1、第6 期（总第2 90 期）2023年6 月D01:10.16799/ki.csdqyfh.2023.06.069城市道桥与防洪URBAN ROADS BRIDGES&FLOOD CONTROL成果应用BIM技术在网状吊杆拱桥设计阶段的应用李慧欣上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市2 0 0 0 92 摘要：在大半径平曲线网状吊杆拱桥设计阶段，利用BIM技术建立全阶段模型进行三维展示，用以辅助确定吊杆定位、吊杆间距等重要数据，并对多专业模型进行碰撞检查，实现了项目可视化、项目质量提升及数字化交付。BIM技术在桥梁设计阶段所发挥的作用及价值，可为同类型桥梁的BIM与设计深度融合提供借
2、鉴。关键词：网状吊杆拱桥；BIM应用；辅助设计；深度融合中图分类号：U442.5;TP319文献标志码：A文章编号：1 0 0 9-7 7 1 6(2 0 2 3)0 6-0 2 7 1-0 4桥梁总体布置图见图2。0引言道路桥梁随着桥梁技术的不断发展，如今拱桥的形式日沙湾路74.5新月异,大跨径、高难度的桥梁越来越多地出现在检修道人们视野。拱桥往往存在空间关系复杂、传统二维设41.8钻孔桩校核水位3 0.8 2 gm设计水位2 9.41 42.5 m钻孔柱应急池402m钻孔桩计难以准确定位的情况。BIM技术具有三维可视化、规划沙湾截排隧洞/现状沙湾截排隧洞参数化、模拟性等特点 2 ,在设计阶
3、段采用BIM技术(a）桥梁立面图辅助拱桥设计可以使方案更优化、设计更准确。道路桥梁14.51工程概况应急池1.1项目简介本项目位于深圳市罗湖区大望梧桐片区，为桥梁拆除重建工程。原址老桥建于1 98 5 年，结构趋于老化，路面破损严重，栏杆多处缺失，整桥做过加固处理；旧路断面总宽8 m，车行道宽6 m，两侧人行道各宽1 m（见图1）。老桥承载力不满足现行承载力要求，技术状况属于不合格级桥或D级桥。老桥安全隐患较大。大望桥深圳水库图1 项目范围本项目建设内容为原址拆除重建大望桥，改造后桥梁总长2 2 9 m，主桥为2 1 5 m网状吊杆拱桥，宽2023m，设计车速为3 0 km/h，设双向4车道+
4、地面慢行系统+二层绿道系统。收稿日期：2 0 2 2-0 9-0 3作者简介：李慧欣（1 98 8 一），女，硕士，工程师，主要从事桥梁设计及BIM技术研究、应用工作。桥梁道路215大望大道桥染道路215R=3300(b）桥梁平面图道路中心线道路中心线绿道慢行道22.5人非混行道机动车道4b2.5m钻孔灌注桩望桐路（c）桥梁断面图图2 桥梁总体布置图（单位：m）桥梁上跨深圳水库，受一级水源保护线、粤港供水用地线、沙湾截排隧洞和桥头路口斜交等限制，同时兼顾桥梁景观，最终选用“大半径平曲线网状吊杆拱桥 设计方案。桥梁平面位于R=3300m的圆曲线上，为国内首座位于曲线上的网状吊杆拱桥，同时大桥兼顾
5、环水库二层绿道间接需求，在有限的红线宽度内采用双层非对称断面布置。桥梁宽度与一级水源保护线同宽，桥梁施工及永久结构均不得侵人一级水源保护线（见图3）。既要充271城市道桥与防洪分利用既有红线宽度，将通行能力最大化，又要最大限度地缩短断交时间，因此桥梁采用“立体化协同改造”的施工方案，通过二层施工平台完成主桥拼装，最后落梁至设计标高。一级水源保护区一级水源一级水源保护区保护区图3 一级水源保护区范围1.2项目难点分析本工程具有以下难点：(1)桥梁结构选型及设计方案需考虑水源保护线、景观等多重因素。（2）主桥为位于平曲线上的网状吊杆拱桥，吊杆空间关系复杂，较难定位，仅用二维图纸很难计算吊杆间距，判
