基于信息模型的鐵路橋梁協同設計方法研究

摘要：當前，鐵路橋梁協同設計點位部署方式一般設定為獨立目標式，協同的效率較低，導致最終得出的荷載傳遞比下降，為此文章提出對基于信息模型的鐵路橋梁協同設計方法的實踐與分析研究。結合當前需求，采用層級的方式，強化協同的效率，部署鐵路橋梁協同點位層級，并設定數據共享機制。以此為基礎，設計信息模型鐵路橋梁協同結構，采用自適應修正的方式來實現協同處理。測試結果表明：對比于BIM技術鐵路橋梁協同設計方法、位移處理鐵路橋梁協同設計方法，此次所設計的信息模型鐵路橋梁協同設計方法應用效果更佳，得出的荷載傳遞比均可以達到12.55以上，這說明在信息模型的輔助下，鐵路橋梁協同設計方法更加靈活、多變，具有實際的應用價值。

關鍵詞：信息模型；鐵路橋梁；協同設計；數字化技術；橋梁建設仿真

中圖分類號：U448.13" 文獻標志碼：A

0 引言

現代鐵路的設計、建造和運維的復雜性日益凸顯。傳統的鐵路橋梁設計方法往往采用單一的、孤立的設計思路，缺乏多學科、多領域之間的有效協同，難以適應當前鐵路橋梁建設的多元化和復雜化需求。為提升整體的工程建設目標，強化協同設計方案，相關人員設計了應對性更強的設計形式。王開等［1］提出BIM技術鐵路橋梁協同設計方法，主要是結合BIM技術，構建協同建設仿真環境，通過協同訓練、修正、計算等方式，優化設計環節，強化處理效果；而武少威等［2］提出的位移處理鐵路橋梁協同設計方法則是以橋梁建設的場景為主，依賴于同點位的關聯設計，增加橋梁建設環節的緊密性，實現預設目標。這些方法雖然可以實現橋梁協同建設，但是缺乏穩定性與針對性，處理的效率較低，容易影響后期的施工處理。為此提出對基于信息模型的鐵路橋梁協同設計方法的設計與分析研究。所謂信息模型，是一種集成化、數字化的設計工具，被用于對鐵路橋梁設計全過程的精確描述和高效管理［3］。通過構建統一的信息模型平臺，整合橋梁設計涉及的各個學科和領域的信息資源，設計數據的共享和互通［4］，一定程度上有助于提升設計效率，確保設計過程中的信息一致性和準確性。與協同設計的融合，也可以加強各學科、各領域之間的溝通與協作，共同推動設計方案的優化和完善，打破傳統設計方式中的信息壁壘，促進設計團隊之間的有效溝通與合作，從而提升設計質量和水平［5］。

1 構建鐵路橋梁信息模型協同設計方法

1.1 鐵路橋梁協同點位層級部署及數據共享機制設定

協同點位部署需要結合實際的鐵路橋梁協同處理需求，且在部署的過程中，盡量擴大實際的覆蓋范圍，加強協同管理［6］。首先要明確鐵路橋梁設計涉及的各個環節特定的需求和關注點，在信息模型中建立與之相匹配的共享交互點位［7］。點位可以是橋梁的關鍵結構部位、電氣設備的安裝位置、施工階段的劃分點等。通過在這些點位上設置協同節點，進行實時數據和信息的采集，有助于進行必要的溝通和協調。但是需要注意的是，在進行點位部署時，為保證協同管控效果平衡，需要計算出節點間距，如公式（1）所示：

r=d2－∑v=1μv+（1）

式（1）中：r表示節點間距；d表示覆蓋范圍；μ表示單元識別區域；v表示可控協同點；表示重疊區域。結合當前設定，調整修正節點的具體位置。在此基礎之上，進行鐵路橋梁共享機制的設定。

