淺談BIM技術在橋梁設計中的應用

張 云

（上海市水利工程設計研究院有限公司，上海市 200061）

0 引言

BIM理念最先于1975年被提出，先后經歷了萌芽階段、產生階段、發展階段，目前已在美國、歐洲、日本等發達國家得到廣泛的應用[1]。當今BIM是中國建設工程領域最熱門的話題之一，住建部印發的《2016-2020年建筑業信息化發展綱要》中多次提及BIM技術，隨著政府推廣力度的加大，BIM技術正從理論研究逐漸走向工程項目實踐。然而國內BIM技術的應用研究相對集中于建筑項目[2]，例如中國國家會展中心等建筑項目的BIM應用均取得了良好的實踐效果，而目前BIM技術在其他基礎設施領域的研究相對較少[3]，鑒于此，本文通過BIM技術在淤泥河橋中的應用，對BIM應用于橋梁工程進行了探索和實踐。

1 工程概況

西平境內河流屬淮河流域的洪、汝水系，流域面積在5 km2以上的河流共69條，其中洪河、柳堰河、淤泥河為縣內3條主要河流。為確保西平縣防汛除澇安全，擬整治引洪河、淤泥河、新建人工湖。為滿足道路溝通需要，在淤泥河靠近人工湖處建設淤泥河橋。淤泥河河口寬約120 m，設計河道主槽底寬21 m，設計主槽深3.3 m，設計河底高程為52.8～52.7 m，平臺高程為56.0 m，設計堤頂高程58.8～58.7 m。考慮到淤泥河河口較寬，主槽僅為河口的1/5左右，若采用跨越能力大、建筑高度大的橋型，一方面將導致橋面與堤頂的高差過大，銜接困難；另一方面縱橫向比例不和諧致景觀性較差。綜合分析之后，設計采用了梁體簡支、橋面連續的簡支梁結構。

橋梁上部結構板梁均采用標準先張預應力混凝土結構，為工廠或現場預制，吊裝施工后施工鉸縫。簡支橋梁橋下部結構，橋臺采用重力式橋臺兼作護岸。臺帽高1.269 m，寬0.4 m，背墻厚1.34 m，下設1.5 m厚承臺，承臺底標高為54.5 m。承臺下設雙排φ800 mm@3000 mm的C30鋼筋混凝土鉆孔灌注樁。橋墩采用樁式橋墩。蓋梁高1.5m，寬1.8 m，蓋梁下設單排φ1 000 mm@3 000 mm的C30鋼筋混凝土鉆孔灌注樁。橋梁布置方案見表1。

表1 空心板橋梁布置方案

2 模型構建及應用

2.1 三維模型構建

三維模型的建立是使BIM技術與橋梁設計有效結合的前提，由于目前BIM技術在橋梁工程正向設計中的應用經驗較少[4]，橋梁三維模型一般先由傳統二維圖紙轉換而成（若有上一階段的三維設計模型，也可在此基礎上深化），再采用BIM技術對模型進行檢測及優化，形成最終的三維模型及二維圖紙，模型構建及優化的流程見圖1。三維模型的構建，可直觀展示設計意圖，并通過碰撞檢查、施工模擬等功能，及時發現設計問題，確保圖紙的可實施性，從而減少后期變更，節省工程投資。本工程為五跨簡支梁結構，采用MicroStation軟件進行三維建模，模型成果見圖2。

圖1 三維模型構建及優化流程圖

圖2 淤泥河橋BIM模型

2.2 圖紙輸出

橋梁三維模型建立后，即可根據模型進行圖紙輸出。由于目前圖紙交付仍以二維圖紙為主，故可采用MicroStation軟件的切圖工具由三維模型直接剖切得到二維圖紙，在進行必要的標注與圖紙說明后作為交付成果。有別于傳統二維繪圖，基于BIM模型的二維出圖兼顧了出圖效率及準確度，能保證圖紙與模型具有一致性，極大程度避免二維手工繪圖發生的錯誤，而且可以減輕由于項目變更引起的圖紙修改工作量。在圖紙表達上，本文嘗試以局部三維視圖結合傳統二維圖紙的方式，有助于圖紙接收方對圖紙內容的快速理解。淤泥河橋橋臺出圖成果見圖3。

圖3 淤泥河橋橋臺出圖示例（單位：mm）

2.3 工程量統計

工程量統計同樣是BIM模型的重要應用[5]，快速準確的獲得工程量是采用BIM技術的優勢之一。MicroStation軟件通過family&part的定制，能直接從模型提取工程量，圖4為軟件生成的淤泥河橋橋臺工程量統計數據，根據與傳統手工計算的工程量比較，兩者完全一致。在計算不規則形體工程量時，采用BIM模型直接提取工程量的方式可大幅提高設計效率。

圖4 淤泥河橋橋臺工程量統計報表

2.4 三維配筋

鋼筋圖的繪制是傳統二維繪圖工作中較為繁瑣的部分，采用BIM技術可有效減輕此項工作的負擔，以生動形象的三維視角完成橋梁三維配筋，再輔以抽圖工具形成符合交付要求的二維圖紙，可極大地減輕設計人員的工作負擔。圖5為采用ReStation對橋臺進行配筋后生成的三維配筋體，軟件完成對三維實體的配筋后，可自動進行鋼筋編號及報表整理，大幅的提高了設計效率。

圖5 淤泥河橋橋臺三維配筋體模型

3 結語

隨著工程項目的復雜程度不斷提升、業主對項目要求的不斷提高，CAD制圖已漸漸不能滿足項目不同參與方的需求，BIM技術以其獨特的優勢正逐漸取代二維制圖。本文以河南省西平縣淤泥河橋為例，利用Bentley系列軟件開展了橋梁三維設計的應用，從橋梁工程三維建模、二維抽圖、工程量統計、三維配筋等不同方面進行了嘗試，均取得了較好的應用成果，為同類項目的應用提供了參考。