6、断吊杆是否有碰撞、如何调整。(3)主拱、吊杆均为空间结构，与一层及二层结构关系复杂，通过二维图纸难以判断净空是否满足要求,结构是否有碰撞等情况，（4)桥梁施工方案新颖，如何在施工前充分考虑到施工中可能存在的问题及应对策略较为重要。为了保障本项目的顺利实施，本项目建设初期就决定采用BIM与设计深度融合的设计方法，以数字化交付作为主要目标，并进行了针对性的BIM技术策划。2BIM模型建立2.1建模软件本项目涉及专业较多，建模时应根据设计阶段、交付要求、软件成熟度、专业特点、建模习惯等综合考虑，选用不同的建模软件，以完成整个工程的建模任务。项目采用的建模软件见表1。表1 项目采用的建模软件序号建模类
7、型1地形2道路3桥梁4结构5给排水6电气7周边环境李慧欣：BIM技术在网状吊杆拱桥设计阶段的应用二级水源保护区建模软件路易路易CATIA3dsmax管立得路易、3 dsmaxCivil3d、路易、3 dsmax等2023年第6 期各专业模型利用FBX及STP格式为中间格式，采用Navisworks2020对模型进行初步整合及碰撞检查等应用。利用Infraworks及公司自研软件VDBIM对项目进行可视化展示等应用。2.2模型建立2.2.1方案阶段模型建立方案阶段，项目采用LOD100的精度进行建模，建模内容包括：周边现状地物、规划构筑物、项目道路、桥梁模型。项目模型主要表达项目区位、桥梁跨径、
8、主拱及风撑外观方案。利用项目勘察地形数据（等高线、高程点）及正射影像点云，建立项目数字地形模型（见图4）。在数字地形模型基础上，进行现状及设计模型的建立。图4地形分析2.2.2初设阶段模型建立初步设计阶段在方案阶段基础上，以LOD200的精度优化主桥的设计模型，建立给排水、电气专业模型。项目采用BIM与设计深度融合的方式推进，在初步设计阶段，对照桥梁的梁、拱、吊杆等重要构件定位原则进行桥梁模型优化，以达到相互校核的目的。初设阶段主桥模型见图5。图5 初设阶段主桥模型2.2.3施工图阶段模型建立施工图阶段以L300的精度完善各专业模型，并根据模型编码标准对模型进行编码，以便形成数字化交付成果并传
9、递到施工阶段。施工图阶段桥梁建模与设计图纸同步进行（见图6），各部位完成后进行整合，提前预演施工和安装2722023年第6 期李慧欣：BIM技术在网状吊杆拱桥设计阶段的应用城市道桥与防洪图7 推荐方案（拱脚正位、K型风撑）图6 施工图阶段桥梁拱梁结合段模型流程，复核设计参数，保障设计质量。3 BIM 应用(a）拱脚正位、X型风撑3.1方案阶段模型应用在方案阶段开展了场地分析、方案比选和优化方案漫游、BIM+GIS方案的可视化展示等应用。对地形进行分析，辅助选线及优化线位；对水源保护区进行分析，辅助水源保护设计；对主桥样式进行比选，对主拱方案进行比选；对项目方案进行漫游模拟，开展方案汇报等工作；
10、将BIM模型与GIS基础数据进行集成，并在三维场景中进行展示。3.1.1场地分析场地分析是在设计初期根据勘察、实景测量结果，对建设范围内的地形地貌、周边环境进行数字化三维建模，从而获取详细的数据信息；对工程改迁、环境影响、建设难点、建成后的效果进行评估，有效协调工程建设与现有条件的关系，减少对环境的影响，节约建设成本，从而为后续的设计工程打下基础。利用建成的数字地形模型，辅助进行地形高程分析、选址唯一性论证、一级水源保护区分析等，并结合GIS数据，对线位与周边环境的影响进行分析。3.1.2方案比选与优化本项目投资高、社会影响大，设计方案的优劣对工程建设的成功有重大影响。因此，在方案阶段，往往要
11、求从可行性、经济性、安全环保要求、运营要求、与周边环境的协调度等多方面对多方案设计进行比选，以确定关键节点技术方案，争取达到“技术先进、经济合理、安全环保”的综合要求。本项目在方案阶段开展了拱脚位置比选、拱布置比选及风撑方案比选，方案模型见图7、图8。3.1.3方案漫游对项目方案进行漫游模拟（见图9），对项目场景、景观进行全方位展示，开展方案汇报等工作。3.1.4BIM+GIS方案展示通过BIM软件构建主体专业模型，以GIS为底(b）拱脚斜位、X型风撑图8 比选方案三视角图9 方案漫游视频座，以BIM+GIS的方式展示设计方案（见图1 0）,辅助设计汇报，方便各方快速理解方案，提高汇报效率和质
