BIM技術支持下的橋梁設計研究

摘要 為提高橋梁設計效率，保證橋梁建設質量，該文結合實際橋梁項目，在設計階段應用BIM技術，通過Revit構建了橋梁族庫，并提出一種新的橋梁模型搭建流程，同時借助模型進行橋梁景觀的設計，繪制了施工圖紙，設計了工程組織規劃方案。研究結果表明：BIM技術的應用，能夠降低成本支出，提升橋梁建設效益，通過三維模型不斷完善橋梁設計圖，進而實現對橋梁建設的全生命周期管理。

關鍵詞 BIM；橋梁設計；建模

中圖分類號 U448 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）15-0025-03

0 引言

作為城市交通建設的重點工程，橋梁工程在交通運輸中占有重要的地位，在一定程度上影響著城市的規劃與道路的建設。在宏觀政策調整下，我國交通行業進入高速發展階段，橋梁建設在迎來新機遇的同時，也面臨諸多難題與挑戰。橋梁設計不僅要求具有藝術感，而且要保證安全性，設計難度較大。依托BIM技術的橋梁設計，能夠實現橋梁工程智能化、數據化，提高橋梁設計效率的同時，還能保證橋梁設計的合理性，提高橋梁安全性與穩定性。

1 工程概況

該研究以某高架橋為例，該橋橫斷面為0.5 m+3 m+9.5 m+0.5 m，共13.5 m，長度56.3 m。綜合考慮立交布跨、景觀、橋墩數量等多方面因素，跨徑布置為：3×30 m+3×29 m+3×30 m+2×22 m+2×30 m+（28+28+27.1） m，共454.1 m。

該橋梁應用了現澆筑連續箱梁結構，上下結構相呼應，橋墩為花瓶式墩柱，鉆孔灌注樁作為樁基。

2 搭建橋梁BIM模型

2.1 BIM模型搭建思路

BIM技術通過模型直觀展示工程實際情況，因此模型搭建是應用BIM技術的首要步驟。現階段，BIM技術主要應用于房建工程，在橋梁工程項目中的應用較少，橋梁建模效率較低，無法在最大限度上發揮BIM技術的優勢[1]。該研究通過Revit進行橋梁族庫的構建，并提出一種新的橋梁模型搭建流程，在保證建模精度的同時，能夠進一步提高建模效率。模型搭建思路如圖1所示。

（1）通過Revit軟件構建橋梁族庫，并在族庫中查詢合適參數化族；

（2）借助Dynamo編程提取、修改橋梁上下部結構以及附屬設施的族參數，以此進行模型搭建；

（3）搭建橋梁BIM模型。

2.2 上部結構創建

橋梁上部模型結構主要分為兩部分，即箱梁與T梁族，上部模型創建過程中，需要將多個箱梁族拼裝在一起，為減少工作量，可以通過程序進行構件族拼裝以及參數重復修改[2]。箱梁族創建流程如圖2所示。

該研究以某高架橋為例，橋梁橫斷面13.5 m，長度56.3 m，上部為混凝土澆筑連續箱梁結構，模型較為復雜，搭建難度較大[3]。故而該研究利用Dynamo程序的批量數據處理功能處理箱梁參數，在很大程度上提高了箱梁模型搭建效率。

橋梁模型搭建流程如下：

（1）整理箱梁數據。在箱梁信息系統中，根據設計圖紙對箱梁橫截面各部分尺寸、編號等數據進行整理，具體數據表格如表1所示。

（2）截面數據讀取。通過File path節點、File from path節點將整理完成的數據進行格式轉化，并通過Data.Import File節點對箱梁橫截面數據進行讀取。

（3）創建箱梁族。通過Poly Curve.By Points節點、Poly Curve.By curves節點對坐標控制點進行連接，以此形成單側內外輪廓，再通過Geometry.Mirror鏡像另外一側內外輪廓。同時，對橋梁實體進行布爾運算，將相鄰的兩個箱梁輪廓實體化，再進行內外實體相減，開展實體間扣除運算，進而生成不同箱梁模型。

