摘要：作为城市基础设施的重要组成，路桥的安全性、实用性、耐久性直接影响城市的经济发展、各领域进步，基于此，本文选择了某地路桥桥梁工程作为研究对象，并详细论述了该工程采用的安全性、耐久性设计策略，希望由此能够为相关业内人士带来一定启发。
关键词：路桥设计；安全性；耐久性；BIM技术
结论：路桥事业的发展离不开较高的路桥工程安全性和耐久性支持，但相较于发达国家的路桥设计，我国路桥设计还存在着一定不足，这种不足在安全性和耐久性方面也存在着明显体现，而为了尽可能解决这种不足、拉近与发达国家路桥设计水平差距，正是本文围绕路桥设计中的安全性和耐久性开展具体研究的原因所在。
1.工程概况
选择了道路等级为城市次干道、路线全长0.84km的路桥桥梁工程作为研究对象，该工程为双向6车道、道路红线为40m、设计车速40km/h，两侧设有人行道和非机动车道。工程主桥采用上承式空腹式拱桥结构体系，桥梁总长265m，桥面同样设人行道和非机动车道，横断面总宽38.5m，引桥采用简支箱梁，跨径为25m。其中，引桥采用高度预应力混凝土连续梁结构、主引桥过渡墩采用承台桩基式基础与柱式桥墩、下部结构主桥墩采用承台及群桩基础，图1为研究对象桥梁工程主桥横断面图[1]。
图 1 桥梁工程主桥横断面图
2.具体设计
2.1BIM模型建设
为提升桥梁设计质量，研究对象工程创造性的将BIM技术引入桥梁工程设计，BIM技术主要在其中负责桥梁BIM模型的创建。结合5跨上承式空腹式拱桥桥梁工程主桥设计、箱型截面以及简支箱梁桥的引桥，设计人员应用BIM技术开展了BIM模型的建立，这一模型的建立流程可以描述为“二维图纸→建立三维模型→比较检测分析→应用BIM技术开展分析→修改二维图纸→设计完成”。为满足BIM技术应用需要，设计人员使用Autodesk Revit软件建立了柱式桥墩、箱梁等大量参数化桥梁结构族，由此构建的参数化结构族库即可较好满足该桥梁工程的安全性和耐久性设计需要，但这一设计的开展需要将二维的CAD图转换为BIM模型，由此即可开展安全性设计、耐久性设计、三维可视化演示、工程量统计、碰撞检查[2]。
其中，箱梁单箱单室截面的BIM参数化设计需围绕箱梁族结构断面的插入点、腹板宽度、底板宽度、箱梁高度、顶板横坡、顶板厚度、底板厚度、倒角尺寸、翼板拐点至根部的长度等具体参数开展，而柱式桥墩则需要围绕盖梁族结构断面的插入点、盖梁宽度、盖梁高度、挡块厚度、顶板横坡等创建盖梁自适应族模型，由此完成所有参数化结构族的设计，即可结合测量资料、地质信息建立高质量桥梁工程BIM模型并以此开展深化设计。
2.2基本设计
在BIM模型支持下，即可开展桥梁工程的基本设计，这一设计可围绕工程量统计、碰撞检查、三维可视化展示进行，这一过程中安全性设计、耐久性设计的思想也有所渗透。
2.2.1工程量统计
基于桥梁工程BIM模型，设计人员可快速生成工程量并以此构建工程量清单，而将二维CAD设计图纸构建清单与BIM模型生成的工程量清单进行对比，即可精确、快速发现原二维CAD设计图纸存在的工程量统计问题，优化设计的开展由此将获得充足契机。
2.2.2碰撞检查
为提升桥梁工程设计的安全性、耐久性，可应用BIM技术开展安全检查，多专业协同设计将由此较好服务于桥梁工程安全性和耐久性的提升，桥梁工程设计具备的构件繁多、结构复杂特点带来的负面影响将由此较好消除。之所以需应用BIM技术开展碰撞检查，主要是由于传统二维CAD图纸设计很容易引发部件位置冲突等问题，因此开展碰撞检查可有效解决设计冲突，这一过程可使用Autodesk Revit的工作集和链接管理功能，由此即可降低设计错误、施工错误，提升桥梁工程安全性和耐久性。
2.2.3三维可视化设计
