基于BIM 的橋梁智慧化設計系統研究

韋澤鵬，成家勝

（海南省交通規劃勘察設計研究院，海南 海口 570206）

1 技術路線

橋梁智慧化設計系統通過將橋梁設計條件輸入計算機，在橋梁構件數據庫中通過填寫表格，應用設計的邏輯算法進行初步篩選，推薦出計算機所認為的適用于當前條件狀態下的構件、橋型。工程師可根據得到的結果進行調整，對計算機推薦的橋型和構件在三維模擬軟件中進行拼裝。通過軟件之間的轉換進行建模計算和科研論證，通過則可進入施工方案制定環節。對于施工過程進行施工碰撞檢查和施工過程模擬對預先發現的問題修改。通過三維模型有效地將設計和施工協同，高效地解決工程過程中的管理問題[1]。

橋梁智慧化設計系統的技術路線如圖1。

圖1 橋梁智慧化設計技術路線

2 BIM 構件庫

本文選取Revit 作為BIM 構件庫開發的載體，構件族庫遵循多類型參數聯動、自適應的特點進行開發。

2.1 多類型聯動參數化技術

BIM 構件族庫對相似的構件建立標準件，建立完整的構件庫后進行參數化設計，通過控制構件模型的參數達到快速適應新模型的目的，如圖2 所示，工程師通過修改H1,H5,H7 改變梁高。通過改變H2,H3,H4,H6改變梁寬度。族庫部分族支持參數多聯動化，如圖3所示，通過設置參數間公式，通過修改H2 聯動修改H3,H4,H5。

圖2 參數化T 梁構件

圖3 參數化橋墩構件

2.2 自適應

構件數據庫中各構件符合自適應建模要求。在Revit 中建立族庫時對需常變化的構件維度建立參考點和參照線，建模時通過參照點的設置達到自適應建模要求。如圖4 所示。

圖4 自適應建模過程

圖5 在Revit 中打開橋型智慧化選擇系統界面

圖6 二級指標對一級指標權重評價頁面

圖7 數據存儲頁面

圖8 最終結果計算頁面

圖9 BIM 模型與ANSYS 幾何模型轉換及后續計算過程

圖10 施工過程模擬圖

圖11 施工過程甘特圖

圖12 構件碰撞檢測創建頁面

圖13 鋼筋碰撞細部圖

圖14 報告格式

3 橋型選擇算法——基于FAHP 的多維度指標綜合評價方法

本研究結合工程實際，通過對RevitAPI、RevitAPIUI 及System.Windows.Form 的引用，采用C#語言進行編程，基于FAHP 的多維度指標綜合評價方法，建立橋型智慧算法，通過二次開發將算法嵌入BIM 軟件中，算法系統由啟動主程序和各子窗體程序構成，窗體程序中包含計算程序，讀取程序，保存程序及跳頁程序。本章通過圖片截取將橋型智慧選擇算法的部分窗口進行展示。

FAHP 算法系統將各個計算過程寫入后臺，在各個打分頁面根據九標度矩陣做出模糊矩陣后，點擊“計算”即可得出各個指標權重得分，并進行一致性檢驗，根據一致性檢驗的數值自動做出判斷將結果展示給工程師。

4 BIM 模型與有限元模型轉換方法研究

通過將BIM 技術引入建模計算分析過程，實現將傳統的“基于圖形”設計方式轉換為“基于模型”的設計方式[2]。如使BIM模型快速轉化為ANSYS的幾何模型，并通過相關處理后進行計算分析查看結果。解決了傳統幾何模型復雜的建立過程。

5 施工組織模擬

橋梁的施工過程是動態化過程，通過BIM 技術的施工組織模擬，將BIM 模型與進度計劃結合，將空間信息與時間信息整合在一個多維模型中，可視化地模擬整個施工進程，可協助制定合理施工計劃。根據模擬的直觀情況，不斷調整甘特圖，提高流水作業的施工效率。

6 施工碰撞檢查

在橋梁建設過程中碰撞問題內容復雜、種類較多[3]。研究從構件碰撞、鋼筋和預應力管道碰撞兩個層次進行碰撞檢測演示。

6.1 構件碰撞檢測

建模時應精細化建模，將實際分開或不在一個工序中施工的構件分別做成單獨的族，通過在不同的標高設置參照點建成一個完整的模型，通過碰撞選項，碰撞類型，公差的設置來達到構件碰撞檢測的目的。

6.2 鋼筋碰撞檢測

混凝土結構中鋼筋分布較密，BIM 模型可識別鋼筋直徑，進行鋼筋碰撞檢測，不斷地進行動態優化以達到設計方案無碰撞或重要位置無碰撞的效果。

7 小結

該橋梁智慧化設計框架的提出，在結合傳統計算方法的基礎上，融入新型技術，提高橋梁設計和后期施工效率，為橋梁全壽命建造提供指導性作用。研究成果主要包括：

（1）融合新舊技術，提出智慧化設計技術路線。

（2）構建多聯動參數化的BIM 三維族庫，為BIM快速建模提供支持。

（3）提出基于FAHP 的多維度指標橋梁方案比選方法并通過二次開發將其嵌入BIM 平臺中。

（4）將BIM 模型與傳統計算軟件進行結合進行結構分析。

在傳統的甘特圖基礎上，通過BIM 技術實現可視化動態模擬施工組織過程的效果。

（5）提出構件、鋼筋碰撞檢查兩個碰撞檢查過程，減少施工變更。