BIM技術在公路橋梁設計中的應用

劉超超

（中土集團福州勘察設計研究院有限公司，福州 350000）

1 BIM技術在公路橋梁設計中的應用優勢

1.1 BIM模型具備可視性特征

BIM 建筑信息模型能夠將公路橋梁的建筑信息進行整合，并且轉化為一種3D 可視化的模型，便于設計人員更加清晰地觀察橋梁結構的細節，及時發現問題并進行優化設計，使其在公路橋梁設計中得到廣泛應用[1]。

1.2 BIM設計具有協調性特征

在一般的橋梁項目設計中，BIM 技術能夠直接將橋墩、橋臺及支座等結構運用可視化模型進行不同的搭配，設計人員可以通過模型軟件計算其位置、尺寸、施工面積等是否違反相關規范要求，然后將各結構的施工設計參數調整到合適范圍內。例如，在某舊橋改造項目中，設計人員首先采用BIM 技術建立舊橋基礎模型，為了設計出能夠銜接舊橋的新橋設計方案，設計人員在模型工具中對不同規格的橋面鋪裝、橋梁等結構的設計值進行適配，部分數據見表1。在得出最佳新橋改造方案后，施工人員對BIM 模型中的各項參數進行驗算，保障了后續新橋施工結構與原舊橋結構的協調性。

表1 BIM技術下的橋梁參數設計

1.3 BIM視圖具有模擬性特征

相較于常規的平面設計工具，BIM 建筑信息視圖工具的使用性能更加強大。設計人員可以根據BIM 視圖工具模擬建筑結構會受到的壓力、力荷載以及各支撐點受到的壓力和拉力等數據。這些數據可作為橋梁設計的重要依據[2]。例如，某單位已針確定了某小跨徑橋梁的施工參數，但無法確定施工后橋梁橋面的實際抗壓強度。對此，設計人員通過采用BIM 視圖工具下的有限元分析算法（FEA），將該橋梁的結構分散為有限數量的小單元，然后將各個小單元的結構應力、變形及穩定性系數等進行整合，計算得出該橋梁施工后的軸心抗壓強度為26.8 MPa。在后續的施工中，計算得出橋面混凝土軸心抗壓強度為26.796 MPa。由此可知，BIM 技術在施工模擬方面的準確度較高，能夠用于現階段的橋梁及公路施工設計。

2 BIM技術在公路橋梁設計中的應用

2.1 公路橋梁布局設計

BIM 技術能夠用于公路橋梁的平面、立面等布局設計，幫助設計人員有效調整橋梁結構、尺寸、占地比例等設計信息，以此保障公路橋梁設計的合理性。例如，通過使用BIM 技術中的D-vary 插件，施工人員可模擬橋梁的建筑模型，并且由插件計算橋梁拱、板、梁的自重，再根據自重確定橋梁樁基的數量、規格、打樁位置，這樣不僅能為樁基的布局設計提高完善的數據依據，還能確保設計的樁基能夠適應橋梁的承載需求，提高橋梁工程建設質量。

2.2 碰撞檢測

在施工設計階段，由于設計人員無法預估設計后的工程設施結構是否存在碰撞問題，使得設計階段需要花費大量的時間研究公路及橋梁設施的內部結構，以防止結構出現碰撞現象。然而，在現代化公路橋梁施工設計中，設計人員可以采用BIM 技術進行碰撞試驗，通過軟件中的檢查結果反饋，可以得出施工模型中的各個結構是否存在設計上的沖突。例如，在某高速公路橋梁設計中，設計人員采用Revit 當中附帶的碰撞檢測插件對設計后的橋梁結構進行碰撞檢測，檢測結果如圖1 所示。

圖1 基于BIM技術的碰撞檢測結果分析

依據碰撞檢測結果提示，設計人員根據施工需求重新調整結構設計，并通過反復的模型碰撞檢測，將實際施工中的結構碰撞問題發生率降到最低，從而保證了公路橋梁設計方案的合理性。

2.3 結構性能驗算

在橋梁設計中應用BIM 相關軟件的算法庫功能，設計人員可以對橋梁結構的各項性能進行檢驗，以此分析方案的可行性。例如，某公路橋梁的設計方案中，設計人員無法確定選擇的混凝土材料強度是否符合該路段的交通量需求，因此，設計人員可通過利用BIM 技術中的Navisworks 軟件測算不同路段所需的混凝土強度值。其中，采用該模型軟件中的換算插件CRE 換算庫的多元化換算功能獲取了混凝土高徑比的換算系數。該插件的換算算法為：

通過對各個路段所需的混凝土強度值進行換算，設計人員得出混凝土高徑比換算系數（見表2），這對于保障后續施工合理性具有重要作用。

表2 高徑比換算系數結果

3 BIM技術在公路橋梁設計中應用的建議

3.1 保障BIM模型與方案設計的同步性

BIM 模型的建立以設計方案為依據，BIM 模型數據最終也應回歸設計方案。為了保證BIM 模型中數據的真實性與準確性，設計人員必須時刻確保模型數據與設計方案數據的一致性，以此規避設計方案中的數據誤差。在公路橋梁的施工設計中，設計人員可以分別從基礎參數、布局參數、材料參數、力學檢驗參數等出發，有目的地調整方案，并根據方案內容改進BIM 建筑信息模型的設計參數（見表3）。

表3 BIM模型下的橋梁設計參數

3.2 堅持模型設計與查驗統一的原則

在建立可視化模型的過程中，設計人員必須對模型各結構的組成進行嚴格把關，防止在完成全盤設計后出現突發的設計問題，使模型修改出現牽一發而動全身的現象。在建立模型的過程中，可以組織一部分設計人員負責施工建模，另一部分設計人員負責對模型進行評估。例如，在模型設計的每一階段中，安排部分設計人員利用Revit 對已設計完成的模型進行碰撞檢測，對模型結構質量可持續性進行評估，對施工布局進行光照分析等，以實現設計與查驗的一體化。

3.3 打造專業的BIM技術應用團隊

為了充分發揮BIM 技術在公路橋梁設計中的應用優勢，施工單位必須打造一批專業的技術團隊，以充分應用BIM 技術進行輔助設計。BIM 技術應用團隊中，專業人員應能夠從事設計運營、設計管理以及設計分析三大工作領域（見圖2）。根據BIM 技術下的所有核心技術軟件，設計單位應在各個領域配置相應的專業型人才，保證將BIM 技術運用到各個專業的設計當中。

圖2 BIM技術團隊人員組成

4 結語

綜上所述，BIM 技術在如今的公路橋梁設計及施工中有顯著的應用價值，利用BIM 技術的可視化、協調性以及模擬性等優勢，能夠最大限度地保障公路橋梁方案設計的合理性。因此，在推進公路橋梁工程建設與發展方面，需靈活使用BIM技術進行輔助設計，把控施工設計細節、完善施工要素，以保證公路橋梁工程設計方案的可行性與適配性，為公路橋梁施工提供可靠的技術保障。