傳遞等多個方面，對設計人員的專業(yè)素質提出了很高的要求。設計人員必須對項目各階段的相關信息具有充分的了解，同時還能夠運用BIM技術將這些信息直觀地表達出來。由此可見，對BIM技術的應用，對專業(yè)人才的要求是較高的，而當前在這一方面的專業(yè)人才還是比較稀缺，也影響了對這一技術的應用效果。

4 結束語

綜上所述，在公路橋梁設計中應用BIM技術，能夠為設計人員帶來諸多的幫助，提升工程設計的可行性，促進工程設計階段與其它階段的有力銜接。此外，應用這項技術在一定程度上還能夠實現(xiàn)對工程造價的節(jié)約，提升工程的經濟效益。因此，相關工作人員應做好對BIM技術的研究與學習，盡可能將其全面引入到公路橋梁設計中，從而促進公路工程事業(yè)的進一步發(fā)展。

參考文獻：

[1]蘭桂芳.計算機技術在公路橋梁工程施工中的應用[J].交通世界，2021（10）：3-4.

[2]馬汝杰.BIM技術在改擴建公路橋梁勘察設計中的應用研究[J].公路，2021，66（03）：85-89.

[3]王建.公路橋梁設計中BIM技術的運用分析[J].黑龍江交通科技，2021，44（01）：246-247.

作者簡介：張俊生（1973-），男，漢族，遼寧錦州人，碩士，高級工程師，從事公路橋梁設計工作