桥梁工程设计阶段BIM技术的应用研究
桥梁工程设计阶段BIM技术的应用研究
发表时间：2019-01-02T14:55:05.837Z 来源：《防护工程》2018年第28期作者：柳建忠付晓坤[导读] 针对BIM技术桥梁工程设计方面的应用，做了简单的论述，总结了技术应用的效果和注意要点
柳建忠付晓坤
中铁七局集团西安铁路工程有限公司西安 710032 摘要：针对BIM技术桥梁工程设计方面的应用，做了简单的论述，总结了技术应用的效果和注意要点。从设计实践来说，BIM技术凭借自身强大的技术优势，在实际应用中，发挥着优化设计方案、提升设计成果质量的作用，具有推广应用价值。
关键词：桥梁工程；桥梁设计；BIM技术引言：近年来，建筑行业发展呈现出新特点，以工程设计为例，设计的高效性更强，得益于新设计手段的支撑。在桥梁工程设计中，BIM 技术的应用较为广泛，能适用于山区公路和高速铁路等，其价值体现于在工程建设全生命周期实现各方信息交流，根据需求利用，BIM技术提高设计、施工和运维管理效率与质量。现结合工程实践，分析BIM技术的具体应用。
1 桥梁工程设计中BIM技术的应用形式
开展设计作业时，基于工程基本参数，创建桥梁模型，利用三维渲染工具，开展真实场景的渲染，同时能够制作三维动漫，将桥梁和周围环境之间的关系，以三维形式展现出来，强化了设计人员对设计理念的深度理解。利用BIM模型，模拟真实的桥梁三维动漫，能够使得设计内容更加生动形象，丰富了涵盖的内容。在优化设计阶段，利用BIM模型，进行碰撞检测和纠正，生成优化后的方案，并且输出图纸。桥梁架构的立体关系相对复杂，利用传统的CAD设计方法，常见管道碰撞和构件位置冲突等各类问题，参与设计的人员沟通不畅，影响着设计方案的质量。而BIM技术的应用，利用自身的碰撞检测等功能，有效的弥补了传统设计方法的不足。
2 桥梁工程设计中BIM技术的应用优势 2.1 协同设计
桥梁工程建设中，参与的单位较多，传统施工模式下，多家单位由于协同沟通不畅，影响着工程施工作业，常见各类质量问题和安全问题等[1]。利用BIM技术，进行工程设计，能够在设计阶段，促使施工单位和设计单位等多家单位的协同参与，将施工可能出现的问题提前解决，形成高质量的设计方案。在桥梁工程施工作业中，各家单位可以调用BIM模型内的数据信息，实现生产协同，提高作业的质量和效率。
2.2 助力设计成果转化
桥梁工程施工作业，部分结构构件较为复杂，例如桥墩预埋件，不仅种类多，而且结构复杂，增加了桥墩施工作业的难度。应用BIM 技术，借助三维模型，生成三维图纸或者动画，直观展示桥墩构件情况，实现了施工前的问题预判，通过及时优化施工方案，进行三维技术交底，使得施工人员全面领悟设计意图，助力设计成果转化。
3 桥梁工程设计中BIM技术的应用实例 BIM在前期设计可以运用Revit等参数化建模工具，构建桥梁三维模型，将实际工程效果直观展示出来，提升设计的直观性，也可以为设计方案的比选和调整提供便利，保证设计水平和设计效果[2]。模型构建完成后，配合三维渲染软件，能够显示真实场景的渲染图，也可以根据实际需求生成三维漫游动画，真实反映桥梁工程与周边环境的关系，得到了方案更加直观生动，效果更好。后期设计需要建立详细的BIM模型，为碰撞检查、设计纠错等提供良好支撑[3]。BIM技术的应用，能够通过三维实体对桥梁构件进行表达，实现自动碰撞检查及三维可视化技术交底等，施工单位可以将施工及养护信息添加到模型中，为后期的检查及问题分析提供数据支撑。
3.1 案例概述
以某桥梁工程为例，主桥部分设计为高低塔单索面混凝土斜拉桥，总长度为645m，跨径最大值为330m。具体情况如下：1）高塔塔柱高度为178.2m，总计29对斜拉索；2）低塔塔柱的高度为121.8m，总计15对斜拉索。西引桥总长度为1019.5m；东引桥总长度为263.5m。此桥梁设计，采用了BIM技术，获得了不错的成效。现结合此工程实践，分析BIM技术的具体应用以及优势展现。
3.2 方案确定
从此桥梁工程实际来说，桥梁上部结构的设计，涉及到的支承以及悬臂施工体系较为复杂。0号节段的长度是25m，宽度为32.5m，区域内部没有斜拉索设计，除了塔身支撑部位，纵桥向形成了约13m的大悬臂结构；从横桥向来说，悬臂约16m；混凝土方量较大，约1150m3。此次的方案设计，面临的主要难题为双向大悬臂结构形式转换为上部结构。目前，0号节段施工作业，主要采取的方案如下：1）方案1，落地支架现浇；2）方案2，托架现浇。将两个施工设计，全部导入大桥柱墩BIM模型，开展对比分析，明确两个方案的都具有一定的难度，综合经济性分析，生成方案3，将0号节段纵桥向，采取2次浇筑的方式施工。在第一次浇筑作业时，采取托架浇筑方式，长度约为11.2m，进而减少托架部分的工程量，降低工程设计难度。在第二次作业时，借助挂篮，对剩余的6.9m阶段，开展对称悬臂施工作业。方案3不仅降低了设计难度，增强了技术的可行性，而且实现了施工成本的合理把控[4]。
3.3 施工设计
按照所选的施工方案，进行精细化施工设计。单幅挂篮中的支点到后锚固定点的距离约10m，对比施工方案了解到首次浇筑所形成的0号节段，其长度为11.2m，若想实现2幅大吨位挂篮，存在着极大的难度，需临时组拼挂篮，当后续节段施工完成后，长度达到设计要求后，再分离2幅挂篮。考虑到高空作业的安全性问题，尽量减少高空作业，保证焊接作业一次性完成，因此决定在横桥向，采取错位布置的方式，布置左右2幅挂篮，间距控制为0.75m，避开主纵梁重叠部位。主桥单索面宽箱梁设计增加了挂篮结构设计的难度，为有效把控支反力，决定使用前后支点相互结合的挂篮体系。在作业时，很多的锚固和吊挂等，都需预设孔洞，并且避免主梁结构上复杂的预应力布置增加设计难度。在设计时，为保证预留孔洞能够达到节段预应力的布置基本要求，将类型不同阶段的预应力布置，同主梁阶段的进行对比分析，利用BIM软件，构建主梁阶段和挂篮以及预应力，借助系统的碰撞检测功能，开展碰撞检测分析[5]。依据检测报告，对存在冲突的构件，进行优化调整，确保工程设计的质量。