桥梁BIM,设计建模应用探究
时间：2023-03-02 23:05:04 来源：千叶帆 本文已影响人
张磊强
（甘肃省交通规划勘察设计院股份有限公司，甘肃 兰州 730030）
早在2010 年，住建部就发布了《城市三维建模技术规范》，桥梁建模有了最初的规范与标准。2016 年，住建部发布了《建筑信息模型应用统一标准》，再次规范了模型建模标准。2021 年，住建部发布了 《城市信息模型应用统一标准（征求意见稿）》，开始全面征集城市信息模型应用规范。现如今，桥梁设计行业正向着信息化和智能化的方向发展，BIM 技术已经开始渗透了桥梁设计的各个阶段，涵盖了从协调规划到多维建模、从碰撞检查到交付运营的全过程数据信息，提高了设计效率，提升了设计质量，缩短了设计用时，使桥梁设计可以更大型化、高端化、复杂化，全面提升桥梁本身的服务能力。
（1）桥梁依托于BIM 技术，可以呈现平面的俯视效果、平面的剖面效果、立体的三维效果、整体的组合效果，可以呈现不同深度的细节效果，可以为现场技术人员提供平面的施工图纸，可以为专家提供全方位展示的多维效果，极大的方便多方对桥梁实体进行管控与优化。
（2）一座桥梁从规划开始，至地质勘察、设计前准备、设计、施工、交付、运营、维护、维修、改造、加固、升级等阶段，相关的全过程数据信息均可直接反映在BIM 平台上，设计人员在查阅时，只需找准相对应的根目录即可调出详尽的数据信息，无需再翻阅图纸进行查阅计算，提高工作效率的同时，可大量节省人工耗材，节约纸质材料，与桥梁行业的双碳行动目标高度契合。
（3）运用BIM 技术修改设计时，平面与立体、土建与安装、设计与施工等方面，均可产生联动作用，各类信息数据的活跃串联，可以极大的提升设计行业与业主方及施工方的沟通能力，提高了设计的工作效率。
（4）桥梁设计在工程建设领域属于较为复杂的工艺学科，特别是那些具有双曲率或可变截面的桥梁，都极大的考验设计人员的技术能力和设计工具的使用水平。运用BIM 技术，可将桥梁设计的全过程进行逻辑串联，设计人员可任意回溯至某一节点，对设计成果进行修改和查看，修改结果自动优化计算至后续设计的每一步，减少了时间和成本。
（5）桥梁落成以后，基于当地不可预估的气候因素变化、生态环境变迁、腐蚀性介质的增减、交通量的增减以及设计或施工的原始质量等问题，通常会造成桥梁工程结构出现隐形的变化，因此会产生大量的维修费用。上述问题的出现往往会归于设计信息的不流通，采用BIM 技术对桥梁工程的设计进行润色优化，可为桥梁上下游的任一方提供最详实的数据，并支持随时随地访问，出现问题及时反馈，极大提高设计质量与精度。
（6）采用BIM 技术对桥梁进行设计，从初步的可行性研究到桥梁的交付，全过程需要多方人员的参与，BIM 技术可为全过程参与方提供技术接入，从而减少信息沟通误差，避免传输数据冗杂繁琐。且在施工阶段，施工过程要与设计成果高度吻合，这就要求双方的数据及时进行对接，检查完成程度，及时对施工方案提供优化抉择，并可为施工方提供智能化的、数字化的结构分析、施工演变及多维模型的详尽展示，使项目能够更有竞争力地完成，比传统设计方式具有更小的风险和更高的准确性。BIM 技术的数字化集成，对桥梁而言，完全是一种透明、合作、绿色化、信息化的技术集成。
（1）在新建项目中，创建各标段不同标高的平面轴网，在平面轴网中进行结构族的创建，用以载入新建的项目,依次以承台、桩基础、桥墩﹑墩帽、支座的理论顺序进行创建设计，其次参照设计图纸，取一个原始点，以该原始点为起点向外辐射，依次填充下弦杆、腹杆、上弦杆、桥面板﹑横梁等构件，最后，将桥面的工序绘制完成。将上述所有元素进行组合设计，在软件中形成可视化的项目，完成桥梁整体模型的设计。基于BIM 技术，该模型可以展示合理的施工进度与流程以及各工种之间的衔接合作，透明的可视化效果，完全方便于设计人员同施工人员的技术交底。
（2）采集场地和建筑条件道路几何图形和拓扑，赋予桥梁数字化“外衣”：对于连续性的承台等结构，采用模块化参数进行设计，提升建模设计效率；
对于复杂异形构件，在设计软件中用数字进行边界的衍生；
对于相同类型的不同项目，直接进行数字替换，快速生成新的模型，避免重复化设计，还可利用数据的双向操作性确定设计的桥梁是否影响现有和设计项目中的元素。数字化信息技术的应用，使得建模可以实现精确﹑快速、可调和多次使用。利用桥梁建模的参数信息，还可以协调业主方与施工方，将大量的设计信息以参数的形式交付查看，譬如桥梁的材料、载荷、预应力钢绞线模式等，从而加强决策。
（3）录入设计要素，生成桥梁设计的详细报表，结合立体模型，生成现场施工所需的剖面图、立面图、三维施工图。生成图纸以后，串接桥梁分析软件，对其规范设计要求进行充分地验证，确保该次桥梁设计满足国家现行标准。其次，依托于结构的稳定性，进行钢筋的验算设计，并生成钢筋需求计划与量单，再通过桥梁各部位、各构件之间的参数契合关系，对桥梁的结构性进行优化，以立体漫游的方式，对结构内嵌管线及钢筋进行碰撞检查，消除施工安全隐患，提高安装效率，还可增大或缩减结构与管线间的最优间距，自动改变修改部位的材料用量，降低项目成本。最后，结合桥梁各标段的分布状况，自动组装生成所设计的桥梁模型。
（4）结合国家及地方现行的国家规范标准，综合业主方的设计要求及地质勘察结果，考虑工程所在地的水文、地质及气候等客观条件，对已生成的桥梁模型进行“血液”的更换，即桥梁的材料、施工工艺、抗震等级、抗渗、抗冻、抗裂、抗倾覆等性能进行录入，由平台自动计算优化，针对子项分项进行优化，并计算其经济效益，择优进行替代，确保设计成果的经济性能最优化。
桥梁设计做为桥梁建设的领头羊、排头兵，应加强BIM 技术在桥梁设计领域的深化应用，突破传统设计已发现但迟迟未得到解决的诸多桎梏，全方位提升桥梁设计行业整体的软硬实力。通过传统的桥梁基础理论，辅以信息化和数字化手段，规避传统设计信息不统一的现状，灵活应用碰撞检查、施工过程模拟等功能，消除设计错误并降低项目成本，真正使得桥梁设计实现集成化的管理，全面促进行业的发展。
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