連飛飛

（大連理工大學(xué) 土木建筑設(shè)計研究院有限公司，遼寧 大連 116023）

引言

進入21世紀(jì)以來，中國橋梁建設(shè)取得了巨大成就。隨著經(jīng)濟、科技的不斷發(fā)展，橋梁的結(jié)構(gòu)形式及建設(shè)環(huán)境更為復(fù)雜，人們對橋梁的設(shè)計也提出了更高更嚴(yán)格的要求。隨著BIM技術(shù)在橋梁設(shè)計中的應(yīng)用與推廣，不但提升了整體的設(shè)計效率，保證了設(shè)計質(zhì)量，降低了工程造價，還能有效解決目前橋梁設(shè)計中所遇到的各種難題。BIM 技術(shù)的應(yīng)用代表著我國橋梁設(shè)計工作從手工勞動向計算機輔助設(shè)計方式的轉(zhuǎn)變。雖然BIM技術(shù)最早從2002年已經(jīng)引入工程建設(shè)行業(yè)，進入國內(nèi)可以追溯到2004年，但在國內(nèi)前期發(fā)展緩慢，一直處在宣傳和推廣階段。“十二五”開局之年，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布了《2011 —2015年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》，才開始確立大力發(fā)展BIM技術(shù)的基調(diào)。

1 BIM的概念及特點

BIM，即建筑信息模型（Building Information Modeling, BIM），是近些年來出現(xiàn)在工程界中的新名詞，是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，集成了建筑工程項目各種相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)模型，是對工程項目相關(guān)信息的詳盡表達。它是引領(lǐng)建筑業(yè)信息技術(shù)走向更高層次的一種新技術(shù)，它的全面應(yīng)用，將對建筑業(yè)界的科技進步產(chǎn)生無可估量的影響，大大提高建筑工程的集成化程度。同時，也為建筑業(yè)的發(fā)展帶來巨大的效益，使設(shè)計乃至整個工程的質(zhì)量和效率顯著提高，并且成本降低。建筑信息模型，是應(yīng)用于建筑工程業(yè)的信息技術(shù)發(fā)展到今天的必然產(chǎn)物。

相較于傳統(tǒng)意義的CAD，BIM不僅僅是將設(shè)計由2D簡單地轉(zhuǎn)換成3D，還具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性及優(yōu)化性等特點。（1）可視化：“所見即所得”的形式，傳統(tǒng)CAD結(jié)構(gòu)圖紙需要依靠人腦去進行想象，對于一些復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)，依靠平面圖紙難以想象，在與業(yè)主溝通過程中也存在障礙，通過BIM設(shè)計可以很好地展示設(shè)計意圖，又可以節(jié)省構(gòu)建效果模型的過程。（2）協(xié)調(diào)性：由于各專業(yè)設(shè)計師之間的溝通不到位，在設(shè)計時會出現(xiàn)各種碰撞問題，而BIM可在結(jié)構(gòu)物建造前期對各部分的碰撞問題進行協(xié)調(diào)，生成協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)，并提供出來，有效地解決該問題。（3）模擬性：模擬性并不是只能模擬設(shè)計3D結(jié)構(gòu)，還可以進行4D模擬（三維模型加項目發(fā)展時間），5D模擬（基于3D模型的造價控制），6D（基于3D模型的運維管理），從而實現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計、指導(dǎo)施工、成本控制及后期管理等。（4）優(yōu)化性：BIM模型可提供結(jié)構(gòu)物實際存在的信息，包括幾何信息、物理信息、規(guī)則信息，還可以提供結(jié)構(gòu)物調(diào)整后的實際情況，在BIM的基礎(chǔ)上更好地進行優(yōu)化。

2 基于Bentley平臺的橋梁BIM軟件介紹

目前具備一定市場影響力的BIM建模軟件主要有Autodesk公司、Bentley公司、Nemetschek公司及Dassault公司的系列軟件。Bentley的建筑、結(jié)構(gòu)和設(shè)備系列產(chǎn)品在基礎(chǔ)設(shè)施（道路、橋梁、市政、水利等）領(lǐng)域有較明顯的優(yōu)勢，其解決方案立足于MicroStation圖形引擎之上，能夠滿足土木工程所需解決的大數(shù)據(jù)、大模型、多專業(yè)的行業(yè)需求，輕松應(yīng)對項目設(shè)計周期中的變更、版本管理?；贐entley平臺的BIM技術(shù)在橋梁設(shè)計中的系統(tǒng)解決方案主要涉及軟件見圖1。

圖1 基于Bentley平臺橋梁設(shè)計解決方案

Bentley平臺為用戶搭建了一個三維協(xié)同工作平臺，一改往日串聯(lián)工作的方式，實行并行工作機制，各軟件數(shù)據(jù)同一兼容性強，數(shù)據(jù)輕量化，操作流暢。工程師可以實時將自己所完成的工作成果上傳到信息管理平臺，所有項目參與人員擁有查閱的權(quán)限，大家可以及時查閱項目進度，不但方便項目負(fù)責(zé)人及時查閱進度安排下一步工作，也方便工程師們對于發(fā)現(xiàn)的問題或有不同意見的地方及時溝通，避免后期大量返工，極大地提高工作效率。