桥梁工程存在的部分复杂特征结构部位往往通过传统的二维CAD图纸难以看清，但在三维的BIM模型支持下，设计者、施工者均可更为直观了解桥梁工程设计，设计者的设计意图传达、施工的总体水平提升均将在BIM技术提供的三位可视化设计中获得较为积极影响。
2.3安全性设计
为提升桥梁工程安全性设计水平，设计人员需基于BIM技术建设的BIM模型开展疲劳损伤问题、超载问题的预防处理，以此提升桥梁工程的安全性，具体安全性设计如下所示：（1）疲劳损伤问题。路桥工程设计不当引发的疲劳损伤很容易引发一系列安全隐患，这一过程中设计人员需关注环境、荷载共同作用下产生的桥梁工程疲劳性，并基于这种桥梁工程疲劳性开展有限元模拟分析，这一分析需得到BIM模型的支持，以此求得不同设计对桥梁工程疲劳寿命影响、环境荷载共同作用下的桥梁工程疲劳寿命，即可大幅提升桥梁工程设的安全水平。在本文研究对象桥梁工程开展的上述分析中，确定了其疲劳寿命达到规范基准的1.85倍，因此可确定该桥梁工程现有设计在使用年限内可有效避免疲劳损伤问题引发的安全事故出现。（2）超载问题。超载问题往往会直接影响桥梁工程使用寿命，因此基于BIM模型的桥梁工程设计采用了预测重型车辆的设计方式，在确定路线可能存在较为严重的车辆超载情况后，设计者适当提高了桥梁工程的承载力设计标准，由此有效避免了荷载效应大于桥梁工程承载力的状况出现，实现了桥梁工程设计的安全性提升。
2.4耐久性设计
BIM技术的应用能够在一定程度上提升路桥设计的耐久性，而为了进一步提升路桥设计的耐久性，研究对象工程采用了分项安全系数与BIM技术相结合的设计方法，在BIM模型提供的参数支持下，即可围绕混凝土碳化、氯盐侵蚀、混凝土冻融、硫酸盐侵蚀、磨蚀五种不同的耐久性退化过程实现桥梁工程的耐久性优化设计，具体设计应围绕以下几方面开展：（1）混凝土碳化。需明确桥梁工程的耐久性极限状态，考虑到研究对象桥梁工程特点，选择了构件内钢筋深度处或碳化前沿到达结构作为该状态标识，而结合计算则能够确定钢筋锈蚀代表桥梁工程进入耐久性极限状态。（2）氯盐侵蚀。选择钢筋锈蚀氯离子浓度作为耐久性极限标志，这一过程需考虑氯离子浓度设计值计算的不确定性。（3）混凝土冻融。选择混凝土重量损失达到5%作为耐久性极限标志，需将工程所在地区分为微冻地区、寒冷地区、严寒地区开展不同设计。（4）硫酸盐侵蚀。选择低于75%的构件混凝土抗压强度耐蚀系数作为标识，需考虑多因素耦合作用环境影响。（5）磨蚀环境。选择混凝土结构面明显损伤作为标识，同时考虑混凝土强度等级影响。
结合上述耐久性退化过程，可围绕BIM模型、分项安全系数建立桥梁工程耐久性能极限状态方程，由此明确安全参数、意义、取值范围即可大幅提升桥梁工程设计的耐久性水平，研究对象桥梁工程通过计算确定了保护层厚度为35mm、碳化深度为43mm，由此确定了原桥梁工程设计的耐久性设计存在不足，最终结合BIM模型开展了参数设计修改，最终解决了耐久性设计问题。
结论：综上所述，路桥设计中的安全性和耐久性需得到高度关注。而在此基础上，本文围绕某地路桥桥梁工程实例开展的研究，则证明本文的实践价值。因此，在路桥设计相关的理论研究和实践探索中，本文内容能够发挥一定程度的参考作用。
参考文献
[1]范永.路桥工程设计中柔性搭板技术的应用[J].智能城市，2017，3（04）：102.
[2]张国楠.路桥工程设计中安全性和耐久性的设计要点[J].建筑知识，2016，36（08）：47+51.
论文作者:江海涛
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第4期
论文发表时间:2018/6/13
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