（4）放置箱梁族。通過Structural Framing Beam By curve節點讀取箱梁節段、箱梁截面位置，從而進行箱梁族的放置。

橋梁上部構建模型創建過程中，主要依托Dynamo批量讀取構建信息的功能，大幅度提高了模型構建效率，保證了橋梁構件截面尺寸以及位置的準確性。橋梁上部結構模型如圖3所示。

2.3 下部結構創建

與上部結構模型不同，橋梁下部結構模型屬于分散結構，不能連接成為一個整體，單純依靠Revit軟件放置族的位置不僅需要軸網定位，并且還需要繪制多條參照平面[4]。不僅如此，由于受地形差異影響，不同位置樁基的長度也有所差異。綜合來看，橋梁下部結構模型構建更加復雜，且工程量較大，因此需要通過程序降低工作量。如圖4所示，橋梁下部結構搭建主要分為六個步驟[5]。

（1）樁基數據處理。確定項目基點，然后將樁基數據錄入到系統當中。具體如表2所示。

（2）橋梁數據讀取。通過File from path節點、Data.Import Excel節點對整理完成的樁基數據進行讀取，并確定表格名稱。

（3）確定樁基放置點。通過Point.By cosordinates節點對樁基的橫、縱坐標以及樁頂坐標進行確定。

（4）放置參數族。載入樁基族，通過Family types節點、Family Instance.By Point節點進行樁基族放置。

（5）調整族參數。通過Element.Set Parameter By Name節點對樁基族進行參數控制。

3 基于BIM技術的橋梁設計

3.1 景觀設計

該項目位于城市生態治理景區，為保證橋梁美觀且與周圍環境相符合，需對項目周圍景觀進行設計。首先，結合高架橋所在位置的地形地貌以及周邊情況，對橋梁模型的參數進行調整，協調設計橋梁造型、周邊環境以及景觀，再以效果圖的方式呈現給建設方，更加直觀地展現工程與周圍景觀的協調性[6]。

3.2 繪制施工圖紙

BIM模型在橋梁設計中的應用，能自動生成平面圖及剖面圖，再輔以標注等工作，以此繪制橋梁施工圖紙。設計過程中，可將橋梁信息數據等輸入到BIM軟件，對錄入的數據進行碰撞檢測，從而對橋梁可能出現的情況進行評估，避免錯漏碰撞的情況發生。依照碰撞試驗結果，可了解碰撞的具體位置，從而在設計圖紙中進行修改。利用BIM技術，還能避免施工變更與返工情況的發生，提升建設效率與設計水平。通過對工程過程的模擬，得出模擬結果，如果滿足預設要求，則啟用該流程，若不符合施工標準，則重新設計施工方案。

3.3 施工技術交底

通過BIM技術對橋梁模型進行輕量化處理，能夠實現信息共享，施工單位、監理單位以及建設單位均能隨時查看橋梁模型及數據信息，促進施工技術交底。橋梁主梁建設需要應用到近百種類型鋼筋，且鋼筋使用數量龐大，構造十分復雜。借助橋梁三維模型，能夠對橋梁主梁進行分解，通過視頻為后續施工提供輔助。同時，根據橋梁模型，還能夠參考信息數據進行鋼筋下料，提高鋼筋使用效率，避免因下料失誤而造成鋼筋浪費，提高橋梁建設的經濟成本。

3.4 工程組織規劃

（1）BIM小組的成立

為提高BIM技術應用的有序性、科學性，設計階段需專門設立BIM應用小組。該小組負責利用BIM技術對現場布線、工序、材料、設備等進行規劃，建立統一部署的線上指揮機構。該小組配備組長一位，副組長一位，下屬機構由不同施工單位派遣專人擔任組員，保證工程建設的穩步推進。項目資源所有人員應自行建立服務器系統，并配有獨立數據庫。為BIM小組配備大型平板設備與設計用筆記本[7]。

