BIM技术在道路与桥梁工程设计中的应用综述.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 22 日 作者简介：邓诗辉（1984），男，汉族，广西桂林人，大学本科学历，工程师，研究方向为从事道路桥梁工作。-5-BIM 技术在道路与桥梁工程设计中的应用综述 邓诗辉 广西中信恒泰工程顾问有限公司，广西 南宁 530213 摘要：摘要：在现代交通系统下，道路桥梁内部结构的复杂性进一步增加，工程量进一步增加。传统的图纸设计方法无法直观、准确地表达路基、路面、桥梁、涵洞、隧道、排水系统、安全防护设施等道路桥梁构件的规格和属性，不能满足道路桥梁立体精细化、信息化设计的要求。将 BIM 技术引入到路桥设计中，利用 BIM 技术构建路桥不同组成部分的信息模型，并将其有机结合，可视化地呈现路桥项目的整体设计和局部设计，并依托 BIM 技术强大的结构分析和仿真预测能力，进一步深化设计方案，可以有效提高道路桥梁设计的合理性、科学性和预见性。关键词：关键词：BIM 技术；道路与桥梁工程；设计；相关应用 中图分类号：中图分类号：U442 0 引言 由于道路桥梁工程具有地带性分布，与地质条件密切相关，多涉及专业及相关特点的建筑信息模型（BIM)技术在道路桥梁工程设计施工中的应用，与桥梁工程相比也存在一定的差距。为提高 BIM 技术在道路桥梁工程中的适用性，促进道路桥梁工程信息化，本文对 BIM 技术应用原理、BIM 技术在道路与桥梁设计中的优势进行了总结，并提出了 BIM 技术在道路与桥梁工程设计中的应用措施，仅供参考。1 BIM 技术应用原理 BIM 技术在路桥项目管理中的应用原理主要体现在数字模型的建立和管理、智能协同、施工效率和准确性的提高、数据管理和可视化等方面。这些原理的应用可以实现路桥项目管理全过程的数字化和可视化，从而提高项目的质量和效率，降低风险，为智能化管理提供有力支持。一是建立高质量的数字模型。BIM技术通过建立高质量的数字化模型，支持道路桥梁施工管理的全过程。数字模型不仅包括建筑的外部形态，还包括建筑内部的结构和构件，并且可以实时与施工过程的现实进行交互。数字化模型既可以作为基础数据，也可以作为信息交换的工具和分析平台，从而实现对整个流程的管理。二是实现智能协同。道路桥梁施工管理中涉及的多个部门之间需要进行有效的协调和沟通。BIM 技术提供了一种智能的协作方式，通过数字模型共享数据、信息和资源，实现不同专业人员之间高效的信息共享和沟通。同时，BIM 技术还提供了自动化协同功能，可以帮助不同领域的专家实现数据交换和信息集成。第三，提高施工效率和精度。在道路桥梁施工管理中，BIM 技术可以大大提高施工效率和准确性。BIM 技术通过数字模型的虚拟演练、冲突检测等功能，可以及时发现和解决潜在问题，避免计划、时间和资源的损失。同时，BIM 技术还可以实现施工过程的自动控制，从而提高施工效率和质量。四是支持数据管理和可视化。BIM 技术还可以在道路桥梁施工管理中发挥数据管理和可视化的功能。通过数字模型的建立和管理，可以收集和分析施工过程中产生的大量数据，为决策提供有力的支持。同时，数字化模型的可视化呈现也可以支持路桥施工管理的信息传递、沟通和交流。2 BIM 技术在道路与桥梁设计中的优势 2.1 明确表达设计意图 传统的路桥设计主要依靠 CAD 软件，其设计结果多为二维平面图形。路桥方案设计是在二维空间中进行的，通过绘制路桥构件，从正面、侧面、俯视的角度明确规格尺寸，这在一定程度上限制了设计师的表达和设计意图。在 BIM 技术的支持下，路桥设计工程师将相关规范参数、属性数据、空间关系数据等输入到 BIM 软件中，自动生成路桥三维信息表达模型，设计师可以直观、清晰地浏览路桥设计结果。并可根据个人意图和设计需要修改和调整三维信息模型参数，在良好的图形属性联动机制下，快速更新和生成新的路桥模型供设计师确认，真正为设计师提供软件技术中国科技期刊数据库 工业 A-6-支持。此外，路桥设计工程师还可以利用路桥三维信息表达模型，查看具体的设计细节，包括不同构件的空间关系、构件的尺寸等，通过反复思考和确认，提高路桥设计的合理性，更充分地展示路桥设计工程师的设计意图和设计技巧1。2.2 准确的协调能力 大型路桥工程体量大，涉及专业多，通常按专业划分。不同的设计师独立设计路桥部分，然后整合各自的设计成果，形成最终的路桥设计方案。