BIM技術在橋梁設計中的應用探索

摘 要：BIM（Building Information Modeling）即建筑信息模型技術，新一代設計技術理念，是設計行業又一次設計革命，意義重大，被國內外諸多著名的建筑、結構、施工公司在項目中廣泛應用。本文基于目前BIM技術在橋梁設計領域的應用現狀，淺談關于BIM數據輸入方式和應用分析及結果輸出方面的幾點設想，同時也指出了BIM技術研究中存在的不足，并對今后的研究給出了建議。

關鍵詞：BIM技術;橋梁設計;參數化;信息共享

一、引言

BIM設計理念技術產生于20世紀70年代，被譽為是設計行業繼計算機輔助設計CAD后的第二次設計革命，被國內外諸多著名的建筑、結構、施工公司在項目中廣泛應用。近年來，BIM技術由開始的建立設施電子模型的簡單行為逐漸轉變成一個一體化的應用平臺，不僅可以在計算機虛擬空間中仿真實工程參數化建模，而且通過以3D可視化方式呈現來進行跨專業跨階段的協同作業，集協助、設計、施工、營運、維護、生命周期各項工程作業與管理于一身的新科技，因此在任何工程項目中應用BIM，能管好、用好信息，保證信息流暢，共享和交流各方信息，及早糾正錯誤，減少由此產生的浪費，節省生產成本，最終的目的都是保證項目依照計劃進行并按時完工。

二、BIM技術在橋梁設計的應用

BIM技術作為應用在建筑工程中的新技術，它是用以協助規劃設計，施工運營，維護生周期各項作業，并對這些過程進行協調管理的一個工具，因此，就必然存在輸入-處理分析—輸出的聯系紐帶。由于繪制施工圖的工作量很大，設計師以往無法在方案構思階段花很多的時間和精力，但在應用BIM設計軟件后，能夠把主要的精力放在結構設計的構思上，有利于提高結構設計的質量。只要完成了設計構思，確定了最后的模型構成，就可以用很少的時間根據模型生成施工圖。由于BIM設計軟件在設計過程中具有良好的協調性，因此可減少后期調整設計的工作量，BIM模型中包含了用于建筑性能分析的各種數據，同時BIM設計軟件提供了良好的交換數據功能，只要將模型輸入的分析軟件中，很快就得到相關的分析結果。

（一）參數化設計與族庫輸入

橋梁領域最先應用BIM技術是在鋼橋結構中，這本來就是建筑鋼結構體系的延伸，參數化鋼橋在引用機械行業標準件庫的基礎上開發出鋼橋三維設計工具包。參數化設計BIM設計軟件操作的對象是用以組成建筑模型的基本元素建筑構件的，整個設計過程是在不斷確定和修改各種建筑構件的參數來體現設計師的設計意圖，這也就成功解決了三維實體不能由計算機自動判斷識別的障礙。這就說明構件實體具有幾何、物理、構造及技術等所有信息均保存在族庫中，橋梁BIM軟件的建模取決于橋梁工程族庫的建立和完善。有了常規標準化橋梁、沉管隧道以及主橋主要構件的參數化族庫，就可以通過已建好的參數化樣板族直接建模，只需調整族的參數即可應用，這樣就可以縮短建模的時間。另外，將已建的構件族保存到族庫，以后遇到類似的構件族就只需更改相應的參數，從而極大地減少了重復性工作。其次，建立BIM數據庫，統一管理勘察、設計、建模、分析中的工程數據，為施工以及運維階段數據庫建立奠定基礎，以促進設計階段的BIM技術使用價值最大化。

（二）深化設計與協同設計

由于一個項目模型的所有設計圖紙、圖表都相互關聯，在設計數據之間就建立起了實時的、一致性的關聯，各數字化構件實體之間也就可以實現關聯顯示、智能互動。深化設計才能使BIM得以普遍應用，統一的關聯的數據庫實現了信息集成，在建筑信息模型中，基本構件的所有信息都存放在統一的數據庫中，實現了信息集成。同時用戶還可以根據自己的需要增加必要的數據項建筑對象，也為各種分析提供了條件，有力地支持建筑工程全生命周期的管理。

通過協同設計、參數化建模、碰撞檢測，與計算機分析軟件相結合，以及相應的輔助軟件，可以更好地體現出BIM在設計階段的價值。協同設計系統管理著整個設計流程，并可與企業其他信息管理系統集成，形成設計企業信息化的構架。BIM協同設計通過BIM協同設計系統，將設計人員按專業分工，統一納人系統進行協同設計，可以提高設計信息流轉效率。例如碰撞檢測BlM技術可模擬碰撞檢查，包括設計過程中鋼筋及預應力筋的碰撞檢測，橋上橋內設施、機電管線的碰撞檢測，以及設計階段其他構件的干涉檢測。

通過輔助設計工具，如BIM地質模型，可實現橋梁、沉管隧道與線路、地形、地質的關聯化;借助地質模型，實現地基承載力的自動計算，隨著結構的移動，可以自動計算樁長。通過輔助軟件，可保證設計更快速地完成，例如二維出圖、交通流量分析、工程量統計等功能。甚至在橋梁運營和維護階段，利用BIM云平臺和BIM的各個管養子系統，也可以實現更加精細化的管理，體現出BIM技術的實用價值。

（三）成果輸出

設計成果就是信息化建筑模型，圖紙由模型自動生成。BIM設計軟件建立起的模型是信息化建筑模型，各種平、立、剖二維圖紙以及圖表都可以根據模型生成，各種三維效果圖、三維動畫亦然，這就為快速生成施工圖和實現設計可視化提供了可能。BIM模型建成后，由三維模型直接生成的圖紙表現形式豐富多樣，三維布置圖，預拼裝圖能精準無誤的表現各細部結構的空間位置，由三維模型經過計算機程序自動投影，剖切得到的二維剖面圖及大樣圖也比由人腦加工轉換得到的二維圖紙更加高效、準確，也更便于其他人員再次復核，然而現階段我國橋梁設計交付的二維圖紙都是傳統意義上的二維工程圖，實際上它們都是工程師通過空間想像，將腦海中的三維模型投影、剖切到二維平面上的產物，其表現能力及校核糾錯功能都不如實際三維模型。因此利用BIM技術建立三維圖紙不僅在空間構造表現方面有其絕對優勢，而且在剖切示意、大樣展示及工程數量統計方面，由自動生成的二維圖紙，更能保證精確度。

三維模型是橋梁設計應用BIM技術的基礎，這就需要針對特點結構類型是先對建模方式進行規劃，也就是規劃化建模。實際上，規范化建模也可以提高模型的可重用性和參與驅動的性能。同時，雖然現有的軟件都支持三維模型和二維模型的聯動，但為了避免反復調整尺寸線，視圖剖面位置等帶來到工作量，設計中應以三維模型作為主要的設計對象，在三維模型穩定后再生成二維圖，或者導入分析軟件進行后續計算。

三、結論與展望

由于橋梁設計的復雜性，對現有BIM軟件進行用戶定義和二次開發勢在必行。目前BIM 技術在橋梁工程建設領域的應用目前正處于前期階段，利用 BIM 技術來提高設計效率，改善設計質量、加強施工組織及后期運營管理，探索在橋梁設計領域的具體的實現方法對 BIM 技術在橋梁工程方面的應用拓展意義重大。隨著”互聯網+”等技術的發展，BIM技術的發展也越來越成熟，相信在不久也將出現“BIM+”時代的盛景。

參考文獻

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作者簡介：黃新（1995—），男，漢族，四川成都人，重慶交通大學碩士研究生，研究方向：隧道及地下工程。