摘要：橋梁工程有助于提高我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，近年來(lái)，我國(guó)橋梁建設(shè)工程不斷增多，造型獨(dú)特、復(fù)雜的橋梁工程不斷呈現(xiàn)，于是增強(qiáng)了橋梁工程的建設(shè)的難度。橋梁設(shè)計(jì)屬于橋梁建設(shè)周期中的重要階段，也是其基礎(chǔ)階段，直接影響著橋梁的安全性和耐久性。BIM技術(shù)在建筑行業(yè)中應(yīng)用廣泛，其功能強(qiáng)大，將BIM技術(shù)應(yīng)用到橋梁設(shè)計(jì)中具有較好的實(shí)際效果。文章首先對(duì)BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)BIM技術(shù)有助于提高橋梁設(shè)計(jì)的效率和成本。然后再分析了BIM技術(shù)在橋梁設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用，分別為快速參數(shù)化建模、橋梁模型計(jì)算、二維圖紙的輸出和工程量的統(tǒng)計(jì)。通過(guò)應(yīng)用BIM技術(shù)，橋梁設(shè)計(jì)將會(huì)更加便捷，能夠提高設(shè)計(jì)效果。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);橋梁設(shè)計(jì);應(yīng)用

中圖分類號(hào)：U442.5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-5922（2020）06-0179-05

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，大型橋梁的建設(shè)越來(lái)越多，比如港珠澳大橋、各種長(zhǎng)江大橋等，這些橋梁的建設(shè)會(huì)非常復(fù)雜，因其跨度大和造型獨(dú)特，采用傳統(tǒng)的方式對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)是相相當(dāng)困難[1]。因?yàn)榇笮蜆蛄涸谠O(shè)計(jì)過(guò)程中不僅要能滿足精細(xì)化和復(fù)雜化的構(gòu)件需求，還要能夠與地理環(huán)境相符合[2]。傳統(tǒng)的橋梁設(shè)計(jì)中主要使用二維圖紙進(jìn)行呈現(xiàn)，對(duì)于相當(dāng)復(fù)雜的橋梁來(lái)講，比如其存在彎曲扭轉(zhuǎn)形狀，采用二維平面圖是很難表達(dá)出其實(shí)際的效果，其構(gòu)件在空間上的位置也難以表述，總體來(lái)講傳統(tǒng)使用二維平面圖進(jìn)行表達(dá)的方式不直觀、不精確，難以發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)圖紙的實(shí)質(zhì)問(wèn)題[3]。在旋工過(guò)程中就會(huì)存在很多問(wèn)題，從而造成工程質(zhì)量出現(xiàn)問(wèn)題。然而B(niǎo)IM技術(shù)隨之不斷發(fā)展，各種功能不斷強(qiáng)化，具有計(jì)算穩(wěn)定和精確的效果，將其運(yùn)用到橋梁設(shè)計(jì)中能夠發(fā)揮重要作用，從而沒(méi)計(jì)出更加穩(wěn)定、安全的橋梁模型，能夠保障橋梁的穩(wěn)定陛和耐久性[4]。于是本文將研究BIM技術(shù)橋梁設(shè)計(jì)中應(yīng)用。

1 BIM技術(shù)的簡(jiǎn)介

1.1 BIM技術(shù)的概念

BIM技術(shù)一共有3個(gè)分支，分別為建筑信息模型、建筑信息制作和建筑信息化管理[5]。所以BIM技術(shù)具有強(qiáng)大的功能，能夠在建筑行業(yè)中發(fā)揮重要作用，能夠?qū)ㄖ畔⑦M(jìn)行收集，然后對(duì)重要信息進(jìn)行利用和整合，能夠?qū)ㄖこ痰男畔⑦M(jìn)行仿真，構(gòu)建三維建筑模型，使得建筑更加真實(shí)和具體，從而獲得更好的管理和檢測(cè)，提高建筑的建設(shè)質(zhì)量[6]。

1.2 BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

BIM技術(shù)在橋梁工程同樣發(fā)揮重要作用。在對(duì)橋梁進(jìn)行設(shè)計(jì)的初期，設(shè)計(jì)人員通過(guò)使用BIM技術(shù)能夠提前發(fā)現(xiàn)橋梁工程中的缺陷，從而可以提前發(fā)現(xiàn)問(wèn)題解決問(wèn)題，可以降低施工成本，加快建設(shè)效率，還能夠減少資源的浪費(fèi)。由于我國(guó)的地理原因，橋梁工程較多.設(shè)計(jì)人員在橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)使用BIM技術(shù)，能夠設(shè)計(jì)出更好的橋梁工程模型，并對(duì)其進(jìn)行不斷的優(yōu)化，保障了橋梁工程的建設(shè)質(zhì)量[7]。