独立设计必然会对整体设计产生更大的影响，尤其是在较为复杂的细部结构设计中。如果设计工程师在独立工作时沟通不好，所设计的详细方案就很难融入到整体设计方案中，影响道路桥梁的设计效率。BIM 技术具有良好的协同合作机制。对于不同专业、不同构件的设计师，BIM 技术可以有效解决传统的复制粘贴式融合设计模式，真正实现道路桥梁的分工与同步设计。在 BIM 技术的支持下，设计单位可以采用工作集的方式，针对路桥工程项目结构复杂、功能多样的特点，不同专业的路桥结构设计人员可以在同一基础模型上进行协同设计，同时对路桥结构模型进行修改和快速更新，从而加快路桥设计效率2。3 BIM 技术在道路与桥梁工程设计中的应用措施 3.1 可用于道路与桥梁工程的 BIM 软件及其插件 路桥工程中使用的软件平台主要有 Atuodesk、Bentley、Dassault、Tekla 等。Atuodesk 平台上的Revit 软件没有内置专业的路桥组件族，需要自己构建组件族，适用性差，智能化程度低。此外，道路桥梁工程构件具有不规则性，因此利用 Revit 软件对道路桥梁工程建模进行参数化最终是设计经验的积累。Bentley 平台下的 PowerCivil 是专为市政工程开发的BIM 软件，在道路桥梁工程中具有很高的适用性。然而，在道路参数化之前，需要建立参数化截面模板，并通过可视化编程技术创建单元库进行组件参数化。达索平台的主要软件是 Catia 软件，该软件具有较强的参数化和结构分析能力。然而，建模过程复杂，软件使用成本高，学习难度大，二次开发对建模者的要求也很高。Tekla 平台的主要软件是 Xsteel，主要适用于钢结构领域。该软件模型数据精度高，模块化功能强，但建模过程复杂，软件应用成本高3。3.2 路桥设计方案的有效论证 路桥设计方案论证是保证路桥设计合理、科学，准确平衡设计施工量，有效控制路桥工程质量和造价的关键环节。在路桥设计方案的基础上，利用 BIM 技术的各种分析计算功能，对路桥设计方案的三维信息模型进行测试和研究，充分论证路桥设计方案的合理性和科学性，对论证过程中发现的问题进行局部快速排查，促进路桥设计方案的优化和深化。同时，BIM技术的应用可以再现道路桥梁施工过程中出现的意想不到的问题，使设计人员能够及时调整不合理的设计方案，指导施工人员采取有效措施进行补救和改进。在路桥设计方案论证中充分应用 BIM 技术，可以为项目利润提供良好的保证，减少成本估算时间，减少误差。3.3 图纸输出 在传统的桥梁设计过程中，施工设计图纸是最终交付的结果，通常使用二维软件输出图纸。在这种绘图输出模式下，特别是当多人协作时，设计信息往往缺乏相关性。一旦出现错误，特别是在施工项目的同时进行设计，将严重影响工程的施工质量和进度。如果采用 BIM 正向设计，则图纸输出包含 3D 可视化技术，桥梁设计以 3D 模型显示和标记，为后续桥梁施工提供有利条件。同时，对于复杂的部件，可以将部件模型切割成剖面图，并使用可视化的 3D 视图和 2DBIM 软件作为图纸交付结果，保证了图纸与设计模型的一致性，减少了人为造成的图纸误差，提高了图纸的精度4。3.4 桥梁可视化技术交底 技术交底在桥梁设计中起着重要的作用，是设计人员与施工单位进行沟通交流的重要环节。通过技术交底，设计人员可以向施工单位表达桥梁设计的主要意图，阐述桥梁施工中的注意事项。在传统桥梁设计中，由于设计人员表达不清或施工人员理解不到位，不能明确表达主要设计意图和施工注意事项，造成施工中出现一定的质量缺陷，延长桥梁的工期。随着 BIM正向设计的应用，设计师可以模拟施工的关键环节，让施工单位了解设计意图和注意事项。同时还可以在三维模型中标注施工的关键环节，提高沟通交流的效率，为后续施工提供保障。在技术交底环节，制定成套的施工方法和施工工艺，作为主要的施工依据，充分保证施工质量。中国科技期刊数据库 工业 A-7-3.5 检查道路与桥梁中道路与板梁节点板件关系 在道路桥梁中，道路与楼板、梁缝板的关系比较复杂，通常道路桥梁中有很多施工节点，而道路桥梁、涵洞、隧道等的接缝，形状也是众多多样的，因此有必要根据施工节点的实际情况，设计详细的方案来配合接缝形状。对于道路桥梁节点板，利用 BIM 技术对节点板的规格、属性信息、构件功能、节点结构及空间布局、空间关系等进行精细化设计，可以提高节点板设计的合理性和施工现场的适用性，保证道路桥梁的施工进度和质量。