趙守哲

（同圓設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250000）

0 引言

公路橋梁施工技術(shù)要求因施工環(huán)境而異，因此在設(shè)計(jì)施工過程中必須確定公路橋梁的實(shí)用性。設(shè)計(jì)人員必須考慮當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式和道路橋梁的合理性，同時(shí)，要對(duì)道路橋梁進(jìn)行總體評(píng)估[1]。新技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于道路和橋梁的建設(shè)至關(guān)重要，隨著新技術(shù)的引入，現(xiàn)代交通設(shè)施的建設(shè)有了極大的進(jìn)步。交通設(shè)施應(yīng)具有創(chuàng)新性和安全性，因此要對(duì)道路和橋梁的設(shè)計(jì)有一個(gè)總體的認(rèn)識(shí)，并要考慮到交通發(fā)展的現(xiàn)狀。

1 BIM在路橋工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

1.1 路橋工程在BIM集成中的等級(jí)

BIM 技術(shù)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用主要表現(xiàn)為，其能夠協(xié)同各個(gè)不同的學(xué)科專業(yè)。在基礎(chǔ)設(shè)施方面，它主要集成到道路、橋梁、隧道和輔助項(xiàng)目中。該文基于BIM 技術(shù)水平的研究，將道路、橋梁、隧道和輔助項(xiàng)目設(shè)置為第一等級(jí)。項(xiàng)目結(jié)構(gòu)分為第二級(jí)，這是單個(gè)項(xiàng)目的BIM 模型。換言之，所謂的兩級(jí) BIM 模型，就是在工程中選擇道路或橋梁部分來劃分結(jié)構(gòu)部件。在族模型文件中，設(shè)置時(shí)通過參數(shù)化組裝參數(shù)組件。 BIM 模型應(yīng)用程序的每個(gè)級(jí)別都在提供更高級(jí)別的服務(wù)，并且族參數(shù)信息的設(shè)置被合并到下一個(gè)級(jí)別，如圖1 所示。

圖1 BIM 模型族庫

1.2 協(xié)同化設(shè)計(jì)

BIM 平臺(tái)是通過項(xiàng)目完整信息模型的跨學(xué)科協(xié)作來完成每個(gè)專業(yè)模型的信息維護(hù)。利用 BIM 技術(shù)的協(xié)同設(shè)計(jì)模式，可以極大地提高信息模型的設(shè)計(jì)和效率，并能對(duì)信息模型進(jìn)行多項(xiàng)管理。

1.3 可視化設(shè)計(jì)

利用 BIM 技術(shù)將現(xiàn)有的圖形設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為3D 設(shè)計(jì)模型，進(jìn)一步驗(yàn)證“現(xiàn)有”理論，實(shí)時(shí)直觀地監(jiān)控和關(guān)聯(lián)三維復(fù)雜形狀的構(gòu)件，可以更直接、快速地解決相關(guān)問題。

1.4 參數(shù)化設(shè)計(jì)

利用 BIM 三維參量系統(tǒng)，根據(jù)項(xiàng)目構(gòu)件截面尺寸關(guān)系對(duì)截面參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，當(dāng)參數(shù)發(fā)生變化時(shí)， BIM 軟件可生成設(shè)定模型。使用 BIM 技術(shù)，可以通過2 種方式為工程項(xiàng)目創(chuàng)建組件參數(shù)。1）提出了一種簡(jiǎn)單可變的幾何方法。2）提出一種基于結(jié)構(gòu)形狀聯(lián)動(dòng)參數(shù)的方法。兩者在生成不同構(gòu)件時(shí)各有優(yōu)勢(shì)，正確地選擇建模方法能提高三維模型的生成和修改效率。

1.5 自動(dòng)化出圖

BIM 技術(shù)用于構(gòu)建模型時(shí)，該模型可以根據(jù)設(shè)計(jì)人員和施工現(xiàn)場(chǎng)的需要輕松地導(dǎo)出各種橫截面、平面和立面的工程圖，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)人員復(fù)雜且煩瑣的工程圖，并節(jié)省大量時(shí)間和精力。

