特大橋施工BIM技術研究與應用

摘要 為了提升特大橋施工效率與質量，文章以納晴高速牂牁江大橋為例，深入探討了BIM技術在橋梁施工中的應用。首先，通過介紹橋梁工程概況，詳細分析了基于BIM技術的節點精細化設計，以及碰撞檢測與高效工程量統計等關鍵環節；然后，評估了BIM技術在施工深化設計中的應用效果，并分析了其帶來的顯著效益。結果表明，BIM技術的應用不僅顯著提高了設計精度與施工效率，還有效降低了施工風險與成本，為特大橋建設提供了強有力的技術支持與保障。

關鍵詞 BIM；特大橋；橋梁；施工；高速；荷載

中圖分類號 U445 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）03-0069-03

0 引言

隨著我國交通基礎設施建設的快速發展，特大型橋梁工程項目日益增多，這些項目不僅規模宏大、結構復雜，而且對設計與施工的技術要求極高。納晴高速牂牁江大橋作為山區鋼桁梁懸索橋的典型代表，其施工過程中的技術挑戰與創新應用成為行業關注的焦點。

該文研究的牂牁江大橋工程具有施工難度較高的特點，其建設不僅面臨著復雜的地形地貌、多變的氣候條件，還需克服大跨度、高墩身、高強度材料應用等工程技術難題[1]。在此種背景下，傳統的設計與施工方法已難以滿足高效、安全、經濟的施工需求，亟須引入新的技術手段提升項目綜合水平和施工效率。

BIM（建筑信息模型）技術以其強大的三維可視化、信息集成和協同能力，為特大橋施工提供了全新的解決方案。BIM技術能夠整合設計、施工、運維等各階段的信息，實現全生命周期的數據共享，以提升項目的綜合施工與建設效率[2]。因此，在牂牁江大橋的建設過程中，研究并應用BIM技術具有重要的現實意義和工程價值。以下將結合該工程的實際需求，對此展開研究。

1 工程概況

牂牁江特大橋主跨1 080 m，采用雙塔單跨簡支鋼桁梁懸索結構，其鋼桁梁立面設計獨特，跨越坡度為0.6%～2.0%的人字坡，展現了復雜而精湛的工程技術。全橋共73個節段吊裝單元，包括主桁梁鋼桁架和正交異性鋼橋面板兩部分，板桁結合，節段最大吊裝重量為231.3 t。

牂牁江特大橋主桁架屬于“華倫式”結構。桁架間弦桿中心距達28 m，展現了高超的結構設計與工程精度。橋面板采用U肋雙面焊接。鋼梁噸位為16 046 t，附屬鋼結構為3 874 t，合計19 920 t。

牂牁江特大橋，作為納晴高速公路的標志性工程，不僅是項目全線的關鍵控制點，更是貴州省交通網絡布局的重要一環。此條高速公路的建成，將加快貴州省“六縱大通道”的整體貫通，使貴州省西部南北運輸大動脈得到加強，為實現區域經濟協調發展提供強大的推動力，并對促進沿線地區資源高效配置、能源深度開發及區域經濟一體化發展具有不可估量的戰略價值[3]。牂牁江特大橋的屹立，不僅是工程技術的壯舉，更是區域協同發展的橋梁與紐帶。

2 基于BIM技術的橋梁設計

2.1 節點精細化設計

在BIM技術應用的基礎上，該文提出一種以數字技術為基礎的新的設計工作方式。以納晴高速公路牂牁江大橋為研究對象，通過在設計階段對鋼桁梁弦桿節點及細部模式進行處理，使得最終的設計成果與現實情況最接近，并為生成滿足工藝制造需求的高品質詳圖奠定了基礎[4]。應用Prosteel結構詳圖軟件，選取所需的節點形式，手動輸入參數，根據選擇節點形式和參數，生成特定節點。

在處理具有復雜曲面、特殊或復雜結構的零件時，由于標準節點庫可能無法直接覆蓋這些非典型構件，一種高效的方法是采用自定義的組件策略，結合焊接型鋼與組合型鋼的設計思路實現批量操作[5]。以Prosteel軟件的組合結構模塊為例，面對細節繁多、結構錯綜復雜的零件，傳統上逐一布置每一個零件的做法不僅耗時耗力，而且效率低下。

為了優化這一過程，可以利用Prosteel提供的組合結構功能，該功能允許用戶將多個相關聯的零件預先設計并整合為一個整體的結構單元[6]。通過這一創新方法，原本復雜的布置任務被大大簡化：用戶只需創建一次組合結構模板，隨后利用軟件的“一鍵部署”功能，即可迅速而準確地復制并放置多個相同的組合結構單元[7]。如圖1所示為主橋梁段單元BIM模型的展示圖。

2.2 碰撞檢查與工程量統計

在所述項目中，采用Bentley Prosteel軟件的集成碰撞檢測模塊，能夠高效執行包括型鋼、板材、實體構件及螺栓連接在內的全方位碰撞檢測，迅速識別并精確定位潛在的沖突點[8]。以橋梁結構中的橋塔為例，此功能有效揭示了一處設計冗余，即發現兩塊完全相同的隔板被不必要地重復設計，這不僅觸發了板材間的直接碰撞風險，還導致了材料清單中零件數量的虛增，進而增加了不必要的生產成本和材料浪費。