隨著B(niǎo)IM技術(shù)的不斷發(fā)展，先進(jìn)的BIM技術(shù)在橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中能夠?qū)崿F(xiàn)可視化，該功能有助于設(shè)計(jì)人員對(duì)橋梁內(nèi)部構(gòu)造進(jìn)行詳細(xì)了解，有利于在施工階段時(shí)的方案制定，從而大幅度減低建設(shè)周期，降低施工成本。另外，在橋梁設(shè)計(jì)中使用BIM技術(shù)，還能夠?qū)こ讨械母黜?xiàng)成本進(jìn)行判斷，并且控制成本，使之在保證質(zhì)量的情況下盡量使得成本最低。BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)較多，通過(guò)其在橋梁中的應(yīng)用，可以總結(jié)出其優(yōu)勢(shì)主要有6個(gè)方面，如圖1所示。

2 BIM技術(shù)在橋梁設(shè)計(jì)階段中的應(yīng)用

圖2為橋梁工程建設(shè)的整個(gè)過(guò)程，其中一共包含5個(gè)階段，其中設(shè)計(jì)階段是整個(gè)過(guò)程中基礎(chǔ)性關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是直接決定整個(gè)工程質(zhì)量和成本的關(guān)鍵，并且也是使用BIM技術(shù)最為廣泛的階段。

設(shè)計(jì)師在對(duì)橋梁進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，不僅需要考慮到橋梁自身的質(zhì)量和成本，還需要考慮到橋梁是否具有實(shí)用性和外觀是否與周圍景觀保持一致，所以設(shè)計(jì)師在橋梁設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)相當(dāng)復(fù)雜，尤其是使用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式，通過(guò)使用CAD繪制二維圖紙，使用有限元軟件進(jìn)行檢測(cè)，從而改進(jìn)設(shè)計(jì)圖紙，并且改正的方式比較繁瑣。通過(guò)使用BIM技術(shù)之后，由于其具有可視化、可出圖性、參數(shù)化、優(yōu)化性和模擬行等特征，設(shè)計(jì)師不僅可以更加快速的建立完三維模型，還能夠?qū)Σ煌臉?gòu)件進(jìn)行驗(yàn)算，將出現(xiàn)問(wèn)題的地方快速修改，另外還能夠根據(jù)三維模型進(jìn)行二維平面的出圖[8]。所以，在橋梁設(shè)計(jì)階段，使用BIM技術(shù)不僅能夠加快設(shè)計(jì)速度，還有助于提高設(shè)計(jì)的質(zhì)量。于是文章將從以下4個(gè)方面分析BIM技術(shù)在橋梁設(shè)計(jì)階段中的應(yīng)用。

2.1 快速參數(shù)化建模

在橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要進(jìn)行三維建模，通過(guò)使用BIM技術(shù)中的快速參數(shù)化建模能夠更加快速建成橋梁的三維模型。在使用該功能之前，需要根據(jù)橋梁局部參數(shù)化構(gòu)件還有其骨架線參數(shù)。在應(yīng)用BIM技術(shù)時(shí)，會(huì)使用“骨架”加上“模板”的方式建立橋梁的三維模型。對(duì)模型進(jìn)行修改時(shí)采用的形式就是“搭積木”，對(duì)于三維模型中同一類的構(gòu)件，則可以進(jìn)行創(chuàng)建一個(gè)通用模板，對(duì)構(gòu)件進(jìn)行修改就只需要通過(guò)通用模板修改相關(guān)尺寸和屬性即可。圖3即為使用BIM技術(shù)的樁基礎(chǔ)鋼筋的參數(shù)化構(gòu)件，圖中左側(cè)即為菜單欄，在對(duì)樁基礎(chǔ)鋼筋進(jìn)行修改時(shí)，需要根據(jù)相關(guān)參數(shù)在菜單欄中直接設(shè)置，該方式相比于傳統(tǒng)的調(diào)整方式更加快捷、簡(jiǎn)單。

