基于BIM的橋梁智能設計與自動繪圖系統的研究與實踐

韓厚正

（上海同豪土木工程咨詢有限公司 上海 200092）

基于BIM的橋梁智能設計與自動繪圖系統的研究與實踐

韓厚正

（上海同豪土木工程咨詢有限公司 上海 200092）

介紹了基于BIM的橋梁智能設計與自動繪圖系統的主要功能及特色、系統架構與核心平臺、工程應用情況。

建筑信息模型；橋梁智能設計；自動繪圖

概述

橋梁設計主要工作就是收集資料、確定橋位、布置跨徑、結構選型、擬定尺寸、結構分析及配筋計算，最終以工程圖紙形式將設計方案完整表達出來，橋梁設計技術難度高、工作量大。目前橋梁設計軟件僅能實現局部輔助建模或繪圖，尚無法有效實現橋梁方案的智能設計與工程圖紙的全自動繪制，從而制約了橋梁設計效率[1,2]。因此，同豪土木傾力研發了一套基于建筑信息模型（BIM）的橋梁智能設計與自動繪圖系統——“方案設計師”。該系統是為橋梁設計工程師量身定制，它遵循行業規范并采納行業習慣，能協助工程師高智能、高質量地快速建立橋梁設計方案，建立全橋的全關聯、數字化的建筑信息模型，能自動完成橋梁方案圖、施工圖的全自動繪制；同時設計團隊多個角色能在該系統上高效協同工作，將設計工程師從繁重的建模、制圖工作中解放出來，大大提高了設計效率又確保了設計質量。下文就該系統的主要功能及特色、系統架構與核心平臺、工程應用進行簡要介紹。

系統功能及特色

系統主要功能

“方案設計師”作為一款基于BIM的橋梁智能設計與自動繪圖系統，應具備以下主要功能：

1) 便捷強大的設計資料編輯和管理功能

橋梁設計需要的資料如路線、地質、水文、被交道路等多種數據均能在系統中進行便捷的錄入和圖形交互編輯；并且可與緯地等道路設計軟件無縫銜接，一鍵導入路線數據，避免重復錄入，實現與道路工程師的高效協同。

2) 針對各設計階段的智能化設計功能

在橋梁方案設計階段，系統能自動擬定橋梁中心位置，考慮橋下障礙、被交道路和通航需要等因素后自動分孔，根據路面布置自動設計橋面布置。在橋梁初步設計階段，能根據跨徑、斜交角、曲率半徑等特征自動進行結構選型，再根據標準構件庫、設計原則庫進行自動布置、自動擬定構件尺寸等，通過構件裝配關系自動計算特征標高和坐標，從而建立起全關聯的橋梁信息模型，自動統計關鍵構造數據，并可按照約定規則對全橋關鍵尺寸如樁柱尺寸、系梁尺寸、支座墊石和楔形塊規格等進行規格化設計。在施工圖設計階段，能自動批量地進行鋼筋鋼束設計，并能從計算分析系統批量導入計算分析結果如鋼束配置數據。

3) 強大的自動繪圖及圖紙自動成冊功能

基于全橋的建筑信息模型，系統能實現常規裝配式梁橋、立交互通橋梁的全橋工程圖紙的自動繪制；并且系統能實現一個項目的完整圖冊的自動編制和出版。圖紙繪圖風格一致，而且能自定義設置，滿足多樣化需求。

4) 豐富的工程指標控制功能

系統基于橋梁的建筑信息模型提供大量的指標查詢和復核工具，如：每平米材料用量、鋪裝厚度查詢、單樁承載力查詢、特征指標是否超越規范限定檢查等。這些查詢和復核功能有助于對工程進行質量控制和方案優化。

5) 高效的協同工作平臺

設計團隊中總工、負責人、工程師、管理員等多個角色能在該平臺上高效協同工作，各個角色都有自己獨立的操作界面和數據簽入、簽出操作流程，并可隨時在權限范圍內建立和審查相關成果，使得并行工作能力顯著提升，項目整體設計效率大幅提高。

系統特色

1）系統建立了全關聯的、數字化的橋梁信息模型，實現了全橋設計方案的自動化聯動更新，適應了方案的頻繁變更。各種變更都能在系統中得到實時的聯動更新，確保了全橋數據的一致匹配，減少了重復性勞動。