通過BIM（建筑信息模型）技術的碰撞檢測能力，能夠在設計初期就前瞻性地識別并解決這類問題，實現問題規避的前置化。這種做法不僅從根本上消除了碰撞隱患和設計上的不一致性，還為后續工作流程奠定了堅實基礎，包括輸出精準無誤的施工圖紙、確保零部件加工的精確性，以及促進現場安裝的順暢進行。BIM技術在此過程中的應用，無疑為提升項目整體質量、優化資源配置及加速項目進程提供了強有力的技術支持

和保障。

橋梁的建設涉及多樣化的材料種類，在材料清單的編制過程中，精確區分構件的截面形狀與類別至關重要。通過應用BIM技術，可以構建出鋼結構橋梁的詳細三維模型，這一建模過程自然融入了零件的定義與分類，為后續操作奠定了堅實基礎。基于這一模型，可以靈活選擇單個或成批的零件，利用BIM軟件內置的材料表導出功能，以預設的格式自動生成材料清單。在深入細化的項目BIM模型框架下，運用軟件內置的定制化材料表的輸出功能，可以按照預先規劃好的格式精準生成材料清單。

3 基于BIM的工程施工深化設計與應用效益分析

3.1 深化設計

設計階段完成后，鋼結構橋梁的構件設計雖已滿足初步加工與安裝需求，但在工程實踐中經常遇到設計變更或施工條件變動，這就要求BIM深化設計部門迅速響應，調整并優化BIM模型，以實現BIM模型中細部結構參數的變更，此過程如式（1）所示。

（1）

式中，c——參數變更；c0——原始參數；Δi——變更節點；γ——調整量。

在此基礎上，深化設計需緊密銜接鋼結構制作、運輸及現場安裝流程，同時應加強與土建、機電等參建方的協同，確保技術無縫對接。在深化過程中，應全面吸納各方技術需求，及時反饋深化圖紙，并獲取設計單位的認可，為后續工作奠定堅實的技術基礎。

為實現高效協同，深化設計部門依托BIM協同設計平臺，構建跨專業、跨單位的溝通渠道，確保終端的信息流通順暢。通過該平臺，不僅能夠促進專業間的技術討論與問題解決，還能直接與設計院進行意見交換與確認，以優化設計變更流程。整個流程如圖2所示。

在工程施工階段，針對鋼板預留穿孔、洞口及預埋件等關鍵細節，BIM技術能夠精準模擬并優化施工圖紙，確保每個預留位置的準確無誤，避免現場返工。對于復雜的鋼筋節點，BIM模型通過三維放樣分析，并通過建立目標函數的方式，直觀展示鋼板預留穿筋孔的最佳位置與順序，有效解決了傳統二維圖紙難以直觀表達的難題。其中，目標函數表達式如下：

（2）

式中，f——工程節點鋼板預留穿筋孔的施工目標函數；φ——鋼板坐標矩陣；a——誤差矩陣；e——細部結構的比例系數。

在施工中，將參數錄入模型并將其與目標函數匹配，當參數收斂并達到最優值后，輸出參數，實現對工程的深化設計。

3.2 應用效益分析

應用BIM技術對工程項目進行施工過程的對齊、配準、節點拼裝誤差校正，此過程如圖3所示：

按照上述方式，對工程進行施工，經過實踐驗證，所有預拼裝節點均實現了零碰撞記錄，此數據直接證明了BIM技術在優化設計與施工協調方面具備的優勢。通過BIM模型的精細化模擬與動態調整，施工團隊提前發現并解決了潛在的碰撞問題，使得現場施工流程更加順暢。

4 結論

將設計的BIM結構模型應用到工程中，通過實踐可以得到如下兩個方面的結論：

（1）納晴高速牂牁江大橋在施工過程中，通過BIM技術的深入應用，實現了施工效率的大幅提升。BIM模型的精準模擬與動態調整，使得施工團隊能夠提前發現并解決潛在的施工難題，避免了現場反復調整與返工。據統計，BIM技術的應用使施工周期縮短了約15%，顯著加快了工程進度。同時，BIM模型的直觀性也降低了施工難度，提升了工人的作業效率，為項目按時完工奠定了堅實基礎。

（2）BIM技術在牂牁江大橋施工中的另一大效益體現在成本控制上。通過BIM模型的精確計算與模擬，施工團隊能夠準確預估材料用量與人力需求，避免了材料浪費與人力閑置。此外，BIM技術還幫助優化了施工方案，減少了不必要的施工環節與費用支出。據統計，項目整體成本較傳統施工方法降低了約10%，實現了經濟效益與社會效益的雙贏。

參考文獻

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收稿日期：2024-07-23

作者簡介：張燕偉（1996—），男，本科，工程師，從事鋼結構橋梁制造技術研究工作。