基于BIM 城市橋梁工程設計與施工優化研究

孫艷

（江蘇中設集團股份有限公司，江蘇 無錫 214000）

網絡以及通信技術的發達使得越來越多的高新技術出現在人們的視野，高新技術的出現使得各個領域都開始出現了翻天覆地的變化。其中BIM 技術就是眾多新興技術中的一種，目前BIM 技術已經被廣泛應用到了建筑領域，并且也取得了很好的效果。城市橋梁作為建筑領域的一項基本建筑工程，也將BIM 技術充分的結合到了橋梁的施工與設計過程當中。

1 BIM 的含義

BIM 的中文全稱是建筑信息模型，是利用計算機技術和網絡技術來為整個建筑領域提供服務的管理理念。BIM 從準確意義上來說并不是一種技術或者是一種模型，它其實是一種可以進行實際應用的管理理念，該種管理理念將設計、管理等因素統一的包含在內，對各個因素之間進行協調，最終設計最科學合理的方案。

2 實際工程項目中的BIM 技術運用

在無錫地區，近年來BIM 發展及運用一直位于全國領先位置，對于城市快速路、快速通道、主干道這類的項目均進行全線建模分析。目前常用的BIM 模型標準有Revit、Civil3D、CAD。

在無錫快速路工程中，建模分析了全線工程的圖紙設計合理性，其中高架橋的承臺標高設置，高架橋全橋工程量核查工作，隧道施工工序的合理性都通過模擬建模得到校核、修正并優化。

圖1

另外，在設計中得到充分運用的南通某城市段航道整治工程中，城市橋梁設計作為項目試點，進行了系統的全生命周期的BIM 運用。

以該項目一座變截面預應力混凝土懸澆連續箱梁建模為例。本橋共建立混凝土組合段箱梁模板4 種、立柱模板5種、承臺模板3 種、橋臺模板1 種、護欄模板1 種。BIM 模型共包含5 聯混凝土組合箱梁等寬段、1 聯變高懸澆梁、立柱（不含橋臺）68 根、承臺12 個、樁基150 余根，以及全線防撞護欄、橋面鋪裝及支座系統。

圖2 總體模型

圖3 主橋組合箱梁模型

在前期設計過程中，全橋縱向結構計算共設置節點126個，單元117 個，邊界條件數量8 個，模擬施工階段狀況41個。根據計算模擬，本橋按照全預應力結構構件各階段各效應組合下應力、抗力驗算均滿足規范要求。

圖4

a.正截面抗彎承載能力驗算：

圖5

b.斜截面抗剪承載能力驗算：

圖6

c. 持久狀態下正截面混凝土法向拉、壓應力驗算σkc＋σpt= 15.69MPa ≤0.5fck= 16.20MPa ，σcp= 15.71MPa ≤0.6fck= 19.44MPa，均滿足規范要求。

另外，橋梁橫向端橫梁計算中，采用midas 2019 進行PSC 構件計算分析。取懸澆梁中支點截面，建立工字型截面分析計算模型。模型共計15 個節點，14 個單元。

圖7

將縱向計算端支點處的縱向支點力，按照橫向支座恒載均勻分布縱向力，活載按橫向分布偏載最不利車道分布支座力，對端橫梁構件加載計算。通過計算，端橫梁在各階段各效應組合下應力、抗力驗算均滿足規范要求。

圖8 正截面抗彎承載能力驗算結果

圖9 斜截面混凝土的主壓應力驗算結果

σcp= 6.57MPa≤0.6fck= 19.44MPa，滿足規范要求。

按照傳統設計方式，結構縱向計算，橫向計算均滿足規范要求，結構鋼束布置及有效預應力均達到規范要求。很難核查出縱向與橫向之間發生的鋼筋、鋼束之間的碰撞干擾問題，這個問題也成為預應力結構設計引起設計變更的一個常見問題。往往都是在施工中鋼束波紋管放樣過程中才能發現縱橫向鋼束或鋼筋發生干擾的問題。一旦發生這樣的問題，施工已進入鋼束放樣階段，設計調整余地很小，鋼束索形很難進行空間避讓，經常不得不進行重新布置鋼束或者割斷鋼筋等措施，很難保證施工精度和設計的精準性，影響結構受力性能和使用壽命。

本項目通過BIM 建模在“錯、漏、碰”核查過程中，主要就鋼筋、預應力鋼束碰撞進行核查，橫梁位置縱橫向鋼束與鋼筋骨架間碰撞核查；結合傾斜攝影技術及測量資料，新老橋下部碰撞核查以及征拆調查復核；結合物探資料，新橋與現狀管線碰撞核查。避免設計中空間問題，大大提高設計正確性、設計精度準度，也提高了設計人員的工作效率。

圖10 端橫梁縱橫向鋼束碰撞

利用傾斜攝影技術建立實景三維模型，精度為3cm 級別,為設計方案提供真實的可視化三維環境，提升設計質量。

圖11 本項目橋位處成果展示

3 應用BIM 的城市橋梁工程的設計優化研究

3.1 提升初步設計方案的科學性

BIM 在設計領域的應用很好的彌補了傳統設計方式的不足，不僅使得測量的數據變的更加準確，其自動收集以及分析數據的作用還節省了時間、金錢以及人力的耗費，提升了設計過程的工作效率。

3.2 提升技術以及施工設計方案的科學性

在設計過程中應用BIM 可以及時掌握人們的需求信息，使得城市橋梁的設計更加貼合客戶的需求，避免了反復更改設計方案的情況出現。在設計過程中應用BIM 還可以減少實際施工過程中意外情況的發生，這是因為在進行城市橋梁設計的過程中可以通過BIM 對橋梁的施工過程進行動畫模擬，及時的發現實際施工時可能出現的問題，并提前采取預備措施，防止意外情況在實際施工過程中出現。并且，建筑單位還可以根據模擬建筑動畫及時的發現實際施工與設計方案中的不符合之處，及時的修改施工方案，使得施工方案更加貼合實際。

運用BIM 技術對施工圖設計進行校核，完善施工單位對設計文件的理解，有效的減少了因“錯、漏、碰”導致的設計變更和工程浪費。

4 應用BIM 的城市橋梁工程的施工優化研究

將BIM 應用到施工過程中有利于實現施工工序、施工進度以及施工管理的優化。首先施工單位可以通過BIM 將施工方案和施工場地的實際情況進行相結合，進而制定出符合實際情況的施工工序。并且可通過BIM 對整個施工過程進行實時監控。其次，通過BIM 對施工進度進行合理的把控，通過BIM 對施工過程進行科學有效的管理，通過BIM 來降低施工過程的管理難度，通過BIM 對施工人員進行合理的任務范圍分配，并且在施工過程中可以及時的調動施工人員從事具體的工作，從而實現對施工人員的高效管理，降低在施工過程中出現問題的可能性。

結束語

根據以上的闡述可以發現，設計和施工環節是城市橋梁建設過程中的重要環節，在BIM 出現之前，這兩個環節一直采用的都是傳統的方式，因此橋梁的質量和外觀都沒有得到質地上的提升。自從BIM 開始應用到城市橋梁設計的環節中，橋梁質量開始有了明顯的提升。本文對BIM 橋梁設計以及施工環節的優化作用進行了詳細的分析和討論，希望得出的結果可以為城市交通建設領域提供寶貴的經驗，促進該領域發展空間的進一步延伸和拓展。