深圳市西伦土木结构有限公司
摘要：BIM以信息化技术和三维数字化技术为基础，集成了建筑工程项目中各种相关信息数据而建立的工程数据模型，进而为设计、施工提供可视化、协同作业平台。目前该平台应用于桥梁设计中也取得了显著的效率及质量。本文根据多年工作实践，对桥梁设计工程中的BIM技术应用进行分析，供同行借鉴参考。
关键词：BIM；桥梁设计
前言
BIM技术在近10年来在我国各个行业的推广应用中，特别是一些大城市的工程项目中应用最为广泛，不仅验证了BIM技术对建设行业的价值所在，而且指明了BIM未来发展的方向。虽然已有成效，但在桥梁设计工程中应用还是比较少，下文对BIM技术在桥梁设计应用中的价值及应用技术进行论述。
一、桥梁工程设计中的BIM应用价值
桥梁工程设计通常需要总工程师、项目总工、项目负责人、路线设计工程师、桥梁设计工程师、资料管理员、图册编制人等六大角色共同协作完成，他们之间的工作相互依赖，这些很明显有串行特征，制约了设计的进度。根据桥梁工程设计的复杂性及高技术难度，目前我国的桥梁工程设计中的BIM应用还远不成熟，但可见BIM技术的具有巨大的价值，以下具体分析。
（一）BIM能快速地建立可视化、直观形象的三维全桥信息模型。可视化模型有利于工程设计方案在项目设计团队内更充分、更高效地沟通、讨论和决策，有利于设计质量的控制和设计效率的提升。
（二）BIM通过将桥梁结构的设计标准、设计思想、控制原则等进行参数化描述，借助于关联约束关系和装配关系的自动适应，能实现自动化、智能化的桥梁设计。
（三）BIM实现了桥梁工程信息的共享和重用，同一个模型的核心数据能够共享用于桥梁结构的方案设计、安全评估、技术设计和施工图设计，避免了在多个软件环境下重复建立模型的工作量，而且有利于数据的一致性。
（四）参数化驱动、高度关联的桥梁信息模型能高度适应桥梁设计过程中多个轮次校审可能带来的设计方案频繁变更，大大提高了设计效率。
（五）BIM能实现自动化制图，不仅可以输出桥梁结构的三维模型用于方案展示、评选、仿真模拟等，还能输出适合工程交付的二维设计图纸，大大减少了手工制图的工作量，显著提升了设计效率。
（六）借助统一的BIM模型，能够实现桥梁设计关键指标的统计分析和校审复核功能。譬如，可以快速准确地统计工程量、估算造价、查询关键指标如每平米材料用量、铺装厚度、单桩承载力、构件尺寸等等，甚至可以对各种特征指标是否超越规范限定进行校审复核。这些指标的统计分析和复核有助于对工程整体进行有效的质量控制和方案优化。
（七）在BIM模型的基础上可以更便捷、更高效地进行方案评选、设计优化。由于全桥信息模型的参数化、关联性，可以根据需要设置不同的参数组合，生成不同的桥梁模型，统计分析得到相应的技术指标和经济指标，从而进行方案评选、设计优化，带来显著的经济效益。
（八）桥梁设计团队中各个工作角色都能够围绕统一的BIM模型来高效地协同工作，项目过程中的并行工作能力显著提升，从而大幅提高了团队整体的设计效率。
（十）设计过程中建立的信息模型可以在桥梁的建造、管理阶段重复利用，契合了全寿命周期设计和管理的理念，在新时代为投资和管理提供了高效的决策平台。
二、桥梁工程设计的BIM软件平台关键技术
