BIM技术在桥梁专业的应用案例赏析

福厦高铁位于福建省沿海地区，北起福州市，途经莆田市、泉州市，南至厦门市和漳州市，该线既可构建京福厦高速铁路客运通道，也是东南沿海铁路客运通道的重要组成部分。该项目是福建省进一步加快经济社会发展的重要工程，也是加快福建省沿海新型城镇化建设、推进路地协同发展的示范工程，有利于增强海西经济区辐射力和对台吸引力，强化福建省对外高速客运网，并在促进沿线城市开发、路网建设中发挥突出作用。

福厦高铁全线总长277.8.km，其中桥梁占比达65.3%。全线桥梁在常规路段广泛采用通用结构以提高标准化和工程效益，在跨海、跨河、立交路段则根据工程条件采用形式各异的特殊大跨桥梁结构，这为BIM技术的应用提供了丰富的场景。从设计到施工，工程参与方积极探索BIM技术的应用范围，在标准结构构件库的建设、复杂桥梁的参数化建模、结构仿真分析、景观优化、可视化交底、施工模拟、工程进度控制、软件开发、标准实施等诸多方面取得了丰硕成果，积累了宝贵的经验。

福厦高铁全线桥梁种类多样复杂，包含大跨度复杂斜拉桥，拱桥，钢桁梁，连续刚构，T构，常规三跨连续梁以及道岔、渡线、多跨等特殊连续梁，标准以及非标简支梁；桥墩、桥台、承台、桩基础等诸多桥梁结构。 桥梁专业 特殊结构多位于曲线线路上，曲线造型结构较多。

基于参数化、模块化设计思路，运用Revit进行桥涵BIM精细化建模，建立高速铁路桥梁构件库以及各种特殊结构桥梁，基于线路模型进行参数化装配集成，从而实现BIM技术在桥梁设计、施工阶段的应用。

采用通用图选型的设计思路进行模块化设计，前期建立一套自适应族库，包含标准梁、桥墩、桥台、基础、涵洞等，设计建模过程中仅需调用并修改参数，再进行基于线路模型的装配。

项目围绕Dynamo For Revit可视化编程技术，攻关研发了一系列建模工具插件，充分利用桥梁设计计算软件的成果数据，进行参数化BIM设计，在拱桥、斜拉桥等复杂桥梁以及曲线结构桥梁的设计建模过程中发挥了较大作用。

（1）墩台及基础

福厦高铁区间正线墩高小于20m的桥墩采用流线形圆端型实体桥墩，墩高20～26m采用斜坡实体桥墩，墩高大于26m采用圆端型空心墩。正线、联络线及动走线均采用矩形空心桥台，基础主要采用桩基础。针对上述结构均建立了参数化构件库，见图2.1（1）（2）。

（2）梁部及附属

正线标准简支梁采用《时速350公里客运专线铁路无砟轨道后张法预应力混凝土简支箱梁》【通桥（2016）2322A】。简支梁建模，利用公制结构框架-梁和支撑标准构件族样板创建简支梁的构件族。具体步骤为：新建一个族，选择公制结构框架-梁和支撑，定义有助于控制对象可见性的族的子类别；布局有助于绘制构件几何图形的参照平面，添加尺寸标注以指定参数化构件几何图形；绘制不同梁段位置横截面形状，拉伸或融合创建实体单元，最后添加材质。32.6m简支梁模型见图2.1（3）。

福厦高铁常见连续梁跨度有（32+48+32）m、（40+56+40）m、（40+64+40）m、（48+80+40）m、（60+100+60）m、（70+125+70）m等。连续梁建模依节段划分，分别创建公制结构框架-梁和支撑构件族；在结构样板项目文件中按照线路依次生成各节段。（70+125+70m）连续梁模型见图2.1（4）。

正线桥面布置、桥面附属等构造，按《客运专线铁路常用跨度梁桥面附属设施》【通桥（2016）8388A】图和《新建铁路福州至厦门铁路 预制装配桥面设施施工图》【福厦施（桥）变-B3】图实施，桥面附属见图2.1（5）。

（3）拱桥

以梅山特大桥的钢管混凝土系杆拱桥为例，拱圈主要构造线为空间曲线，采用Dynamo For Revit可视化编程技术进行BIM设计。

首先建立主梁空间轴线。在获取线路平面的基础上，通过偏移高程值以获得实际线路空间曲线，此曲线即为主梁轴线。

建立拱肋模型时，首先获取线路空间曲线的局部坐标系，根据偏移空间坐标从而获得拱肋的拱轴线；然后建立垂直于拱轴线的平面并赋予拱肋截面以形成拱肋实体模型。

建立横撑模型时，采用拱肋轴线与横撑在主梁上纵向坐标确定的垂直于主梁轴线的平面交点确定空间坐标，横撑之间的杆件通过相对坐标定位并赋予截面，然后通过放样各点的连线生成实体模型。