2）系統提供了強大的圖形交互建模功能，使得變截面箱梁、變寬和分叉異形箱梁這類復雜構件的設計更便捷、更高效。

3）系統預置了大量裝配式構件的通用圖，形成了可重復使用的標準構件庫。

4）系統預置了豐富的設計方法庫，并且設計人員可在系統中自定義設計方法，為設計院內部設計經驗的累積和傳承提供了數字化載體。

5）系統建立了數字化的橋梁設計經驗庫，將設計過程中規律性、規范性的東西固化到軟件中，把設計師的成熟經驗形成數字化方案融入到軟件中，實現了智能化設計[3]。橋梁設計時，只有一小部分參數是依據具體工程環境如地質、荷載等級等而變的，也就是橋梁結構的關鍵參數。系統將具體工程環境參數化并建立分級標準，再將具體工程環境參數與各種橋梁結構關鍵參數建立對應關系，也就形成了橋梁設計經驗庫。實際工程設計時，只需明確具體工程環境參數值即可自動搜索橋梁設計經驗庫，高質、高效、智能化地形成橋梁方案。

6）系統預置了豐富的橋梁零件庫，包括：混凝土、鋼筋、鋼束等工程材料欄桿、防撞護欄、人行道等橋面系，錐坡、人洞、檢修孔、泄水孔等附屬結構。

系統架構與核心平臺

“方案設計師”是一個交互式、集成式的軟件系統，采用面向對象的程序設計思路，基于C++語言進行開發，其系統架構如圖 1所示。該系統以圖形化操作桌面為交互載體，以數字化的橋梁信息模型為核心，由標準件平臺、設計經驗平臺、設計方法平臺、輔助圖形編輯平臺、制圖平臺、結構分析平臺、統計查詢平臺共七大核心平臺構成了整個系統。

圖 1 “方案設計師”系統架構框圖

標準件平臺用來管理各類構件在根據固定規則去掉受具體工程環境影響的參數后形成的標準構件庫，使得標準構件可供有條件地選用，簡化了設計人員的重復勞動。設計經驗平臺建立了數字化的設計指導書，將各種具體工程環境參數與各種橋梁結構關鍵參數之間按照設計控制原則建立了索引取值關系，形成了橋梁設計經驗庫，方便了設計經驗的累積和傳承。設計方法平臺通過一系列設計流程和規則的參數化和對標準構件按約定條件的智能選用，實現了模型參數的智能確定，并可實現設計方案的持續優化。輔助圖形編輯平臺則為復雜構件的構造設計、鋼筋設計、鋼束設計提供了尺寸驅動的圖形交互操作桌面，讓復雜構件的設計更便捷、更智能。制圖平臺通過自定義繪圖風格、圖元繪制函數集、圖面美觀自動調整算法、鋼筋智能布置及繪制算法集等強大的平臺接口為各類施工圖的繪制提供了強大的基礎支撐。結構分析平臺則為橋梁結構的計算分析提供了算法引擎。統計查詢平臺則根據橋梁信息模型進行多個維度的統計分析、指標查詢和校核，有效地控制工程項目的安全性、經濟性和一致性。

工程應用

“方案設計師”系統自2011年推出第一版以來，在幾百家公路交通、市政設計院得到了廣泛應用，顯著提高了橋梁工程項目的設計效率和設計質量。近 3年來研發團隊根據多家設計院的反饋意見進行了多個版次的修改完善和升級，更好滿足了用戶需求。其中，浙江三門灣跨海大橋包括戴港互通、新橋樞紐等8個立交互通在內，總長近12公里的橋梁設計項目全部采用該系統完成，得益于該系統數字化的橋梁設計經驗庫以及強大的智能設計和自動出圖功能，該項目的近萬張施工圖紙僅采用10余名橋梁工程師歷時約半年時間就得以完成，期間還經歷了多輪的設計方案及圖紙校審，適應了近十個輪次的大小變更，最終圓滿完成了該工程的設計工作，在確保設計質量的同時顯著提高了設計效率。

結束語

“方案設計師”系統作為一款以全橋的建筑信息模型為核心的綜合型橋梁智能設計與自動繪圖系統，是一次創新性的技術實踐，而且深入切合了廣大橋梁設計工作者的實際需要。通過大量的實際工程應用證明，基于BIM的橋梁智能設計與自動繪圖系統必將要成為橋梁設計工作者的必備利器，也將是橋梁設計行業效率和效益提升的法寶。

[1] 楊季湘. 橋梁繪圖系統的研制和應用[J]，計算機輔助設計與圖形學學報，1998，10(3)，280-285

[2] 尤文剛，孔祥勇. 集成化橋梁CAD系統分析[J]，四川建筑，2006，26(3) ，109-111

[3] 馮延力. 從輔助建模到智能設計——BIM設計軟件發展的思考[A]， 第十七屆全國工程建設計算機應用大會論文集，2014，469-474

韓厚正，長期從事橋梁智能化設計與自動化繪圖的技術研究和軟件研發，曾主持完成了“橋梁設計師”、“方案設計師”等多款橋梁軟件系統的研發。

U45

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1007-6344（2016）03-0017-01

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