12、量。图1 0 BIM+GIS展示3.2初设阶段模型应用在初设阶段开展了碰撞检查、方案优化、吊杆定位优化、吊杆间距确定、三维可视化方案展示、施工方案模拟等应用。各专业间初步设计成果碰撞检查发现多处管线与桥梁结构发生碰撞，基于三维模型对设计成果进行检查优化，发现吊杆间距较小、管线实际埋深不足等问题。根据BIM模型为设计提供吊杆位置优化方案。3.2.1BIM与设计方案动态深化在初设阶段，对部分关键位置和构造进行深化建模。由于桥梁结构复杂，拱脚、拱轴、局部坐标系定位的准确关乎整个项目,BIM与设计紧密连接,采用相同的定位标准进行模型深化，动态调整，严格保证图模一致性。273城市道桥与防洪3.2.2吊杆
13、设计优化（1)吊杆定位及核实：本项目为网状吊杆拱桥，桥型新颖，结构复杂。采用BIM模型针对拱上每根吊杆坐标进行复核，得到模型与设计计算差值，复核吊杆定位准确性。复核结果见表2。表2 吊杆定位及核实位置Y1X10.024拱上误差-0.0230.037梁上误差0.000（2)吊杆间距反馈设计：本项目吊杆空间位置复杂，仅用二维图纸很难计算吊杆间距，判断吊杆是否有碰撞以及如何调整。采用CATIA软件批量测量吊杆间距并导出，判断出桥梁小桩号侧第1 对吊杆间距较小，内外进行调换后可增大间距。将结果反馈设计进行复核，对吊杆位置进行更新调整。3.2.3模型碰撞检查基于BIM模型的空间碰撞检查可以大大提高冲突检
14、查的效率和质量，完成设计图纸范围内各种平面布置和竖向高程相协调的三维协同设计工作，事前对图纸设计错误进行预警并修正，避免因设计错误传递到施工阶段而导致的投资增加与工期延误所造成的经济损失。本项目共检出碰撞8 处，有效提高了项目设计质量。3.2.4道路界限复核根据BIM模型复核主桥范围内主桥及二层慢行系统是否满足规范净空要求。根据设计要求，净空规定如下：主桥机动车道不小于4.5 m；主桥慢行系统不小于2.5 m；二层慢行系统不小于2.5 m。由于项目空间关系复杂，难以通过选择特定测点进行界限复核，因此，建立净空虚拟模型，通过虚拟模型与桥梁的碰撞检查进行界限复核。3.2.5施工方案模拟为缩短断交时
15、间，本项目提出“立体化协同改造，建造期间少断交的施工方案。利用BIM进行施工方案模拟（见图1 1），清晰地表达了各施工阶段的工作内容，便于汇报、沟通与决策。3.3施工图阶段模型应用在施工图阶段开展了图纸复核、专业综合等应用。利用自研软件VDBIM进行模型集成，基于三维模型对设计成果进行检查优化，将各专业模型进行李慧欣：BIM技术在网状吊杆拱桥设计阶段的应用单位：mmZ10.4813.568-0.481-3.5670.0540.0560.000-0.0372023年第6 期图1 1 利用BIM模拟施工方案集成，检查专业间的协调性。将本项目设计阶段的数据文档、建筑信息模型移交给业主单位，传递至施工
16、阶段。3.3.1图纸复核建立各专业BIM模型，利用BIM的可视化优势检查在传统设计过程中难以发现的各专业设计内容不协调问题，并根据所发现的问题对设计方案进行优化，提升工程设计质量。本项目共发现图纸问题7 处，包括图纸表达错误导致的吊点与吊杆位置不吻合、防撞栏与吊杆局部碰撞等问题（见图1 2），保障了项目质量及工期。图1 2 图纸复核3.3.2专业综合对本项目的各专业施工图模型及现状模型进行综合整合，汇总查看。3.3.3虚拟仿真漫游虚拟仿真漫游主要是利用BIM软件来模拟结构与建筑物的三维空间关系和场景，通过漫游、动画的形式提供身临其境的视觉、空间感受（见图1 3）,及时发现不易察觉的设计缺陷或问题，减少由于事先规划不周全而造成的损失，方便设计与管理人员对设计方案进行辅助设计和设计评审。图1 3 VDBIM虚拟仿真漫游3.3.4数字化交付本工程交付内容包括信息模型、报告文档、图片及视频格式，保证设计阶段数据完整传递到下一阶段。（下转第2 7 8 页）274城市道桥与防洪郑曼：自平衡法在大直径钻孔灌注桩检测中的应用研究2023年第6 期16.008/mm12.809.606.4073.200