（1）建立統一的數據標準和格式，便于不同軟件平臺之間能夠進行數據交換和共享。

（2）設定數據訪問權限和更新規則，確保只有經過授權的人員才能對數據進行修改和更新，避免數據被誤改或濫用。

（3）要建立數據版本控制機制，以便追蹤數據的變更歷史，確保設計過程中的數據可追溯和可管理。

此外，為了提高協同效率，利用云計算、大數據等技術手段構建數據共享平臺，在建設橋梁的過程中，整合各方資源，提供數據查詢、下載、上傳等功能，方便各方隨時獲取所需信息，幫助設計人員更好地理解數據、發現問題并優化設計方案，奠定基礎協同條件。

1.2 設計信息模型鐵路橋梁協同結構

協同結構需要明確設計團隊的組織架構和角色分工。鐵路橋梁設計涉及結構設計、電氣設計、施工管理等多個專業領域，因此，在協同結構中，要先明確每個專業領域的職責和權限，確保各方能夠充分發揮自身專業優勢，共同參與設計過程。建立有效的溝通機制，基于鐵路橋梁的施工建設需求，進行結構設計，如圖1所示。

結合圖1，實現對信息模型鐵路橋梁協同結構的設計與實踐分析。在此基礎之上，還可以增設關聯在線協作平臺、定期會議等，以便各方能夠實時分享設計進展、解決問題和協調工作。與此同時，結合信息模型，還需要建立統一的數據管理標準，確保數據的準確性、一致性和完整性，設定版本控制機制，以便追蹤設計數據的變更歷史，確保設計過程中的數據可追溯和可管理。

最后，協同結構應關注設計流程的優化和協同效率的提升。這部分可以合理地安排流程和配置資源，縮短設計周期、提高設計質量，建立與上述結構的關聯協同流程，如圖2所示。

結合圖2，實現對關聯協同流程的設定。此外，還需要結合信息技術手段，強化可控范圍，提升協同設計的效率和智能化水平，增加設計團隊之間的合作與創新，推動鐵路橋梁設計領域的發展。

1.3 自適應修正實現協同處理

自適應修正機制依賴于信息模型的實時更新和反饋。隨著設計的深入，新的數據和信息不斷被添加到信息模型中。自適應修正機制對這些新數據進行快速處理和分析，識別出與設計目標或約束條件不符的部分，并自動提出修正建議。由于鐵路橋梁設計涉及多個專業領域和復雜的環境因素，設計過程中可能會出現各種預料之外的情況。

自適應修正機制會根據實際情況進行靈活調整，以適應不同的設計需求和環境變化。此時需要計算出自適應修正可控差，如公式（2）所示：

X=2－wq（2）

式（2）中：X表示自適應修正可控差；表示承載值；w表示單向荷載；q表示支撐點。將得出的自適應修正可控差設定為協同設計的約束條件，與信息模型融合，確保修正過程的連貫性和高效性，減少人為干預和錯誤，提高修正過程的計算效率和數據處理能力。

2 實驗

結合信息模型，對鐵路橋梁協同設計方法實際應用效果進行分析與驗證研究。考慮到測試結果的真實與穩定，結合協同設計需求，參考文獻設定BIM技術鐵路橋梁協同設計方法、位移處理鐵路橋梁協同設計方法和信息模型鐵路橋梁協同設計方法。選定A鐵路橋梁工程作為主要測試對象，采用專業的裝置設備進行實踐應用數據和信息的采集，匯總之后以待后續使用。以信息模型作為引導，進行測試環境的搭建。

2.1 實驗準備

針對A鐵路橋梁工程實況，進行施工狀態簡述以及基礎布置。選擇鐵路的類型為重載鐵路，經過調研得知鐵路的全長為20.5km，橋梁預設為中橋類型，橋梁支撐共需要建設12座，橋梁總長為3.8km。將當前的橋梁劃分為4個測定設計路段，每一個路段需要部署一定數量的監測節點，便于實時數據以及信息的采集。隨后，結合信息模型，進行橋梁協同設計環境的搭接，具體如表1所示。

結合表1，實現對鐵路橋梁協同設計測試環境的設定。使用信息模型對當前鐵路橋梁進行仿真設定，增加協同管控的覆蓋范圍，使用專業的設備輔助采集數據和信息，實現基礎測試環境的布設。

