鋼桁架橋梁BIM設計與應用

劉成林

（重慶對外建設集團有限公司，重慶 401121）

鋼桁架橋梁是我國較為主要的橋梁類型之一，一般是借助短小的構件拼接、連接所構成的。在鋼桁架橋梁設計時，需要考慮每根鋼結構的受力性能，以便于滿足鋼桁架橋梁跨越要求。鋼桁架橋梁相比傳統橋梁類型來說，更加具備承載力，建設效率非常高，具備一定耐久性，其經濟投入相對較少，所以近年來我國鋼桁架橋梁建設數量日漸增多。我國全橋梁建設領域也朝著信息化方向發展。為此，必須要在鋼桁架橋梁設計以及建設等各個環節，充分運用BIM 技術手段，在促進建設領域信息化發展的基礎上，推動鋼桁架橋梁建設工作朝著節能化、綠色環保、可持續發展的趨勢前進。基于此，該文針對如何在鋼桁架橋梁設計應用環節使用BIM 技術進行詳細分析。

1 BIM技術內涵概述

BIM 建筑信息模型（Building Information Modeling）是一種信息技術軟件，能夠借助計算機來實現工程設計、工程建造以及工程管理等內容。構建數字化BIM 參數模型，可以結合多種信息，實現建設項目數據信息共享、傳遞、交互協作、成本控制、情境虛擬以及可視化等功能，可以在最大程度上降低人力、物力以及財力耗費，提高工程建設效率，縮減工程建設成本[1]。

2 鋼桁架橋梁BIM設計與應用的意義

鋼桁架橋梁是我國當前最具備穩定性、科學性的橋梁建設類型。隨著我國鋼桁架橋梁數量日漸增多，鋼桁架橋梁相比混凝土橋梁來說更加具有經濟性，建設時間相對較短，更加科學合理。鋼桁架橋梁設計與建設管理，充分借助BIM 技術手段來實現三維模型，能夠有效對鋼桁架橋設計的各項內容進行可視化，實現對鋼桁架橋梁的生命周期管理。BIM 技術的核心便是支撐全信息的三維模型，該模型涵蓋了命周期各項內容的管控基礎，第一時間在三維實時模型當中收取各類項目的數據信息，并且將大數據內容進行實時播報更新[2]。BIM 技術當中的鋼桁架橋梁模型 還有很多提升的空間，在實際運用之下，要明確各項建設技術差異。在實施鋼桁架橋梁同類產品設計時，可以通過批量生產的形式來提升設計效率。BIM 技術中的GPS、DIS定位系統，可以精準地找出鋼桁架橋梁設計當中潛在的問題[3]。

3 鋼桁架橋梁BIM設計與應用途徑

3.1 主桁架建模

主桁架是鋼桁架橋梁的重要組成部分，找準助行架的各個節點，才是鋼桁架橋梁設計的基礎前提。因為主桁架是三維空間的內容，如果借助傳統二位空間手段去設計主桁架各個節點存在較大困難。便可以通過CATIA 軟件創建筑主桁架，并且生成骨架。這樣便可以結合鋼桁架橋梁設計的要求明確主桁架，并且精準地對主桁架的各個節點按照力學要求進行定位，為鋼桁架橋梁設計打下良好的基礎。1）節點生成。主桁架由弦桿、腹桿以及交匯處的節點板構成。主橋路中心線的生成方式相同，通過道路中心線可以獲得3 條下弦桿中心線。再與節點段實施分割面相交，就可以批量生成下弦桿定位點，上弦桿定位點也可以通過相同變換獲得。2）知識工程列陣。CATIA 軟件知識工程列陣是借助內部調用參數、公式、反應、檢查以及規則等對象來生成的智能幾何模型。幾何模型生成一般是面向對象操作的，適用于有規律的幾何圖形和零件創建，并且可以避免設計人員不必要的勞動。主桁架骨架除了桁架節點、連線之外，還需要創建弦桿和腹桿的起止面。鋼桁架橋梁上下桁架中間節點的骨架一般由一點、兩點腹桿連線和2 條弦桿連接所構成的。板件截止面是在距離交點一定位置上與連線法相垂直。利用知識工程陣列手段調用用戶特征，實現截止面的批量生成，輸入桁架設計信息，明確模板文本尺寸，如圖1 所示。3）建立產品庫。CATIA 軟件自帶的鋼結構模塊功能，一般可以結合鋼桁架橋梁的實際設計要求，科學合理地進行鋼桁架橋梁模型設計。結合用戶特征、文檔模板組成，結合用戶特征，針對必要的構件屬性如長、寬、厚、體積、材質等特定進行輸出，構建出單元桁架模型并生成桁架單元結構，如圖2 所示。文檔模板是CATIA的一個重要模塊，適用于大部分鋼結構部件設計，其能夠結合不同參數、不同批量產品進行鋼桁架橋梁結構設計。

