基于BIM技術的路橋構思設計

趙守哲

（同圓設計集團有限公司，山東 濟南 250000）

0 引言

公路橋梁施工技術要求因施工環境而異，因此在設計施工過程中必須確定公路橋梁的實用性。設計人員必須考慮當前的經濟發展模式和道路橋梁的合理性，同時，要對道路橋梁進行總體評估[1]。新技術的應用對于道路和橋梁的建設至關重要，隨著新技術的引入，現代交通設施的建設有了極大的進步。交通設施應具有創新性和安全性，因此要對道路和橋梁的設計有一個總體的認識，并要考慮到交通發展的現狀。

1 BIM在路橋工程設計中的應用

1.1 路橋工程在BIM集成中的等級

BIM 技術在建筑領域的應用主要表現為，其能夠協同各個不同的學科專業。在基礎設施方面，它主要集成到道路、橋梁、隧道和輔助項目中。該文基于BIM 技術水平的研究，將道路、橋梁、隧道和輔助項目設置為第一等級。項目結構分為第二級，這是單個項目的BIM 模型。換言之，所謂的兩級 BIM 模型，就是在工程中選擇道路或橋梁部分來劃分結構部件。在族模型文件中，設置時通過參數化組裝參數組件。 BIM 模型應用程序的每個級別都在提供更高級別的服務，并且族參數信息的設置被合并到下一個級別，如圖1 所示。

圖1 BIM 模型族庫

1.2 協同化設計

BIM 平臺是通過項目完整信息模型的跨學科協作來完成每個專業模型的信息維護。利用 BIM 技術的協同設計模式，可以極大地提高信息模型的設計和效率，并能對信息模型進行多項管理。

1.3 可視化設計

利用 BIM 技術將現有的圖形設計轉化為3D 設計模型，進一步驗證“現有”理論，實時直觀地監控和關聯三維復雜形狀的構件，可以更直接、快速地解決相關問題。

1.4 參數化設計

利用 BIM 三維參量系統，根據項目構件截面尺寸關系對截面參數進行設定，當參數發生變化時， BIM 軟件可生成設定模型。使用 BIM 技術，可以通過2 種方式為工程項目創建組件參數。1）提出了一種簡單可變的幾何方法。2）提出一種基于結構形狀聯動參數的方法。兩者在生成不同構件時各有優勢，正確地選擇建模方法能提高三維模型的生成和修改效率。

1.5 自動化出圖

BIM 技術用于構建模型時，該模型可以根據設計人員和施工現場的需要輕松地導出各種橫截面、平面和立面的工程圖，簡化設計人員復雜且煩瑣的工程圖，并節省大量時間和精力。

1.6 工程量統計

在3D 設計模型中，該軟件可以通過每個模型的進度和屬性快速實時地計算項目組件的項目數量，與傳統的人工工程數量計算方法相比，減少了許多錯誤和遺漏。

2 路橋設計構思

公路橋梁項目設計人員在進行初步設計時，相關人員應相互配合、有效合作、相互溝通，并充分考慮每項施工可能發生的情況及問題。例如，可以從施工過程中引起軟土地基沉降的因素考慮，從根本上解決道路和橋梁的沉降問題。在設計時，必須在2 個方面對設計過程進行良好的控制。1）必須對施工的每個階段進行詳細的計算和綜合分析，以獲取更準確的數據。2）需要測試采集的數據以確保其正確。

2.1 關于橋坡軟基的處理

道路和橋梁的集成技術有助于防止地基沉降不均勻，可以合理地調整樁的數量和長度，從而使橋梁邊坡填土和側跨橋墩之間的沉降幾乎相同。由于使用該措施不需要對橋梁坡度進行特殊處理，有關設計者應首先仔細分析并確認橋梁邊坡的沉降程度，然后將橋梁基礎設計與軟土地基處理方法結合使用，以便有效地解決沉降問題并提高道路和橋梁工程的穩定性。在一定程度上，可以提高項目的整體質量。在實踐中證明，能夠非常有效解決這2 個增強橋頭跳動管理和控制橋邊坡沉降的問題。

2.2 控制沉降的復合樁計算模式

荷載樁基礎的沉降控制是由承臺下地基土和承臺共同承擔上部荷載，根據沉降調節要求，確定用樁數的低承臺摩擦樁基礎。其基本假定是，當承臺下地基土和樁土共同承擔荷載時，樁的共同荷載等于樁的極限承載力標準值之和，其余荷載的長期效應組合值由承臺下地基土共同承擔。而樁基能承受全部荷載。計算方法是，當樁端和樁側荷載降到樁端平面以下時，按樁的應力公式計算，荷載引起的應力由承臺分擔。

2.3 墩臺樁基礎設計計算一般程序

墩臺樁基礎設計計算一般分為3 步。1）采用單樁側向摩阻沉降試驗定量分析樁基沉降。2）利用程序計算墩臺群樁的沉降，并與根據單樁試驗結果得出的結果相比較。3）考慮采取某些備用措施。

3 基于BIM技術立交橋設計實例

3.1 項目工程概況

該文運用立交橋的計算數據，使用Civil 3D 軟件將地形線和整個橋梁選線引入Revit 軟件，并通過BIM 技術建造橋梁模型，對立交橋的設計做進一步研究。該立交橋連接南北干線道路，可以大大減輕城市的交通壓力。換句話說，城市景觀增強了城市的外觀和景觀，有效地分隔了道路上的交通，并完成了城市中心道路和各種環形道路的合理轉換。

3.2 箱形梁 BIM建模方法

在天橋施工的過程中，根據道路設計的要求，設置了主梁施工線。為了模擬混凝土箱梁，需要在平面上設定箱梁輪廓線的控制點，并通過自適應點建立交換橋的參數模型。

3.3 結構模型加筋計算

采用 BIM 技術具有強大的計算能力，可以成功地解決結構模型的強化問題。該方法不僅能實現構件自動配筋，而且能將配筋的工程量實時反饋給設計人員，同時能自動為構件配筋，并利用分析軟件對構件進行驗證，從而將構件分析內容直接傳遞給軟件[4]。經過計算后，如果構件的鋼筋沒有達到設計要求，或造價不合理，BIM 軟件將對構件模型進行重新布置和調整，并繼續進行分析，直至滿足設計要求。

在BIM 軟件中，創建了立交橋的各種組件模型，并使用Revit 軟件強化工具對組件模型進行了增強，如混凝土梁結構鋼筋布置，如圖2 所示。

圖2 鋼筋綁扎示意圖

3.4 BIM技術輸出施工圖紙

利用 BIM 技術輸入計算數據信息，可以在設計復雜的立交橋時，從應用程序中提取相關信息，例如模型方案優化和預算估算[4]。采用 BIM 技術，將所有橋梁信息以數字格式存儲在數據庫中，便于模型信息的更新，在各專業間實時共享，使各專業設計圖更加精確。

在BIM 技術中，來自箱梁的所有信息都通過項目管理的信息庫進行集成，并生成要應用的圖紙，導入圖形后可以使用軟件對圖紙進行編輯修改。

4 結語

BIM 技術已經在世界范圍內普遍使用，且應用范圍廣泛。與發達國家相比，中國的發展速度緩慢，處于公路橋梁設計領域的早期階段，一些因素阻礙了BIM 技術在路橋設計企業的推廣和應用。當前，BIM 行業還沒有像AutoCAD廣泛應用于傳統二維設計中的軟件，每個公司都有自己的優勢、劣勢，各公司獨立運行，未能相互合作，并且數百家公司的競爭使標準化BIM 行業標準變得困難，亟待解決軟件數據和繪圖標準的標準化問題。