BIM技術在橋梁設計階段的應用探討

王亞文

晟遠工程設計集團有限公司 山東 煙臺 264000

1 BIM技術概述

建筑信息模型（BuildingInformationModeling）簡稱BIM，該技術在現階段我國工程行業中的應用越來越常見，也得到了高度認可，自2002年提出至今，確實在多個領域發揮出了重要作用。基于BIM技術在工程項目中的實際應用來看，其最突出的特點就是構建三維立體模型，進而借助這一虛擬化模型實現對整個工程項目的優化支持，在建設工程項目實際施工中能夠表現出更強的指導效果，在降低工程項目負責人工作壓力的同時，也有助于提升整體建設水平。在BIM技術的實際應用中，為了更好地實現三維立體模型的構建和應用，最關鍵的是確保相關信息資料的充分準備，尤其是對于工程項目中涉及的所有構件，都需要準確掌握其幾何信息以及屬性信息，進而才能夠有效進行整體模型的優化構建。從工程項目中BIM技術作用表現上來看，其不僅僅可以在規劃設計環節中發揮較理想的指導作用，往往還能夠較好地服務于全過程的優化管控，積極協助項目管理人員完成工程建設任務[1]。

2 BIM技術在工程設計中的優勢

2.1 方便各專業協調一致

各專業設計人員完成本專業設計工作，通過中心文件等方式進行數據通信，實現數據即時更新。

2.2 實現并行設計

BIM模型中數據實現結構化，整個模型由少量數據控制，橋梁設計可在缺少詳細信息的情況下建立較粗糙模型，待獲取詳細信息后進行少量更新即可完成設計，避免了傳統設計中各設計工作相互耦合。

2.3 提高設計質量

在BIM設計過程中，設計人員的所有工作都是在模型中完成，輸出的2D圖紙僅為BIM模型成果表達，且輸出過程由程序自動完成，沒有人工干預，減少低級錯誤。

在設計工作進行中，校審工作也可在模型中同步進行，校審人員在模型中直接標注校審意見，設計人員進行實時修改，避免同類錯誤反復出現。

設計工作完成后，對細部構件校對校核可按類型進行，對同一類構件僅需校核其中有代表性的一個成果，即可驗證其內部邏輯關系的正確性[2]。

3 BIM技術在橋梁設計階段的應用

本文以一大型國際機場快線南延段改建工程的區域設計標準為國際范例，對南至k10+245～k15+087的重點區域進行了設計。整體布局∶本次高速鐵路建設采用了"主線高架+地面輔道"的鐵路建設總體方案，與上海寧奉城際高速鐵路自動軌道交通線共同共建，沿線設計預留自動軌道互通立交1對、新建3對雙向平行互通立交匝道和2個自動軌道互通立交車站。道路施工規模∶我國高架公路標準段雙向6車道，考慮到目前受高架交匯處交通的影響，已在部分高架路段增設了地下輔助自動車道，地面輔助輔助自動車道改為標準段雙向6車道。

3.1 可行性分析階段的應用

在橋梁工程項目設計階段中，可行性分析是比較關鍵的一環，其決定著整個橋梁工程項目是否具備建設條件，對于其中可能存在的一些隱患問題能夠全方位分析，進而為后續橋梁工程項目的建設提供可靠支持。BIM技術在橋梁工程項目可行性分析階段的應用價值突出，其可以在較為全面詳盡分析各個相關資料信息的基礎上，對橋梁工程項目的可行性進行綜合評判，進而確保后續規劃設計工作更具目的性。在BIM技術的應用下，橋梁工程項目規劃設計人員可以根據獲取的大量數據信息資料，順利導入相應BIM平臺，進而促使這些數據信息資料能夠得到準確分析評估，對于可能構建的橋梁結構體系進行預判，考慮多種橋梁結構方案的應用效果，對于完全不可行的項目進行恰當調整，確保后續建設經濟合理，避免過高預期帶來嚴重制約和影響。