建立拱桥吊杆时，先确定吊杆在拱肋和主梁中的端点，再通过相对坐标定位并赋予截面特征，最后通过放样各点的连线生成实体模型,见图2.1（6）。

建立拱脚模型时，通过节点形成闭合多边形，然后放样形成实体模型。建立主梁模型时，由梁节段沿主梁轴线装配而成。所有拱桥构件装配可生成完整的拱桥模型，见图2.1（7）。

（4）钢混组合梁斜拉桥

以安海湾特大桥主桥为例，桥跨布置（40+135+300+135+40）m的双塔双索面钢-混结合梁斜拉桥。基于钢混组合梁斜拉桥的结构特点，通过参数化、族库化的技术手段，实现精准、高效的快速化BIM设计。

斜拉桥主要由主梁、桥塔、拉索及 墩台基础 组成。建立梁节段时，以参数化加劲肋板件族为例，首先在Revit公制常规模型中参数化建立板件轮廓，再通过拉伸、融合、旋转、放样等操作建立参数化模型。将各个参数化构件族导入到一个公制常规模型嵌套族中，并进行参数化定位，形成二级参数化横隔板嵌套族。将各个二级参数化嵌套族导入到一个公制常规模型嵌套族中，并进行参数化定位，生成一级参数化主梁节段嵌套族，见图2.1（8），斜拉桥主梁细部构造见图2.1（9）（10）。

建立桥塔模型时，根据桥塔造型划分桥塔节段，并使用公制常规模型样板来建立桥塔构件族，同时拼装成桥塔整体模型，见图2.1（11）。

建立桥墩和基础时，采用公制体量标准构件族，对模型进行参数化设计，以满足不同类型桥墩的要求。

桥梁整体拼装时，根据桥梁平纵面线形，在考虑桥梁纵坡的情况下，拼装各个构件族形成主桥模型，主桥模型与引桥模型装配成全桥模型，见图2.1（12）。

图2.1

2.2 BIM技术服务

桥梁专业沿线模型建立后，与轨道、接触网、声屏障、勘察等专业模型在Navisworks、Infraworks软件中进行整合，形成福厦高铁全线BIM模型。

(1)通过BIM软件完成全线桥梁的BIM模型创建工作，完成结构方案与工程量、图纸联动修改，见图2.2（1）。

(2)建立各连续梁模型，模型的建立及集成顺序符合施工工序要求。模型精度均控制在毫米误差。结合BIM技术的可视化、协调性、模拟性、优化性、可出图性进行数据的分析与提取，见图2.2（2）。

(3)混凝土方量设计方量、BIM建模方量、实际施工方量形成三量对比，精准指导施工现场混凝土浇筑方量，达到节能环保的效果，见图2.2（3）。

(4)核对连续梁预应力钢束布置是否有错漏项；各预应力管道之间是否存在互相干扰（锚具、夹具和连接器）；腹板预应力张拉槽口开口位置是否正确，减少钢筋与锚口碰撞，利用BIM提高施工质量，见图2.2（4）。

(5)优化钢筋布置避让预应力管道安装，精准定位。分析钢筋布置优化混凝土下料管道，实现顶板竖向方向、侧模预置振捣通道及过人孔天窗等进行多孔振捣，提升连续梁浇筑质量，见图2.2（5）。

(6)对连续梁预应力体系进行建模分析，优化挂篮及钢模板对拉孔洞布置位置。杜绝后期施工时碰撞问题发生，见图2.2（6）。

(7)进行钢筋与预应力、梁体预埋件碰撞检查；设计图纸钢筋安装是否满足保护层要求；各钢筋之间搭接错位后是否影响梁体其它构件施工，是否会产生因钢筋密集，导致布设困难进行分析；通过建模模拟观察分析，检查钢筋工程量是否存在错漏项及可优化空间，见图2.2（7）。

(8)可实时提供结构任意角度、任意位置剖面二维施工图，便于施工阶段指导现场施工，见图2.2（8）。

(9)3D建模优化成果可导出PDF模型，导出的模型可使用电脑和手机端查看模型数据、安装部位等关键信息。

(10) 以BIM技术为基础数据源，搭建信息化网络平台，将钢筋加工所发生的业务都纳入平台管理，BIM人员通过建立精确化模型，提供准确的钢筋数据，现场人员根据现场排产情况进行下料订单，配送中心根据订单要求及BIM数据安排内部综合生产及管理，见图2.2（9）。