（2）施工組織協調

橋梁設計建設過程中，將以深化設計、工藝、進度、現場管理作為BIM技術應用的主要方向，通過BIM技術將不同環節進行協調與模擬分析，凸顯BIM技術的可視化優勢。利用BIM技術實現對工程全程的集成化管理。橋梁建設過程中存在大量的小空間施工，施工現場空間十分有限，在特定的空間結構中進行復雜的施工作業，需進行大量的交叉施工。由于交叉施工人員受雇于不同單位，因此協調配合的難度較大，如果缺乏必要的組織協調，將導致施工的規劃與布局存在問題，從而影響整體工程的安全性。利用BIM技術可對橋梁建設方案進行模擬與分析，同時評估不同施工場景的實際環境，涉及施工主場位置、交通布局、材料堆放、器械進場等。

其一，需結合工程施工情況，保證整體施工環節的協調，讓施工順利推進，項目組織協同管理可利用BIM實現動態分析[8]。

其二，利用BIM技術進行評估與測量，同時理順BIM技術應用流程，從方案模擬、工程量計算、深化設計、材料管理等角度明確BIM技術應用思路，以此確保BIM技術的應用可滿足建筑施工信息交換的需求。

其三，建構BIM技術團隊，將施工主體作為主導，結合BIM小組，成立BIM技術工作室。整個管理組織架構是保證工程信息化發展的基礎，BIM團隊負責維護與處理數據庫信息，同時強化信息與數據共享的能力，以此產生新的數據庫。新數據庫的數據可再次被共享，橋梁設計階段可聯合多個部門獲取對應信息，保證安全管理的有效性。從單位或主體的責任分工來看，BIM技術管理團隊主要由業主確定，投資主體根據BIM數據庫內部的信息，可及時獲取工程量清單等數據，橋梁設計部門可以利用BIM技術確定不同施工工序的施工內容，同時配合施工方案，保證施工的順利開展。BIM技術應用中須確定施工內容，明確施工方案，同時理清不同部門的主體職責。

4 結束語

現階段，BIM技術主要應用于建筑領域，該研究以橋梁設計為突破口嘗試將BIM技術應用于橋梁建設。從整體層面分析，BIM技術的應用程度和普及程度與理想狀態尚有一定差距。為促進橋梁施工的有序開展，降低成本支出，提升橋梁建設效益，有必要在設計階段應用BIM技術，通過三維模型不斷完善橋梁設計圖，最終利用BIM技術實現對橋梁建設的全生命周期管理，促進我國橋梁建設行業的現代化發展。

參考文獻

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[2]高風勇. BIM技術在公路橋梁設計中的具體應用研究[J]. 交通科技與管理， 20245（8）： 71-73.

[3]劉為俊. 關于BIM技術在橋梁工程設計階段的應用[J]. 運輸經理世界， 2024（9）： 127-129.

[4]陳長俊， 孫曉博. BIM技術在橋梁工程設計與施工中的應用[J]. 四川水泥， 2024（3）： 206-208.

[5]潘宇.BIM技術在橋梁設計階段的應用探討[J].中國設備工程，2021（17）：193-194.

[6]范秀英.BIM技術在橋梁工程設計階段的運用研究[J].四川水泥，2020（4）：67-68.

[7]栗振鋒， 高峰， 李永前， 等. 基于BIM技術的橋梁設計研究[J]. 運輸經理世界， 2024 （1）： 125-127.

[8]顧煜.基于BIM的橋梁工程設計與施工優化研究[J].交通世界，2022（36）：155-157.

收稿日期：2024-02-28

作者簡介：黃國俊（1981—），男，工程碩士，高級工程師，研究方向：道路橋梁設計。