3.2 初步設計階段

利用工業BIM工程技術軟件，根據本專業課程的總體方案設計及示意圖，自動完成本專業課程中所有道路、高架及橋梁的工程主體框架結構和輔助基礎設施、管道及隧道路燈等的設計建模，并自動程序生成BIM技術模型相應的建模文檔、工程量成本統計、工程成本估算等報表，繪制模型文檔之后，繪制圖片和工程模擬圖，并繪制高速漫游的工程視頻，從而使各專業的工程設計人員能夠協調好各專業的設計工作，提前對各專業在進行工程設計時可能遇到的各種問題進行準確的分析和預測，從而減少了設計者的時間。持續期預算對整體設計稍做修改。

3.3 施工圖設計階段的應用

橋梁工程項目設計階段中，BIM技術的應用還具體表現在施工圖設計方面，這也是BIM技術應用優勢較為明顯的環節。在以往橋梁工程項目設計中，往往采取二維平面設計方式，不僅僅明顯加大了設計人員的工作難度，也極容易出現錯亂問題，相應施工圖的應用價值受損。但是，在BIM技術的應用下，設計人員可以充分依托強大的三維立體模型設計功能，更好地實現對整個橋梁工程項目的綜合處理，確保設計方案更全面詳盡，能夠兼顧到橋梁工程項目的各個方面，對于后續施工建設也可以形成良好的指導作用。在具體施工方案的擬定中，BIM技術的應用可以更好地輔助相關人員進行橋梁工程項目的詳細分析，促使橋梁工程具備更強的可視化特點，進而輔助施工方案擬定人員進行深入綜合分析，隨之選擇最適宜合理的施工工法，確保后續施工操作能夠得到較為理想的指導。為了更好地優化后續橋梁工程項目施工效果，BIM技術的應用還可以進行二維圖紙的優化輸出，根據不同施工需求，可以呈現出相應的二維平面圖紙，以此更好地指導后續施工操作。比如，在各個橋梁構件的應用上，BIM技術的應用就可以直接導出其各項參數信息，促使其生產制造以及安裝更具目的性，規避該方面出現的明顯偏差問題[3]。

3.4 方案優化階段的應用

對于橋梁工程設計中BIM技術的應用而言，方案優化設計同樣也是比較關鍵的一環，可以更好地實現對后續施工操作的有效指導，避免因為設計中存在的問題和缺陷，影響最終橋梁工程項目建設效果。在橋梁工程設計方案的優化中，BIM技術的應用可以關注到各個細節，對于橋梁工程項目設計方案進行綜合分析，以此更好地明確可能出現的設計隱患和漏洞，同時進行必要修改和完善。在傳統二維平面設計中，因為很多構件存在重疊和重合問題，進而難以進行優化分析，也很難形成良好施工驗證效果。但是，在BIM技術的應用下，技術人員可以直接在BIM模型中進行可視化分析，了解各個橋梁構件之間的關系是否恰當，對于各個構件的尺寸以及連接方式進行評判，避免出現嚴重偏差問題。在此基礎上，BIM技術的應用還可以利用管線碰撞檢測程序，對于橋梁工程項目設計方案的各個方面進行綜合分析，有助于及時發現異常問題，并且利用自動化分析程序進行改進和優化，最終在虛擬化安裝施工模型中進行更好的優化完善。

3.5 創建三維模型

首先是建立族庫。BIM技術中，利用BIM模型構建軟件建立組合項目中的多個構件。在軟件當中，參數化構件即可視為族，族是一種重要的載體，承載了大量的參數信息。技術人員需依據設計的基本要求，靈活建立不同類型的構件族。橋梁設計中，新建族能充分利用現有的參數化樣板族，僅需調整樣板族參數。這種處理方式能有效提高建模效率，縮短建模時間。人員可將建立的構件族錄入并保存于族庫當中，在日后的工程中，如需要相似的構件族，便只需更改類似構件組的參數，有效減少重復性的工作內容。如在建設橋梁族庫的過程中，應先建立基礎族，隨后建立墩臺族，最后建立主梁族。