基于BIM软件平台研发的“方案设计师”，是一套综合型智能化桥梁设计软件，目前已在我国各大设计院广泛应用，具有很大的潜在价值。“方案设计师”系统已实现了桥梁设计BIM的核心功能，它能协助工程师高智能、高质量地快速建立桥梁工程的设计方案，建立桥梁全关联的、数字化的建筑信息模型，并能自动完成桥梁方案图纸、施工图纸的绘制;系统能自动建立有限元模型完成项目的常规计算、稳定计算及抗震验算等工作;设计团队中多个工作角色能够在该平台上高效地协同工作。该系统不仅支持桥梁结构中大部分常规构件，还支持变高、异形等较复杂桥型，将桥梁工程师从繁重的制图、计算工作中解放出来，既提高了设计效率又确保了设计质量。该系统采用的BIM应用工艺如图1所示，它以数字化的桥梁工程信息模型为核心，由标准件平台、设计经验平台、设计方法平台、辅助图形编辑平台、制图平台、结构分析平台、统计查询平台、协同工作平台共八大核心平台构成了整个系统，如图2所示。
数字化的桥梁工程信息模型是桥梁设计BIM平台系统的核心和基础，所有应用均围绕该模型开展工作。通过可视化的辅助图形编辑平台来进行桥梁的交互建模，针对复杂构件的构造设计、骨架钢筋设计、预应力钢束设计均能以尺寸驱动的图形方式来进行，让构件设计更智能、更便捷。
标准件平台主要实现各类标准化构件及标准化图纸的数字化管理，通过有条件地选用标准构件及标准图纸来减少重复劳动。
设计方法平台主要是通过一系列设计流程、设计方法、设计规则的参数化和按约定条件对标准构件的智能选用，实现了一个构件的信息模型中所有参数的确定;它把一个构件的设计过程给固化在软件系统中，同时又通过参数的开放让设计方案可以多样化并且可以持续优化。
设计经验平台建立了数字化的桥梁设计经验库，将各种工程具体环境参数与各种桥梁结构关键参数按照设计控制原则建立了索引取值关系，方便了桥梁设计经验的积累和传承。
制图平台通过自定义绘图风格、图元绘制功能算法、图面自动调整优化算法、钢筋智能布置及自动绘制算法等强大的平台接口为各类图纸的绘制提供了强大的基础支撑。
结构分析平台为桥梁结构的计算分析提供了算法引擎。
统计查询平台根据桥梁的信息模型进行多个维度的指标查询、统计分析和校核，有效地控制工程项目的经济性和安全性。
高效的协同工作平台为参与工作的各个角色提供了独立的数据签人、签出等操作，提高了项目操作中的并行能力，操作人员在权限范围内可随时建立和审查已经完成的结果，大大提高了工作效率。
三、桥梁工程设计中的BIM应用
桥梁设计BIM软件平台“方案设计师”被全国近百家大中型公路交通、
市政设计院广泛使用，显著提高了桥梁工程项目的设计效率。其中，包括一些大型的高速公路项目，还有一条总长近12km的桥梁设计项目全部采用该系统完成。
如某项目上部全部采用连续箱梁，下部采用柱式墩、重力台、轻型台，项目所在位置较分散，自然环境及地形地貌地质差异都较大，且有海域、陆域之分，桥梁设计的复杂程度很高、工作量巨大。得益于BIM技术及软件系统，该项目的设计工作和近万张施工图的制作仅采用10余名桥梁设计工程师历时约半年时间就顺利完成，期间还经历了多个轮次的方案审查和图纸校审，顺利适应完成了近十个轮次的路线调整、孔跨调整、箱梁优化、下部构造优化以及各种配筋优化，最终圆满完成了T程设计工作，在确保设计质量的同时显著提高了设计效率。这次BIM技术及软件系统在桥梁设计工程实践中的成功应用，初步显现了BIM应用于桥梁设计的巨大前景。
四、结束语
虽然BIM在桥梁设计领域的应用水平还需提升，相关理念也需进一步普及，但是鉴于BIM技术、管理理念和软件系统应用于桥梁设计有着不可估量的巨大价值，因此BIM应用于桥梁设计是大势所趋。通过BIM在桥梁设计中的应用，不仅能显著提高桥梁设计的效率和质量，将来更有利于优化和再造桥梁设计乃至全生命周期管理的流程，极大地提升桥梁工程的建设与管理水平。
论文作者:陈立军
论文发表刊物:《基层建设》2017年第9期
论文发表时间:2017/7/21
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