BIM技术在桥梁设计中的应用吕诗良

BIM技术在桥梁设计中的应用吕诗良

吕诗良

天津市市政工程设计研究院海南海口570203

摘要：建筑信息模型（BIM）以数值表达式提高设计精准度。本文从可扩展信息模式桥梁、拓展设计互操作性的角度，简述应用BIM技术进行数字化建模和4d、5d仿真，建立桥梁信息模型提升设计。

关键词：桥梁设计；BIM技术；数据互操作性

1引言

现代桥梁正向着高强度、大跨度、轻质量、多功能的方向发展，异构件种类繁多，结构形式也日趋复杂，对材料和结构性能的分析要求越来越高，同时桥梁施工本身工艺复杂，施工质量要求高，这些因素都对桥梁的设计提出了更大的挑战，因此，如何在桥梁工程中引进和充分利用BIM技术，提高设计的质量，有效地应对工程实践中存在的诸多问题，是目前桥梁工程领域面临的难题。

2BIM概述

BIM在欧美发达国家已推广应用，有的国家颁布了实施标准。目前国内应用多数在建筑领域，公路项目还没有展开。BIM集成项目信息数据，以三维数字建立模型，用数字化表达项目和功能，是工程数据源，对于分布式及异构过程数据之间进行一致性互用。在桥梁设计上基于对象项目带有元数据的三维模型，进行精准设计，数据组织结构吻合桥梁相关设计。基本数据信息系统有独立和互联的结构，源于项目分解结构（PBS）和工作分解结构（WBS），用集成信息模型实现设计系统。以提出的信息模型进行比选和评价，并以结果模型作为设计原则。由于BIM在项目中的特定环节，有必要研究基于三维模型的设计准则。

3基于BIM的桥梁设计流程

目前，BIM技术在桥梁工程中的应用主要集中在设计阶段。从桥梁建设的总体角度看，BIM技术能使各参与主体尽早的组建成一个协作团队参与到项目中，基于同一协作平台进行信息的交流与共享，预先发现错误和遗漏，并及早进行解决和完善。基于BIM技术，桥梁设计的流程为：首先，桥梁设计的核心将由原来的二维图纸转变为三维的BIM模型，各参与方可以在项目前期针对设计工作提出自己的意见，将设计工作提升到桥梁全生命周期的层面，有利于控制项目成本，降低风险。其次，BIM设计团队在桥梁项目前期设计阶段便可搭建起信息化的BIM平台，使各个阶段的工作都能基于上一阶段的基础逐步深入细化，同时保证信息的完整和数据传递的畅通。最后，基于信息化的BIM平台，依靠相关功能软件实现工程量统计、碰撞检查、结构受力分析等功能，大大优化了设计流程。

4BIM技术在桥梁工程设计优化方面的应用

4.1主要应用架构

BIM模型思想是把整个流程汇集成一个信息模型形成一个完整的项目工程。目前从设计院实际生产现象来说建立独立的信息平台作为BIM技术用于桥梁设计是一个有效的途径，以此实现桥梁BIM的应用价值。桥梁作为结构承载物，设计必须通过BIM模型的力学分析和力学计算，确保力学性能满足规范规定和实际使用要求。在各项技术指标符合要求的前提下基于BIM模型自动生成并输出全套设计图。工程设计中工程量计算是直接影响投资造价的重要因素，也是设计的一项主要内容，创建BIM数据库，通过5D关联数据库的建立，准确计算工程数量，提高了工程预算精度，准确统计各分项工程量和汇总全桥工程量，精确计算工程造价。在桥梁环保设计应用上有突破性进展，如直观显示排水植皮保护和利用风能太阳能照明。这种局部分解和整体联合的模式完成不同性质但相互关联的模型组成的集合，完成了设计者的设想。