2.2 實驗過程與結果分析

依據上述設定的測試環境，結合信息模型，對鐵路橋梁協同設計方法進行對比測定。采集預設周期的數據和信息，并將可應用數據導入測試系統之中，建立仿真環境，奠定基礎約束條件。使用信息模型對當前的鐵路橋梁進行掃描處理，并將協同設計的方案置于預設的環境之中，并將其劃分為總體布置和構件布置，具體如圖3所示。

結合圖3，實現對信息模型下鐵路橋梁多維布置結構的設定與關聯。在此基礎之上，根據信息模型的處理標點，設置對應邊界條件，并使用信息程序對當前的協同設計進行調整處理，此時需要依據邊界差值來判定當前結合信息模型對鐵路橋梁的協同處理效果。基于此，以動態荷載和靜態荷載作為引導，測定分析協同設計后的荷載傳遞比。結合上述測定，實現對測試結果的分析，具體如表2所示。

根據表2，實現對測試結果的分析：對比于BIM技術鐵路橋梁協同設計方法、位移處理鐵路橋梁協同設計方法，此次所設計的信息模型鐵路橋梁協同設計方法應用效果更佳，得出的荷載傳遞比均可以達到12.55以上。這說明在信息模型的輔助下，所設計的鐵路橋梁協同設計方法更加靈活、多變，具有實際的應用價值。

3 結語

本文對基于信息模型的鐵路橋梁協同設計方法進行深入研究，通過構建統一的信息模型平臺，可強化對鐵路橋梁建設的控制條件，在施工建設的過程中，實現信息、數據的有效整合與共享，多方面打破傳統設計的信息孤島，推動了設計流程的優化與升級。與此同時，協同設計的理念在鐵路橋梁設計領域的應用，促進了團隊成員間的深度溝通與緊密合作，進一步提升了設計質量與創新水平，探索更加高效、精準的協同設計策略，為鐵路橋梁的安全、高效和可持續發展貢獻更多力量。

參考文獻

［1］王開，羅天靖，李輝，等.基于BIM技術的橋梁下部結構參數化建模與協同設計應用［J］.鐵道標準設計，2023（10）：134-140.

［2］武少威，項敬輝，李建中，等.直接基于位移的非規則減隔震橋梁抗震設計［J］.振動與沖擊，2024（3）：128-135.

［3］鄭永星，徐安寧，王航.城市新區橋梁群景觀設計方法探討：以容東某片區橋梁群景觀設計為例［J］.城市道橋與防洪，2024（1）：127-130.

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［6］翟東.軟土地區橋梁樁基礎基于經濟性的精細化設計方法探討［J］.中國市政工程，2024（1）：144-148.

［7］張世基，羅天靖，王珅.基于信息模型的鐵路橋梁協同設計研究與實踐［J］.鐵道標準設計，2023（2）：66-71.

（編輯 李春燕編輯）

Research on collaborative design method for railway bridges based on information modeling

LUO" An， ZHU" Baohong

（China Design Group， Nanjing 210014， China）

Abstract： The current deployment method for railway bridge collaborative design is generally set as an independent target type， which results in low efficiency of collaboration and a decrease in the final load transfer ratio. Therefore， this paper proposes a practical and analytical study on the information model-based railway bridge collaborative design method. Based on current needs， adopt a hierarchical approach to enhance collaboration efficiency， deploy railway bridge collaboration point hierarchy， and set up a data sharing mechanism. Based on this， design an information model for railway bridge collaborative structure， and adopt an adaptive correction method to achieve collaborative processing. The test results show that compared with the BIM technology railway bridge collaborative design method and displacement processing railway bridge collaborative design method， the information model railway bridge collaborative design method has better application effect， and the load transfer ratio obtained can all reach 12.55 or above. This indicates that with the assistance of the information model， the railway bridge collaborative design method is more flexible and versatile， and has practical application value.

Key words： information model; railway bridge; collaborative design; digital technology; bridge construction simulation