1.6 工程量統(tǒng)計(jì)

在3D 設(shè)計(jì)模型中，該軟件可以通過每個(gè)模型的進(jìn)度和屬性快速實(shí)時(shí)地計(jì)算項(xiàng)目組件的項(xiàng)目數(shù)量，與傳統(tǒng)的人工工程數(shù)量計(jì)算方法相比，減少了許多錯(cuò)誤和遺漏。

2 路橋設(shè)計(jì)構(gòu)思

公路橋梁項(xiàng)目設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行初步設(shè)計(jì)時(shí)，相關(guān)人員應(yīng)相互配合、有效合作、相互溝通，并充分考慮每項(xiàng)施工可能發(fā)生的情況及問題。例如，可以從施工過程中引起軟土地基沉降的因素考慮，從根本上解決道路和橋梁的沉降問題。在設(shè)計(jì)時(shí)，必須在2 個(gè)方面對(duì)設(shè)計(jì)過程進(jìn)行良好的控制。1）必須對(duì)施工的每個(gè)階段進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算和綜合分析，以獲取更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。2）需要測(cè)試采集的數(shù)據(jù)以確保其正確。

2.1 關(guān)于橋坡軟基的處理

道路和橋梁的集成技術(shù)有助于防止地基沉降不均勻，可以合理地調(diào)整樁的數(shù)量和長(zhǎng)度，從而使橋梁邊坡填土和側(cè)跨橋墩之間的沉降幾乎相同。由于使用該措施不需要對(duì)橋梁坡度進(jìn)行特殊處理，有關(guān)設(shè)計(jì)者應(yīng)首先仔細(xì)分析并確認(rèn)橋梁邊坡的沉降程度，然后將橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與軟土地基處理方法結(jié)合使用，以便有效地解決沉降問題并提高道路和橋梁工程的穩(wěn)定性。在一定程度上，可以提高項(xiàng)目的整體質(zhì)量。在實(shí)踐中證明，能夠非常有效解決這2 個(gè)增強(qiáng)橋頭跳動(dòng)管理和控制橋邊坡沉降的問題。

2.2 控制沉降的復(fù)合樁計(jì)算模式

荷載樁基礎(chǔ)的沉降控制是由承臺(tái)下地基土和承臺(tái)共同承擔(dān)上部荷載，根據(jù)沉降調(diào)節(jié)要求，確定用樁數(shù)的低承臺(tái)摩擦樁基礎(chǔ)。其基本假定是，當(dāng)承臺(tái)下地基土和樁土共同承擔(dān)荷載時(shí)，樁的共同荷載等于樁的極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值之和，其余荷載的長(zhǎng)期效應(yīng)組合值由承臺(tái)下地基土共同承擔(dān)。而樁基能承受全部荷載。計(jì)算方法是，當(dāng)樁端和樁側(cè)荷載降到樁端平面以下時(shí)，按樁的應(yīng)力公式計(jì)算，荷載引起的應(yīng)力由承臺(tái)分擔(dān)。

2.3 墩臺(tái)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)計(jì)算一般程序

墩臺(tái)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)計(jì)算一般分為3 步。1）采用單樁側(cè)向摩阻沉降試驗(yàn)定量分析樁基沉降。2）利用程序計(jì)算墩臺(tái)群樁的沉降，并與根據(jù)單樁試驗(yàn)結(jié)果得出的結(jié)果相比較。3）考慮采取某些備用措施。

