大跨度斜拉橋設計中BIM技術的應用

王 捷

(貴州路橋集團有限公司，貴州 貴陽 550001)

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大跨度斜拉橋設計中BIM技術的應用

王 捷

(貴州路橋集團有限公司，貴州 貴陽 550001)

基于目前大跨度斜拉橋設計建設過程中存在的工作量大、時間長且成本消耗大等問題，文章分析了研究大跨徑斜拉橋設計應用BIM技術的重要性以及優勢，并提出了技術應用的方式方法，其目的是為相關建設人員提供一些理論依據。

大跨度斜拉橋；BIM技術；Revit Structure；Bentley-Bentley Architecture

1 研究大跨度斜拉橋設計中BIM技術應用重要性

建筑信息模式(Building Information Modeling，BIM)最早是由美國學者在20世紀70年代提出來的。就目前的美國BIM技術行業市場，已經形成了相對完整的BIM技術應用標準，即NBIMS，(National Building Information Model Stand-ard)。具體來說，就是將BIM技術作為三維數字技術應用基礎，從而建立起各類工程建設的數據模型。此過程,BIM技術是實現工程項目設施實體以及工程特性數字化表達的重要載體。橋梁作為特殊的建筑結構，其具有結構復雜、受力要求高以及形式多樣化等特點，這就使得其設計應用受諸多因素的影響，尤其是大跨度斜拉橋的設計。因其結構的特殊性，設計過程極易出現錯漏或是造成施工浪費問題的出現。

2 大跨度斜拉橋設計中應用BIM技術優勢分析

BIM技術應用于大跨度斜拉橋的優勢，主要體現在基于核心建模軟件Revit Structure 建立的構件族庫。具體來說，大跨度斜拉橋構件族庫的建立，不僅能夠實現工程信息化模型的完整性，還能在設計過程中通過計算機技術減少工作量。由于計算機技術的精確性，使大跨度斜拉橋設計誤差得到了有效控制。這種情況，BIM技術的應用成功解決了大跨度斜拉橋梁工程建模水平和速度不高問題。此外，BIM技術的應用還能通過斜拉橋的信息化模型導出對應的二維施工設計圖紙，進而生成三維圖紙。這樣一來，就能對存在問題的圖紙進行自動修改，從而節省大跨度斜拉橋設計施工的時間。值得注意的是，基于BIM技術的大跨度斜拉橋設計還能減少以往設計方法造成的原材料浪費問題，從而大幅度降低大跨度斜拉橋施工建設的造價成本。為此，相關建設人員應將該技術內容、應用方式重視起來，并通過不斷優化其應用，以適應市場經濟發展對大跨度斜拉橋施工建設提出的安全穩定性要求。

3 大跨度斜拉橋設計中BIM技術應用方法

3.1 優化技術軟件選擇

就目前的市場環境，可供大跨度斜拉橋BIM技術設計應用的軟件類型有四種分別是：Autodesk--Revit 、Bentley-Bentley Architecture、GraPhisoft/Nemetschek AG-Ar-chiCAD 以及Tekla Corp． - Tekla Strueture，Xsteel。其中兩類使用較為常見，Autodesk-Revit 軟件的作用優勢為，具有應用平臺獨立性以及操作便捷性。但由于該類軟件是由第三方進行開發設計的，其創建的文件形式，使其無法與其他軟件平臺進行互通。對于需要轉換模型的設計，該軟件應用存在一定劣勢。而Bentley-Bentley Architecture軟件，具有功能強大且設計范圍較廣特點，但其操作難度大，因此，僅適用于對此軟件使用較為熟練的橋梁工程設計人員。由此可以看出，Revit 系列軟件無論是從功能上還是使用上均具有不可替代的優勢，因此，設計人員應優先采用該軟件進行族庫模型建立。