3 橋梁BIM在設(shè)計中的應(yīng)用流程

3.1 地形創(chuàng)建

使用BIM技術(shù)進行模型創(chuàng)建，可以先將設(shè)計的橋梁所處的環(huán)境地形條件進行三維建模。真實三維地形模型可以使用實景建模技術(shù)進行創(chuàng)建，也可以通過提供高程網(wǎng)或者等高線網(wǎng)進行創(chuàng)建。

3.2 線性及分跨

在真實的地形條件下進行橋梁總體線性及分跨設(shè)計，即總體方案設(shè)計。在設(shè)計過程中可以使用簡單的斷面輪廓粗略快速地拉伸出橋梁線性并擺放橋墩，讓工程師更直觀地判斷線形設(shè)計及分跨設(shè)計的合理性。根據(jù)地形的實際情況進行路線的選擇可以使橋梁走向更加符合地形特點，在真實的地形條件下進行分跨設(shè)計可以使橋墩的擺放避開不利地形，方便后期施工并節(jié)省造價。

3.3 結(jié)構(gòu)模型創(chuàng)建

在具體橋梁結(jié)構(gòu)模型創(chuàng)建過程中，使用參數(shù)化設(shè)計，對于一些常用構(gòu)件或者斷面，可以創(chuàng)建屬于自己的模板庫，不但方便隨時調(diào)用，也為以后其他相似項目的高效建模做準(zhǔn)備。參數(shù)化創(chuàng)建的橋墩，只要給定橋墩樁號就可自動生成，不必再逐一的去給定高度，節(jié)省了建模時間。在后期對結(jié)構(gòu)進行調(diào)整時可簡單通過調(diào)整參數(shù)達到完成全部更改的目的，極大地提高了設(shè)計效率。結(jié)構(gòu)模型創(chuàng)建完成后要進行深化設(shè)計，混凝土結(jié)構(gòu)進行配筋設(shè)計，鋼結(jié)構(gòu)進行細(xì)部創(chuàng)建。在深化模型過程中要給定構(gòu)件編號、材料、產(chǎn)地等信息，這樣才能實現(xiàn)信息化模型，方便以后各個環(huán)節(jié)的協(xié)同工作。進行模型深化設(shè)計之前要將模型導(dǎo)入計算軟件進行有限元計算，在其計算滿足要求后再進行深化設(shè)計。

3.4 工程量表及二維圖紙的生成

一個完整橋梁模型創(chuàng)建完成之后，已經(jīng)包含了該橋梁所需要的所有完整信息，可以進行工程量的統(tǒng)計及工程量表的生成。計算機統(tǒng)計工程量相比人工統(tǒng)計不但效率高并且可以保證準(zhǔn)確率，減少后期變更。對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及鋼結(jié)構(gòu)，在工程量表輸出時，可以直接創(chuàng)建出可供下料使用的大樣圖。三維模型可以直接生成施工所需的二維圖紙，在創(chuàng)建施工圖紙過程中，工程師可以選擇任意角度視圖創(chuàng)建所需二維圖紙，也可根據(jù)出圖需要進行任意斷面的剖切，創(chuàng)建二維圖紙。二維圖紙跟三維模型可以進行聯(lián)動，如果模型進行了調(diào)整，導(dǎo)出的二維圖紙會自動隨之進行相應(yīng)地調(diào)整，避免了傳統(tǒng)CAD更改一張圖紙會涉及到很多其他圖紙一直修改，進而出現(xiàn)遺漏的問題。

3.5 模型的渲染與展示

BIM模型一個最大的優(yōu)點是可視化，模型完全建成之后進行簡單地渲染，在匯報工作或技術(shù)交底時，可以直接使用簡單渲染過的生動的三維模型進行展示，使溝通更流暢高效。在施工現(xiàn)場也不需要帶著厚厚的圖紙，只需帶著平板電腦就可以查看模型的任何位置，非常的直觀，見圖2。

圖2 鋼管拱橋與梁橋結(jié)合的BIM模型

4 結(jié)語

（1）基于Bentley平臺的橋梁BIM技術(shù)的三維協(xié)同工作機制，不但方便各環(huán)節(jié)協(xié)作，而且將數(shù)據(jù)輕量化，降低了對硬件配置的要求且建模過程流暢，提高了工作效率，減少投入。同時，對大體量模型、三維曲線支持較好，適合橋梁專業(yè)使用。（2）在具體操作中還存在許多問題要解決，一些建模習(xí)慣不符合國內(nèi)需求，對一些復(fù)雜橋型不是很友好，在出二維圖紙方面如圖框標(biāo)注等不滿足國內(nèi)出圖要求等，需通過二次開發(fā)來解決，因此BIM技術(shù)實現(xiàn)完全的正向設(shè)計還有一段路要走。（3）BIM技術(shù)在國內(nèi)橋梁設(shè)計中的應(yīng)用要結(jié)合國內(nèi)實際情況探索前進，未來不但要在設(shè)計階段協(xié)同工作，更要完成橋梁建設(shè)及運營的所有環(huán)節(jié)的協(xié)同工作，真正實現(xiàn)服務(wù)于項目全生命周期。