其次，建立信息化整體模型。建立BIM模型的過程中，先要在模型創建軟件中建立多個構件族，進而創建族庫。隨后在軟件中建立項目文件，在族庫當中選擇需要的構件族，將構件族載入項目文件，合理調整構件的位置，形成信息化模型。在建立橋梁BIM模型的過程中，需基于地形和地質條件，在建好的基礎族庫、墩臺族庫和主梁族庫當中選擇需要的構件族，并將構件族導入項目文件，之后合理調整項目文件中構件的具體位置，構建信息化模型，嚴格按照實施標準深化信息化整體模型，一方面優化施工圖出圖效率，另一方面有效加強模型的向下傳遞性。

3.6 深化階段

根據本次建模過程中各個階段的設計模型及所要提出的相關設計問題，匯總了各個相關專業的問題分析報告，針對這些問題制定了解決的措施，對相關的設計方案和技術進行了優化，并且及時更新了模型。基于總體結構的模型，增設了排水、道路燈、圍欄等其他附屬裝置。對已經搭建的模型要求進行項目工程量統計、設計文件的集成和歸檔。將與本次工程相關的圖片文件、施工仿真模擬視頻都關聯到了模型中，可以通過直接打開該文件來對其進行檢索和查詢[4]。

3.7 地下管線的綜合規劃設計

管線綜合設計是指在道路和橋梁地帶區域不同的專業工程平面位置和橫豎向高度之間相互協調的一個工作內容。在我國道路和橋梁的設計階段，要通過綜合地分析各種相關信息數據資料，規劃各條管線的具體走向、品種以及其管徑等參數，優化各個參數的內容，然后用BIM技術來構造一個管線的動態分布模型。當車輛完成了建模時，要認真地做好對于碰撞檢查和監測的分析，根據檢查結果總結出報告的內容。通過BIM技術對其管道進行了綜合性的調控，確定了管道的具體大小，進而給予了施工的參考和支持。

3.8 三維場地分析

在橋梁設計中，應考慮場地的實際情況。設計中以多種建設方式打造實物，實物與場地條件有著密切聯系。合理利用BIM技術，可加強場地的三維分析，以較短的時間計算土方量。創建土方調配圖表，選擇需要移動的土方量和移動方向，模型可自動提取工程量，以加強土方量的平衡控制效果。做好項目成本分析，能降低工程造價，為后期的施工管理創建良好條件。該技術可與GIS技術、GPS技術深度融合，基于橋梁構筑物和建設場地數據信息建模，保證工程設計過程中能夠自動生成與之對應的工程圖紙，進而滿足工程實際和設計需求，有效控制橋梁工程建設中可能遇到的難題。

3.9 工程量統計和控價設計

應用BIM技術核心軟件創建的數據信息模型，能融合多種不同的數據，如多種構件圖元、模型和視圖的相關圖元、不同圖元間的相互關系。當前，人員在日常工作中可采取有效措施建立BIM技術核心軟件，在訪問內部文件的過程中了解設計效果，也可基于軟件提供的數據庫連接口，獲取工程實體信息。應用BIM技術能自動計算工程量，也可保證成本估算的準確性與科學性。設計人員可仔細比較多個工程方案，隨后選出最佳方案。此外，BIM模型自動計算工程量功能在設計預算、竣工結算中均可發揮重要作用，切實加強工程量和成本計算的準確性[5]。

4 結束語

城市橋梁道路工程是國家重點的大型城市交通基礎工程，保證了我國整個城市的道路交通暢通，也為城市居民日常生活和室外工作活動提供了極大的方便。運用BIM等技術對我國道路主體橋梁進行三維設計和監理分析，可以充分利用工程信息化等多種技術手段，構建橋梁的三維基本模型，實現對橋梁主體結構、設施及各種基本模型，如行人和交通管線等的三維一體化設計管理和實時監控，從而從根本上有效地改善和持續提高我國道路主體橋梁監理設計和監理分析的服務質量，促進我國現代城市工程建設和經濟發展。