3.2 碰撞檢查

鋼桁架橋梁鋼桁架一般需要在工廠當中進行預制拼裝，并且需要檢驗鋼桁架是否存在連接、碰撞等問題。在鋼桁架橋梁節段與節段之間弦桿、腹桿、橋面板等均需要對接焊透，部分需要高強度螺栓連接，并且對于板件、孔位的位置進行嚴謹的設計。針對邊桁來說，邊桁是鋼桁架橋梁最外面的側節點，與上弦桿、腹桿、上橫聯等位置相連接。最為外側的節點，借助邊桁手段可以加強鋼桁架橋梁結構支撐，并且與上橫聯的連接進行節點連接。由于內側節點板內傾斜度為8°，上橫聯也與垂直面存在一定角度，因此鋼桁架橋梁耳板位置很容易出現偏差。某鋼桁架橋梁在設計階段，通過建模發現，耳板與上橫聯連接存在2 處問題，即0.9°位置偏差、30 mm 位移偏差，直接影響了耳板焊接的精準性，所以需要針對鋼桁架橋梁邊桁設計進行整改。那么在整改的過程中，就可以借助三維建模的形式，針對鋼桁架橋梁設計當中連接、碰撞等問題進行科學合理的調整。

圖1 文檔模板尺寸簡圖

圖2 桁架單元模型

3.3 工程量計算

工程量計算是確保鋼桁架橋梁建設的根本，影響著施工造價的精準性和施工作業計劃編制，也是鋼桁架橋梁施工建設的重要依據。因為鋼桁架橋梁的異形板材相對較多，借助傳統的工程量計算手段進行工程量計算，很容易出現工程量計算偏差，并且統計內容煩瑣、統計數量煩瑣。那么便可以在主橋建設完畢之后，借助軟件自帶的編輯器針對各項設計內容進行二次開發，并且完成對零件參數的信息提取，對鋼桁架橋梁各個部件進行快速計算。因為在鋼桁架橋梁設計過程中，便針對各個鋼桁架橋梁構件、部位構建出了三維模擬圖形，而且對各項環節鋼桁架橋梁構件尺寸、形狀等數據都進行了明確的參數指定。為此便可以借助BIM 技術，將各個環節的桁架、構件進行數據統計分析，借助BIM技術當中的計算手段，對各項工程量內容進行詳細計算。

4 結語

總的來說，為了確保鋼桁架橋梁的質量，需要在鋼桁架橋梁設計和應用過程當中使用BIM 技術手段。在實際開展BIM 技術使用的過程中，需要明確BIM 技術的使用意義，充分借助BIM 技術手段，在鋼桁架橋梁設計、建設等領域當中科學合理運用。結合當地的氣候環境、地質情況制定出科學合理的鋼桁架橋梁設計方案，對各項鋼桁架橋梁構件進行設計。細化主桁架建模設計，對主桁架各項建設內容進行明確。結合鋼桁架橋梁設計的實際要求，嚴格開展主桁架建模、碰撞檢查、預拼裝模擬以及工程量計算，充分展現出BIM 技術的優越性，保障鋼桁架橋梁設計與應用的科學性與嚴謹性，促進我國鋼桁架橋梁設計建設的科學性、合理性。