探討BIM技術在連續箱型結構橋梁設計中的應用

高秋生

[摘要]連續箱型結構橋梁設計有其特殊性，在力學性能、荷載、構造、施工等方面十分復雜，探討將BIM技術運用到連續箱型結構橋梁設計中，針對目前存在的問題，以橋梁信息模型為核心，闡述應用BIM技術的優勢，同時還分析了其具體應用，以期能對BIM技術在橋梁設計方面的應用拓展思路。

[關鍵詞]BIM；連續箱型；橋梁 文章編號：2095-4085（2018）04-0048-02

連續箱梁是一種比較常用的橋梁結構形式，箱型結構橋梁具有橋型美觀、變形協調、受力合理、使用壽命長的特點，在橋梁建設中將得到越來越多的應用。建筑信息模型（Building Information Model，簡稱BIM）是在建設工程及設施全生命期內，對其物理和功能特性進行數字化表達，并依此設計、施工、運營的過程和結果的總稱，具有可視化、協調性、模擬性、優化性和可出圖性五大特點。以橋梁信息模型為核心，研究真正的面向工程、面向設計過程的數字化橋梁設計技術，滿足高速公路常規橋梁的批量化、標準化設計，并自動實現詳圖生成和工程量統計，為今后BIM技術在橋梁設計方面的應用提供新的思路。

1 存在的問題

目前國內還欠缺比較完善的箱型結構橋梁設計繪圖軟件，原因在于連續箱型結構橋梁設計和施工的復雜性，只能借助于CAD平臺軟件或一些專用繪圖工具來完成局部的自動繪圖和手工繪圖，難以滿足橋梁現代化設計的需要。主要表現在：

（1）功能單一，或為參數化出圖軟件或為結構分析軟件。

（2）已有出圖和計算集成的軟件，但仍采用的是參數化出圖和計算的方式，軟件思想落后，不能長期發展。

（3）主要解決等截面連續箱梁的出圖，對變高、變寬的箱型結構橋梁仍不能提供出圖工具。

（4）技術方案單一，難以為用戶提供全面解決方案。

2 BIM技術的優勢

以信息模型設計理念為基礎，在用于解決高速公路常規橋梁的數字化、標準化和批量化設計的基礎上，具體應用到箱型結構橋梁設計中，涉及以下幾方面：

（1）基于特征設計技術建立橋梁的信息模型

以實際的工程特征建立數字化的連續箱型結構橋梁模型，通過繪制和操作圖形來建立全橋的構造模型，并用此模型代替結構分析軟件的原始數據的輸入，快速自動建立計算分析模型完成計算，并將計算結果輸出給圖形系統以完成最終的設計圖紙，繪圖和計算可以反復迭代，直至滿足設計要求。

（2）“即改即現”式的模型修改及資料更新

提供了“即改即現”式的修改方法，直接在模型或圖紙中修改標注數據或動態特征，數據或特征的修改可直接導致關聯特征圖形的修改；力爭達到只需更新設計資料，已修改部分或已給定的設計數據仍保留，根據新的設計資料完成相應部分設計的修改，不需要重新設計。

（3）套用標準圖完成全線橋梁模型的建立

從箱梁模型中獲取上部結構參數及路線信息，改造建模流程，支持分叉路線橋梁，同時改造相應的下部結構，快速完成全線橋梁的方案設計，提高設計效率，確保設計質量。

3 BIM技術的可行性

橋梁的墩、臺、錐坡及蓋梁等構造將被定義為有實際工程意義的“對象”，每一個“對象”都具有相應的長、寬、高等幾何屬性，也具有混凝土材料等級、裝配位置等工程屬性。橋梁的信息模型由這些具有實際工程意義的“對象”通過“搭積木”方式實現裝配建模，在設計變更環節可以方便的進行對象的替換和屬性更改，并基于模型實現自動的出圖、出表和工程數量統計。

公路項目中常規橋梁數量大，結構形式相對比較規范，并且對于同一座橋梁，為了便于預制和施工，在滿足地形地質條件要求的前提下，多個墩臺一般采用規范統一的結構形式，便于實現批量化設計。根據這一特征，設計采用與傳統模式相似的流程，創建基于全線多座同類型橋梁設計所需要的上、下部標準圖信息模型。對于每張標準圖，給定其適用墩臺高、橋梁角度、跨徑及橋寬等判斷條件、適用范圍，在模型建立的過程中根據橋梁特征檢索合適的上、下部結構，裝配成橋梁主體。通過工程配置實現對全線橋梁的標準進行統一定義，利用資料管理器自動讀入全線線路數據。

4 BIM技術的應用

側重于研究基于特征設計技術，以信息模型的設計理念為基礎，從對連續箱型結構橋梁的理解和針對工程特點的計算方法上以及對國內設計規范的把握和專業知識的積累方面入手，考證軟件應用時的正確性、合理性、與我國設計規范的適用性，具體需要解決的關鍵性問題：

（1）箱梁建模：以路線軸線、控制軸線、約束邊線、標準截面等為基礎，交互創建箱梁上部結構設計模型，主要用來拼組、編輯復雜橋梁有限元對象的幾何圖形，使橋梁有限元幾何建模高效便捷；

（2）從箱梁模型中獲取上部結構參數及路線信息，改造建模流程，支持分叉路線橋梁，同時改造相應的下部結構；

（3）圖紙技術：考慮跨平臺和系統升級的問題；

（4）建立全橋工程信息模型，并基于該模型實現方案變更設計。

5 結語

從參數化到特征化，從電子化到數字化，從面向出圖到面向設計，從面向構件到面向工程，采用的核心技術一特征建模，在一定的程度上，必將促進橋梁資產在其全壽命周期內的數字化設計、建造和項目數據移交水平的提升，為遠期實現數字化運營奠定基礎。在遠期，通過擴展能解決復雜橋梁，包括互通式立交中的變寬、分岔、異型結構的設計和配筋；連續剛構橋的預應力配束布置及出圖，并且實現與分析軟件的數據互用和協作，為橋梁設計過程提供完整的解決方案。

參考文獻：

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