BIM技術在橋梁設計階段的應用探討

陶晨晨 毛瑞敏

[ 作者簡介 ]

陶晨晨，男，河南商丘人，河南省交通規劃設計研究院股份有限公司，助理工程師，碩士，研究方向：橋梁設計。

毛瑞敏，女，河南周口人，河南省交通規劃設計研究院股份有限公司，助理工程師，碩士，研究方向：橋梁設計。

[ 摘要 ]

現有的大跨度橋梁設計大多仍沿用傳統的二維設計，并且主要是由工程管理人員依據施工管理經驗來制定。然而，由于橋梁工程的設計比較復雜、構件數量多，單憑二維圖往往只有在施工過程中才會察覺問題，這不僅會影響到工程的進度，還會增加項目的成本，也會給施工帶來潛在的風險。而BIM技術則可以通過數字建模來實現工程的設計，建設和管理運行的整個流程。充分運用BIM技術搭建的信息共享平臺，可以有效地提升橋梁建設的工作效率，節約成本，減少不合理的設計。目前，BIM技術在橋梁施工中的運用還比較少見，因此，將BIM技術用于橋梁工程中的應用就顯得尤為重要。

[ 關鍵詞 ]

BIM技術；橋梁設計；應用

中圖分類號：TU99

文獻標識碼：A

DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2022.15.060

BIM技術，即建筑的信息建模技術。BIM技術的關鍵在于通過對目標建筑進行數字化建模，對目標建筑物進行虛擬立體模型的建設，以便于對建筑信息進行集中處理，BIM技術中的仿真處理器還能夠較快地檢測出道路橋梁的設計問題。橋梁施工的環境復雜、規模大、構件眾多，采用BIM技術可以很好地解決上述問題，所以其在橋梁施工中的應用將會更加廣泛。

1 BIM技術的優勢

BIM技術也被稱為建筑信息模型，它主要是通過運用計算機、信息技術、土木工程等多個專業知識，結合一些高新科技，利用計算機、信息技術等先進技術，構建了虛擬場景，并在此基礎上，搭建接近現實的建筑模型，避免人為的技術失誤，減少建筑的設計錯誤，提高建筑的質量和工作效率。

1.1 精準性

在實際橋梁設計中，為了保證設計的精準性，需要對各種結構進行合理、可行的數據支持。在我國絕大部分的橋梁工程設計中，如果采用手工繪制的設計方案可能有很大的失誤。有時候，只有在項目進行中才能從設計圖紙上找出設計上的問題。BIM技術在實際工程中具有很強的計算能力，可以用于橋梁設計的各個階段。在橋梁設計中，既要考慮到各種構架之間的協調，又要考慮到具體的環境條件，對其進行長寬高的預測。而利用BIM技術進行精確計算，能解決設計圖紙資料不精確的問題。

1.2 可視性

傳統的橋梁設計都是通過圖紙繪制出各種不同的結構，并進行相應的數據標記，設計者在設計圖紙上繪制出立體的三維影像，有一定局限性，而對橋梁結構的設計并未進行具體的運用，因此在工程建設中會出現許多不確定因素。將橋梁結構圖與BIM技術相結合，從而得到最基礎的模型，可以很好地解決這個問題。利用BIM技術，可以使設計者對每一種結構有全面認識，既能有效地規避橋梁的安全隱患，又能使設計者更好地做出正確的設計決策。

1.3 協調性

許多時候，使用CAD制作的橋梁設計圖，在實際應用中往往會出現一些不協調、不實用的問題。BIM技術可以有效地彌補這種設計上的不足。通過對BIM技術的分析，提出了一種基于BIM技術的橋式結構模型，在保證施工安全的情況下，能對工程進行有效的改善。因此，BIM技術不僅可以極大地改善橋梁的設計協調，而且可以確保建成后的橋梁工程的實用性。

2 橋梁的設計和施工特點

2.1 構造設計復雜

由于橋梁工程在整個建筑行業中所占比重日益增大，因此，施工單位對其進行合理的設計也更加被關注。在進行橋梁工程設計時，應充分運用力學知識來保證各節點的穩定。我國現行的機械結構設計較為煩瑣，采用常規的機械結構設計方法，往往難以在短時間內得到解決。

2.2 預制構件數量較多

隨著裝配式建筑的廣泛采用，許多橋梁項目也開始采用這種方式。為方便現場的安裝，一些預制件要在原來的工廠生產。所以，在現場安裝時，若發現零件尺寸不符合要求，則要進行加工，這不但會影響工程的進度，還會造成成本的上升，從而降低企業的經濟效益。

2.3 施工現場的環境復雜

由于橋梁起著至關重要的作用，它的使用范圍比較廣，且不同的橋梁工程所面對的環境也不盡相同，因此無法完全借鑒以往的設計和施工經驗。在正式施工前，技術人員應根據施工現場的具體條件，制定合理的施工方案，提高施工的效率和質量。

3 BIM技術的重要性

BIM技術是將三維建模技術應用于建筑的三維虛擬模型，并將各種相關的信息納入其中。隨著計算機行業的飛速發展，與建筑設計有關的軟件也越來越多樣化。在BIM技術的輔助和支持下，可以對橋梁工程的設計方式、工期和成本進行有效的規劃。通過對工程造價等各方面的數據進行分析和控制，能夠對工程的具體情況進行全面的了解，以便設計者能夠針對實際情況做出相應的調整，以提高設計的科學性和合理性。此外，BIM技術的輔助與支撐，使我國的傳統工程設計方式和技術方法發生了革命性的變化，使各種業務、流程得到了創新與發展，使整個工程施工過程更精細更協調，大大提高了工程建設的質量。此外，BIM還可以通過相關的數據信息，將數據轉化為實物，還可以監控建筑施工過程中的實際數據變化。施工單位在這一基礎上，對工程的整體設計水平可進行優化，降低了工程的預計成本，提升了工程整體的質量。