4.2模型建立

（1）族库的建立。墩台族的创建墩身族采用公制结构柱族样板创建，创建的难点在于高度方向的控制参数之间的联系，当族构件加载到项目文档中，墩身实际的高度为高于参照标高和低于参照标高之间的高度差，高度方向的控制参数应在这两个标高之间按一定的顺序进行对应的锁定，并且可以在不同的视图中进行修改调整。（2）全桥模型各个构件族建立完成后，利用建立完的族库在RevitStructure中建立一个结构的项目文件，然后将建立好的族库载入到建立的结构项目文件中，调整好各个构件的位置，得到全桥的信息化模型。

4.3二维图纸的自动导出

通过在BIM技术中使用AutodeskRevit系列软件，使得其在三维模型建立完成以后，不管是在平面还是立面或者剖面方面都能实现自动生成，由此来满足其复杂多变的空间需求，同时生成二位图纸。此外通过该技术还能够准确快速的生成细部构造图，同时还能有效的显示出其在模型或者图纸中的具体位置。

4.4自动统计工程量

通过使用BIM技术能够把桥梁施工中的所有信息进行有效的储存，并存放在模型数据库中，并且在此基础之上对工程量进行有效的计算，由此能够在很大程度上减少因人为原因导致的误差，而且在工程量设计变更的基础之上还能输出真实的工程量数据，对施工成本进行有效的估算，选择更加科学合理的施工方案。

4.5协同设计

在BIM技术中，协同设计可以说是其重要方法，通过使用BIM技术，能够在很大程度上提高设计人员之间的沟通以及有效的避免设计的冲突，而且还能够有效的提高施工项目全生命周期的效率以及质量。此外通过使用Cloud-BIM协同设计平台，有效的把不同的参与方集中在一个平台上，通过使用BIM信息技术模型，能够避免重复建模的出现，从而确保设计的效率以及设计的质量。因为桥梁结构设计本身复杂程度非常高，所以通过协同设计能够确保桥梁设计更加科学与合理。

5BIM在结构设计中的应用效果

项目BIM模型使用Revit结构（RST）软件实现对施工图BIM结构模型的建立。绘制上下部结构尺寸、位置、布局等。RST框架梁通过光束定位网格进行布梁，确定仰角起始点，进行独立基础的列布局，对模型进行修正。利用边界条件和负载信息添加到结构计算模型和分析力学行为，完成结构建模的力学分析，然后导入模型结构变成有限元模型。采用BIM结构分析软件对结构进行有限元计算。结构计算由正方向应力、剪应力和扭转应力三部分组成，精准得出结构分析结果。

6提高BIM数据互操作性的趋势

BIM技术核心是数据，数据的互操作性是BIM的发展关键。现在互联网和移动智能终端的普及，用移动技术来获取数据，设计可以在现场进行设计。还有一个重要的云端技术，利用云计算强大的能力进行结构分析和信息处理，达到渲染和分析的实时计算。再有就是数字化捕捉，通过激光产生的点集中成平面或表面，放在建模的环境中实现数据交互。目前最习惯的方法是协作式项目交付，用分享BIM让项目关联参与，实现它的价值。BIM应用国内还处于起步阶段，但是设计者已经开始注重项目设计到后期阶段的高效、节能等目标要求，期待从全方位领域创造新的价值。

7结束语

本文以桥梁设计BIM应用为研究，分析了加强数据互操作性的发展趋势，明确了BIM模型在设计上的实用性。BIM技术作为先进工具和方式，更新了设计手段。通过建立BIM信息平台，彻底改变了协作方式。从规划到设计，建议采用桥梁信息模型来提高当前的实践。BIM技术可以有效提高工作效率，解决二维设计的不足和缺陷，使用BIM技术在桥梁设计中可以提供更大范围的帮助。如今结构形式更加多样化、复杂化，技术要求更高，在设计上需要更加高效与准确，BIM技术的引入使桥梁设计转变成一门艺术。利用BIM技术突显了设计可视化、协同化的优势．相信不久将会应用在桥梁全寿命周期的设计，如何统筹和利用BIM优势提高设计水平，还有很多值得我们去探索。

参考文献：

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