由于橋梁設(shè)計(jì)需要與地理位置相適應(yīng)，但是地理位置存在差異性，所以每座橋梁在局部構(gòu)件之間會(huì)會(huì)存在一定的差異性，所以就很難有一樣的局部參數(shù)化構(gòu)件。當(dāng)局部構(gòu)件存在差異性時(shí)，設(shè)計(jì)師需要手動(dòng)繪制橋梁構(gòu)件，使之能夠滿足參數(shù)化建模的要求。當(dāng)前，為了能夠簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)過(guò)程，某些設(shè)計(jì)單位會(huì)設(shè)計(jì)一個(gè)參數(shù)化構(gòu)件存儲(chǔ)庫(kù)，能夠存儲(chǔ)大量的構(gòu)件，對(duì)于一般簡(jiǎn)單橋梁的參數(shù)化構(gòu)件都能夠在存儲(chǔ)庫(kù)中找到，能夠完成簡(jiǎn)單的橋梁三維建模。另外，有些橋梁相當(dāng)復(fù)雜，某些構(gòu)建在存儲(chǔ)庫(kù)中找不到時(shí)需要已經(jīng)存在構(gòu)件進(jìn)行修改之后再將其運(yùn)用到橋梁設(shè)計(jì)中。

2.2 橋梁模型計(jì)算

在橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中，還要考慮到橋梁的整體穩(wěn)定性和強(qiáng)度是否符合規(guī)定等，還需要檢測(cè)構(gòu)件是否滿足要求。然而當(dāng)前有限元分析軟件和BIM建模軟件之間還不能進(jìn)行信息傳遞和互導(dǎo)，就不方便分析橋梁整體結(jié)構(gòu)，即使BIM技術(shù)中包含一些有限元分析功能，但是其功能在分析整體結(jié)構(gòu)時(shí)效果不是很好，與MidasCivil軟件相比，BIM中的有限元分析功能非常差，并且也缺乏橋梁相關(guān)的技術(shù)支持。

對(duì)于驗(yàn)算橋梁的局部構(gòu)件，可以通過(guò)使用之前的橋梁三維模型和BIM技術(shù)中的有限元法分析軟件。比如，在橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先會(huì)建立三維模型，然后對(duì)需要驗(yàn)算的構(gòu)件使用切割功能進(jìn)行局部切割，將切割構(gòu)件導(dǎo)人到CATIA軟件中的某個(gè)模塊，然后進(jìn)行有限元分析。圖4即為通過(guò)使用BIM技術(shù)的有限元分析對(duì)橋梁局部構(gòu)件進(jìn)行驗(yàn)算的過(guò)程。

2.3 二維圖紙的輸出

當(dāng)前，使用BIM技術(shù)設(shè)計(jì)橋梁工程已成為一種發(fā)展趨勢(shì)，但是我國(guó)在設(shè)計(jì)階段的交付過(guò)程中然是以二維平面圖為主，但是隨著橋梁造型的復(fù)雜性，使用二維平面圖不利橋梁的施工，另外當(dāng)需要進(jìn)行修改時(shí)，使用二維平面圖的修改過(guò)程會(huì)比較復(fù)雜，從而降低了工作效率。隨著B(niǎo)IM技術(shù)的不斷發(fā)展和跟新，在設(shè)計(jì)橋梁的三維模型之后，可以將其三維模型進(jìn)行二維平面的出圖，從而能夠符合當(dāng)前我國(guó)已二維平面圖為主的需求，當(dāng)設(shè)計(jì)圖出現(xiàn)問(wèn)題需要進(jìn)行修改時(shí)，也可以直接通過(guò)BIM技術(shù)進(jìn)行修改，將修改的結(jié)果可以進(jìn)行二維平面的出圖，從而提高修改和設(shè)計(jì)效率。

隨著B(niǎo)IM技術(shù)的快速發(fā)展和橋梁工程設(shè)計(jì)要求的不斷提高，三維模型將會(huì)取代當(dāng)前我國(guó)主要使用的二維平面圖進(jìn)行施工。因?yàn)榻ㄔO(shè)過(guò)程中橋梁屬于一個(gè)立體，二維平面圖只能了解其平面效果，通過(guò)使用三維模型，能夠給人更加具體的直觀感受，有利于施工過(guò)程中工人對(duì)構(gòu)件位置的準(zhǔn)確掌握，并且當(dāng)前我國(guó)已有相應(yīng)的成功案例，在特大橋的設(shè)計(jì)中使用BIM技術(shù)，使用三維模型進(jìn)行施工，如渝黔鐵路新白沙沱長(zhǎng)江特大橋，如圖5所示，還有北盤(pán)江特大橋，該橋?qū)儆诖罂缍然炷凉皹颍鐖D6所示。