同时，利用 BIM 技术的模型碰撞检测和漫游功能，对路桥中道路与楼板接缝的板件进行计算分析，提前识别节点中的错误和碰撞点，并提出进一步的设计方案，可以有效避免路桥施工中接缝接缝的各种错误和冲突，提高路桥设计的准确性5。3.6 修正与补充设计数据 道路桥梁工程通常是工期短、任务重、涉及专业复杂的工程，包括路基工程、路面工程、桥涵工程、隧道工程、交通工程、道路桥梁工程等。对于这样一个专业而复杂的工程类别，BIM 技术是设计师修改和补充设计数据的重要技术。它将路桥工程对象的三维模型参数化，调整参数后，软件可以自动渲染和更新三维模型。例如，在修改路桥结构高度后，路桥结构的 3D 模型也会进行相应的调整。更新后的路桥结构三维模型通过计算机图形引擎重新渲染。因此，将 BIM 技术应用于道路桥梁，可以大大提高工程对象 BIM 数字化建模和可视化的效率。主要依靠 BIM 技术中的构件库管理工具来规范道路桥梁结构。在道路桥梁的实际设计阶段，需要相应的构件进行参数调整和构件装配。实现了公路桥梁结构对象三维模型的快速构建。例如，依托 BIM 技术的结构计算分析模型，结合道路桥梁的几何结构和材料，计算道路桥梁的荷载，从而合理使用预应力技术，量化注浆量，有效地将预应力筋的伸长值控制在一定的阈值范围内6。3.7 BIM 建模参数化与智能化 道路桥梁工程专业众多，设计工作量大(复杂桥梁的 Revit 模型)，设计人员流动性大，设计经验的积累和设计过程的标准化是道路桥梁工程设计的发展方向。因此，许多学者利用 BIM 技术开展基于知识工程的智能设计，对模块化、参数化、多粒度的细粒度设计进行工艺定制，提高效率，降低设计成本，减少大量重复的绘图工作。(1)开展 BIM 在桥梁设计中的应用研究。本工程为公铁两用桥梁，工程量大，异形构件多。BIM 模型在碰撞检测、桥墩防撞性能校核、交通量校核、工程量校核、辅助设计等方面优势明显，在异形构件建模方面积累了大量经验。本课题采用 Atuodesk 平台的AdvanceSteel 和 Dynamo 软件对钢桁架进行参数化建模。(2)详细介绍了利用power-ercivil建立立交桥模型的标准化操作流程，包括三维地形建立、BIM 路线设计和参数化截面设计。后期利用 BIM 模型进行设计优化，实现工程量统计和制图，设计效果明显。建模过程中的参数化通过 MicroStation 编程实现。(3)基于 Catia 软件，借鉴“骨架+模板”的建模思路，提出了桥梁参数化智能建模方法及相应的技术路线。采用 EKL 语言提高组件模板的参数化能力，采用 Catia 二次开发技术实现组件的批量实例化功能，采用 WPF 框架开发参数化设计系统，打通了组件模板创建、组件设计和组件实例化的全过程，实现了精细化、智能化的桥接建模。3.8 远程监控与数据分析 通过远程监控技术，可以实现对施工现场的远程监控和数据采集。数据分析可以对收集到的数据进行处理和分析，从中提取有价值的信息，为项目管理和决策提供支持。远程监控和数据分析的应用有助于提高施工过程的实时性、准确性和效率。远程监控技术可以实时获取施工现场的各项指标和参数。通过传感器和监控设备的放置，可以监控施工过程的各个方面，如土方作业，混凝土浇筑和结构安装。数据分析可以对收集到的数据进行处理和分析，从中提取有用的信息和趋势。此外，远程监控和数据分析还可以实现施工过程的预警和预测7。4 结束语 BIM 技术是解决道路桥梁工程复杂问题的有力支撑，但目前还不成熟。基于 BIM 技术的深度开发是实现数字化信息表达、数据交互和项目管理的有效途径。中国科技期刊数据库 工业 A-8-参考文献 1李勇,汪俊.桥梁工程设计中 BIM 技术的具体应用J.公路交通科技(应用技术版),2019,15(07):187-189.2徐会杰,王鑫.BIM 技术在某桥梁工程设计阶段中的应用研究J.四川水泥,2019(06):99-98.3陆毓.浅析 BIM 在桥梁工程设计与施工中的应用J.现代物业(中旬刊),2019(04):84.4安文文.BIM 技术在道路桥梁设计优化方面的应用J.科技风,2018(20):109.5董方颖.BIM 技术在桥梁设计中的应用J.建材与装饰,2018(17):240-241.6杨惠芬.实例分析 BIM 设计技术特点及其在桥梁施工设计中的应用J.工程建设与设计,2017(22):94-95.7马永嘉.BIM 技术在桥梁工程设计施工中的应用J.工程建设与设计,2017(20):114-115.