3.2 全橋模型建立方法

首先，當大跨度橋梁各部分構件族庫建立完成后，設計人員應將其建立一個結構項目文件。其次，將建立好的構件族庫載入到結構項目樣板文件中，從而調整各個構件在項目中的位置，進而提高模型變化的真實合理性。最后，設計人員就可應用二維或三維模型，對工程建設的實際情況進行可視化分析，進而提高橋梁工程設計應用的科學合理性。此過程，要求設計人員要充分考慮大跨度斜拉橋多處的地形條件和地質條件，并將地層、索塔、基礎、主梁以及斜拉索等族庫載入項目文件中，以得到完整的項目模型。在實際進行設計建模過程中，由于族庫建立具有有效性和便捷性特點，為此，設計人員可通過參數調整和可載入族，來降低整個工程施工建設的造價成本。這種把構件族庫資源共享化的科學技術，是未來橋梁工程施工建設研究的主要方向。因為，建模設計應用過程中，還存在許多技術難題，為此，相關人員應不斷完善工程建設族庫模型的構建，以擴大BIM技術應用的更大價值。

3.3 應用實例

以某大跨度斜拉橋工程設計為例，在建立墩柱族庫過程中，設計人員現在Revit中建立空心截面，并通過拉伸使其達到實際構件高度。其次，將工程墩臺的基礎尺寸、標高以及材料設置輸入到空白截面中。最后，對倒角的細部構造進行處理，就完成了墩柱族庫模型的建立。

對于索塔族庫的建立，設計人員要分三部分進行模型建立，即下塔柱、上塔柱以及鋼錨梁。對于下塔柱來說，由于該斜拉橋主塔塔柱是變截面的空心結構，且下部塔柱存在向外傾斜特點。為此，設計人員應將上部塔柱設計為豎直構造，即將下部塔柱與中塔柱的交點處作為第一道橫梁位置，將中部塔柱與上部塔柱交點作為第二道橫梁位置。此外，由于公制結構柱樣板文件自身就攜帶一些參數，這就使得建模設計人員要考慮多方面的問題影響。在對上塔柱進行墩柱族庫建立過程中，由于索塔上塔柱的橫梁和塔尖構造較為復雜，這就使得設計人員要注重上塔柱塔尖的截面變化。對于索塔上的鋼錨梁設計，由于其是斜拉索在塔柱結構上實現索力傳遞的重要構件，為此設計人員要特別注意BIM模型的設計應用。具體來說，在索塔的頂部及橫梁與塔柱相交的地方均要留有供維修人員作業的孔洞，即人孔。由于人孔做法是繪制出人孔的形狀后使用“實心/空心”功能來進行調整的。因此，設計人員應將其最終的功能實現調整為空心，并用剪切功能將洞口模型建立起來。

4 結束語

綜上所述，大跨度斜拉橋設計中BIM技術應用具有降低工程設計工作量、造價成本以及繁瑣性作用優勢。然而，其在實際應用過程中，由于族庫構件模型眾多，設計人員很難實現準確性的有效控制，為此，設計人員應根據工程建設的實際情況選擇具有應用效率的軟件，從而簡化二維或三維構件模型的生成。此外，BIM技術應用不僅實現了橋梁各部分構件的真實模擬，還為設計人員提供了構件調整的平臺。這樣一來，設計人員只要結合工程所處的實際情況就能大幅度提高設計應用的有效性。這是滿足大跨度斜拉橋建設使用安全性、耐久性的重要課題內容，相關人員應將其作為重點研究對象，以作用于實踐。

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[2] 史瑞英,賀洪波,張現林.BIM技術在永川長江大橋施工中的應用研究[J].圖學學報,2016,(4):556-560.

[3] 劉偉.基于建養一體化的大跨度斜拉橋BIM應用技術[J].廣東公路交通,2016,(4):45-49.

2016-12-28

王捷(1989-)，男，貴州納雍人，助理工程師，研究方向：公路橋梁。

U442

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1008-3383(2017)05-0094-02