2.4 工程量的統(tǒng)計(jì)

在橋梁設(shè)計(jì)階段對(duì)其進(jìn)行工程量計(jì)算，采用傳統(tǒng)的方式是經(jīng)過(guò)二維平面圖的點(diǎn)線面的計(jì)算，然后利用Excel表格或者人工手動(dòng)的方式進(jìn)行計(jì)算，采用這種方式對(duì)于比較規(guī)則的橋梁計(jì)算能夠保證其精確度，但是隨著橋梁復(fù)雜性不斷提高，其結(jié)構(gòu)并不規(guī)則，如圖7所示的異型鋼橋塔，如果還是采用傳統(tǒng)的計(jì)算方式不僅誤差較大，只能計(jì)算近似值，還會(huì)花費(fèi)大量的精力和時(shí)間。如果需要對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行修改，那么之前計(jì)算好的相關(guān)工程量就得重新進(jìn)行計(jì)算。所以采用傳統(tǒng)的計(jì)算方式將會(huì)浪費(fèi)掉設(shè)計(jì)人員非常多的時(shí)間和精力，而且還不能得到橋梁工程的精確工程量。

使用BIM技術(shù)，可以改善傳統(tǒng)方式的所有缺陷。通過(guò)使用BIM技術(shù)建立橋梁三維模型之后，然后直接選擇橋梁構(gòu)件需要使用到的材料，BIM技術(shù)中有自動(dòng)測(cè)量功能，能夠?qū)蛄旱墓こ塘窟M(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，對(duì)于復(fù)雜的橋梁工程都可以較為迅速的計(jì)算，另外，相比于傳統(tǒng)的計(jì)算方式，此計(jì)算方式能夠提高計(jì)算的準(zhǔn)確度，較大范圍的降低誤差，另外，還能夠節(jié)約設(shè)計(jì)人員的精力和時(shí)間。如圖8所示的橋梁空間異構(gòu)型橋塔，采用傳統(tǒng)的人工方式，是很難精確計(jì)算橋塔分段部分的用鋼量，只能將彎妞部分簡(jiǎn)化成方便計(jì)算的形式，然后再對(duì)其進(jìn)行計(jì)算，這樣得到的結(jié)果也只能是大概值，橋粱工程的整體工程量就會(huì)存在相當(dāng)大的誤差，但是BIM技術(shù)中的CATIA軟件，可以對(duì)彎妞部分進(jìn)行直接的精準(zhǔn)測(cè)量，能夠?qū)蛄旱娜魏尾糠诌M(jìn)行長(zhǎng)度計(jì)算、面積計(jì)算和體積計(jì)算，能夠精確的測(cè)量出鋼筋用量。得到橋梁工程量的精準(zhǔn)計(jì)算，為工程建設(shè)提供了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支持，還有助于工程質(zhì)量和成本的控制。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，BIM技術(shù)功能強(qiáng)大，將其運(yùn)用于橋梁設(shè)計(jì)中能夠提高設(shè)計(jì)的效率和效果。通過(guò)使用三維建模，有利于橋梁結(jié)構(gòu)的直觀性，更有助于后期施工的質(zhì)量保障;通過(guò)使用快速參數(shù)化建模，能夠提高橋梁設(shè)計(jì)的建設(shè)效率;通過(guò)使用測(cè)量技術(shù)，能夠?qū)?fù)雜橋梁進(jìn)行工程量計(jì)算，并且計(jì)算快速、結(jié)果精確;通過(guò)使用二維圖紙的輸出，能夠滿足當(dāng)前我國(guó)主要使用二維平面圖進(jìn)行表達(dá)的方式，當(dāng)設(shè)計(jì)存在問(wèn)題時(shí)，還能夠簡(jiǎn)化修改程序?？傊?，BIM技術(shù)應(yīng)用于橋梁設(shè)計(jì)中具有非常多的優(yōu)勢(shì)。今后，隨著B(niǎo)IM技術(shù)不斷優(yōu)化和強(qiáng)化，有助于提高橋梁設(shè)計(jì)的完美性，更有利于提高橋梁工程的質(zhì)量和安全性。

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作者簡(jiǎn)介：劉懷亮（1986-），男，漢族，甘肅武威人，大學(xué)本科，中級(jí)工程師，研究方向：橋梁工程。