4 橋梁設計中BIM技術的運用策略

4.1 在可行性分析階段的運用

在橋梁工程的設計中，可行性分析是一個非常重要的階段，它直接關系到整個橋梁工程的施工質量，并對可能出現的潛在問題進行全面的分析，從而為今后的橋梁工程建設提供有力的支撐。BIM技術在橋梁工程可行性分析中的作用是非常明顯的，它可以通過對各種數據全面、詳細的分析來綜合評價橋梁工程的可行性，從而保證以后的方案設計工作更有針對性。BIM系統中的海量數據和信息成功地導入相應的BIM平臺，實現對橋梁結構系統的正確分析和評價，并對各種不同的橋梁結構方案的使用效果進行預測，對不可行的項目進行適當的調整，保證后期建設的經濟合理，不會給未來的計劃造成太大的限制和影響。

4.2 在施工圖設計階段中的運用

BIM技術在橋梁工程的設計中的運用充分體現在施工圖紙設計上。過去的橋梁工程設計采用的都是二維平面設計，這不僅增加了設計者的工作難度，而且很有可能會造成錯亂問題，從而影響施工圖的使用。然而，BIM技術的運用使設計者可以充分利用其強大的三維建模能力，對橋梁工程進行整體的規劃，使其更加全面、細致，同時也能將橋梁工程的方方面面都考慮進去，從而為以后的施工提供一個好的參考。為使后續的橋梁工程施工進一步優化，BIM技術還能對2D圖進行最優輸出，并能根據不同的施工要求，繪制出相應的二維平面圖，從而對后續的施工工作有較好的指導作用。例如，利用BIM技術可以將不同的橋梁構件的結構參數直接反映出來，從而促進結構的生產和安裝，避免結構設計中存在的問題，如圖1。

4.3 在方案優化階段的運用

BIM技術在橋梁工程設計中的應用，也是非常重要的部分，它能更好地指導后續的施工作業，防止出現問題和錯誤，從而影響到橋梁工程的最終效果。BIM技術在橋梁工程設計中的運用，能夠全面地分析橋梁工程的設計方案，從而更好地識別出可能存在的安全隱患和缺陷，并對其進行改進。在傳統的二維平面設計中，許多構件之間存在著重疊、重合的問題，使得優化分析變得困難，而且無法形成較好的工程驗證結果。然而，BIM技術可以進行直觀的可視化分析，從而判斷出各構件的大小和連接方式，從而避免出現重大的偏差。基于BIM技術，通過對管道碰撞的監測可以全面地分析橋梁工程的設計方案，從而及時地發現問題，并通過自動分析軟件對其進行改進和優化，使其在虛擬安裝施工模式中得到更好的完成。

4.4 對設計變更的響應

設計是指導施工的基本原則，在進行橋梁結構設計時，應從施工的角度進行分析。橋梁的設計工作量很大，特別是吊車、吊籃等，如果每一種尺寸的改變都會對施工進度和造價產生一定的影響。在操作過程中很容易出現設計上的變化。為了有效地控制這些問題，在設計前期可以采用BIM技術對各種對橋梁施工設計產生影響的各種參數進行監測。在設計變更時，使用裝載修改后的BIM模型，通過警示信息可以對預警參數進行驗證，并就其對設計的影響進行分析，盡量減少由于審核不及時和人為原因而導致的疏漏。

4.5 在橋梁項目后期的應用

在橋梁項目的后期，BIM模型的設計審查與碰撞檢驗是必不可少的。橋梁工程的各項指標都有很高的要求，BIM試驗可以使設計者更好地檢驗其結果，從而提高試驗的效率，當出現問題時，可以對其進行修正。同時，也可以為以后的工程建設打下堅實的基礎，減少工程建設過程中的問題，進一步深化BIM的建模，并在BIM項目的監督內形成分析報告。由于三項式應力管線和斜拉鎖等復雜的結構體系，導致了其內部結構空間的復雜性。傳統的二維CAD繪圖難以準確地表示出不同的構件，若各工程的工作人員之間缺乏有效的溝通，將會給施工帶來很大的難度，導致施工質量的下降，從而帶來不必要的損失。同時，由于圖形的表現會導致大量的信息流失，導致設計者無法充分表達自己的想法，部分組件在項目中的位置發生了矛盾。利用BIM技術可以在極短的時間內對橋梁構件進行三維建模，并進行三維可視化的技術交底。同時，還可以將維護信息添加到設計中，為橋梁的建設提供一定的支持，從而增強信息的完整性。在工程建設中，一旦出現問題，就可以快速地找出問題的根源，并加以改進。

5 結束語

本文通過對BIM技術的分析，得出了BIM技術在橋梁施工中的重要性，通過三維模型構件的建立、數據處理和分析，可以幫助設計和選擇橋梁施工過程中的集中管理，保證施工過程的安全，提高施工效率。BIM技術雖然在工程實踐中仍有一定的缺陷，但只要能根據工程的具體情況，選擇合適的施工方案，并加強對施工的監管與指導，就能使BIM在施工中的作用得到最大化。

參考文獻

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