3 基于BIM技術(shù)立交橋設(shè)計(jì)實(shí)例

3.1 項(xiàng)目工程概況

該文運(yùn)用立交橋的計(jì)算數(shù)據(jù)，使用Civil 3D 軟件將地形線和整個(gè)橋梁選線引入Revit 軟件，并通過BIM 技術(shù)建造橋梁模型，對(duì)立交橋的設(shè)計(jì)做進(jìn)一步研究。該立交橋連接南北干線道路，可以大大減輕城市的交通壓力。換句話說，城市景觀增強(qiáng)了城市的外觀和景觀，有效地分隔了道路上的交通，并完成了城市中心道路和各種環(huán)形道路的合理轉(zhuǎn)換。

3.2 箱形梁 BIM建模方法

在天橋施工的過程中，根據(jù)道路設(shè)計(jì)的要求，設(shè)置了主梁施工線。為了模擬混凝土箱梁，需要在平面上設(shè)定箱梁輪廓線的控制點(diǎn)，并通過自適應(yīng)點(diǎn)建立交換橋的參數(shù)模型。

3.3 結(jié)構(gòu)模型加筋計(jì)算

采用 BIM 技術(shù)具有強(qiáng)大的計(jì)算能力，可以成功地解決結(jié)構(gòu)模型的強(qiáng)化問題。該方法不僅能實(shí)現(xiàn)構(gòu)件自動(dòng)配筋，而且能將配筋的工程量實(shí)時(shí)反饋給設(shè)計(jì)人員，同時(shí)能自動(dòng)為構(gòu)件配筋，并利用分析軟件對(duì)構(gòu)件進(jìn)行驗(yàn)證，從而將構(gòu)件分析內(nèi)容直接傳遞給軟件[4]。經(jīng)過計(jì)算后，如果構(gòu)件的鋼筋沒有達(dá)到設(shè)計(jì)要求，或造價(jià)不合理，BIM 軟件將對(duì)構(gòu)件模型進(jìn)行重新布置和調(diào)整，并繼續(xù)進(jìn)行分析，直至滿足設(shè)計(jì)要求。

在BIM 軟件中，創(chuàng)建了立交橋的各種組件模型，并使用Revit 軟件強(qiáng)化工具對(duì)組件模型進(jìn)行了增強(qiáng)，如混凝土梁結(jié)構(gòu)鋼筋布置，如圖2 所示。

圖2 鋼筋綁扎示意圖

3.4 BIM技術(shù)輸出施工圖紙

利用 BIM 技術(shù)輸入計(jì)算數(shù)據(jù)信息，可以在設(shè)計(jì)復(fù)雜的立交橋時(shí)，從應(yīng)用程序中提取相關(guān)信息，例如模型方案優(yōu)化和預(yù)算估算[4]。采用 BIM 技術(shù)，將所有橋梁信息以數(shù)字格式存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中，便于模型信息的更新，在各專業(yè)間實(shí)時(shí)共享，使各專業(yè)設(shè)計(jì)圖更加精確。

在BIM 技術(shù)中，來自箱梁的所有信息都通過項(xiàng)目管理的信息庫進(jìn)行集成，并生成要應(yīng)用的圖紙，導(dǎo)入圖形后可以使用軟件對(duì)圖紙進(jìn)行編輯修改。

4 結(jié)語

BIM 技術(shù)已經(jīng)在世界范圍內(nèi)普遍使用，且應(yīng)用范圍廣泛。與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，中國(guó)的發(fā)展速度緩慢，處于公路橋梁設(shè)計(jì)領(lǐng)域的早期階段，一些因素阻礙了BIM 技術(shù)在路橋設(shè)計(jì)企業(yè)的推廣和應(yīng)用。當(dāng)前，BIM 行業(yè)還沒有像AutoCAD廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)中的軟件，每個(gè)公司都有自己的優(yōu)勢(shì)、劣勢(shì)，各公司獨(dú)立運(yùn)行，未能相互合作，并且數(shù)百家公司的競(jìng)爭(zhēng)使標(biāo)準(zhǔn)化BIM 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)變得困難，亟待解決軟件數(shù)據(jù)和繪圖標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)化問題。