BIM 技術(shù)在景觀橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

張 澤，劉 軍

（青島市市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，山東 青島266000）

1 工程概況

柏果樹河5號橋位于青島市西海岸新區(qū)柏果樹河上游。該工程為萬達(dá)外景地市政配套項(xiàng)目。橋址西臨萬達(dá)外景地一期、二期工程，東臨萬達(dá)攝影棚，遠(yuǎn)期人流量大、景觀需求高。結(jié)合周邊地塊性質(zhì)，橋梁方案采用景觀橋，與周邊建筑相互呼應(yīng)。景觀橋梁節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，為確保工程順利推進(jìn)，該工程采用BIM技術(shù)開展設(shè)計(jì)工作。圖1為橋梁效果圖。

圖1 橋梁效果圖

5號橋梁全長85m，橋?qū)?9.4m，上部結(jié)構(gòu)為三跨現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，下部結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土橋墩、片石混凝土橋臺。1#橋墩處設(shè)鋼結(jié)構(gòu)環(huán)形索塔一座，索塔由內(nèi)拱、外拱組成，傾角75°，內(nèi)外拱由翼板連接，索塔單側(cè)設(shè)置6根拉索。

2 BIM技術(shù)應(yīng)用

應(yīng)用BIM技術(shù)建立橋梁及附屬設(shè)施的三維信息模型，進(jìn)行方案優(yōu)化設(shè)計(jì)、可視化展示、施工方案模擬等工作，從而指導(dǎo)設(shè)計(jì)人員深化設(shè)計(jì)，為施工階段提供技術(shù)支撐[1-3]。

在該工程中運(yùn)用BIM技術(shù)的優(yōu)勢：

（1）通過BIM模型展示效果，便于各方充分理解設(shè)計(jì)意圖，提高溝通效率。

（2）通過BIM模型碰撞檢查及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷，減少設(shè)計(jì)成果后期變更。

（3）通過BIM模型工程量統(tǒng)計(jì)，對設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行復(fù)核，合理把控工程總造價(jià)。

采用多個(gè)軟件協(xié)同工作建立模型，將模型導(dǎo)入數(shù)據(jù)平臺整合，查看三維模型及屬性，便于分析計(jì)算；進(jìn)行方案比選、漫游、動(dòng)畫制作、施工工序模擬等工作，將BIM模型用途最大化，為后續(xù)施工及運(yùn)維中的BIM應(yīng)用打下基礎(chǔ)。表1為軟件應(yīng)用表。

表1 軟件應(yīng)用表

3 方案優(yōu)化

方案設(shè)計(jì)階段存在跨徑布置不合理、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)超大超深、重要節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)缺失等問題，通過BIM模型，對橋跨布置、墩柱形式、拱肋節(jié)點(diǎn)等進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。圖2為尺寸優(yōu)化圖。

圖2 尺寸優(yōu)化圖

3.1 橋跨布置

原方案橋跨布置采用10.7+11.8+45+17.5=85（m），邊跨跨徑/中跨跨徑=0.39，跨徑布置不合理。由文獻(xiàn)[4]可知，橋梁的邊跨跨徑/中跨跨徑的比值約為0.5～0.7。

對橋跨進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整后，采用22.5+40+22.5=85（m），減少墩臺數(shù)量，節(jié)省投資。

3.2 墩柱形式

原方案橋臺、墩柱及拱肋共6處，數(shù)量多且零亂。景觀效果差又不利于河道的泄洪，過多的墩臺數(shù)量導(dǎo)致基礎(chǔ)體量較大，使下部結(jié)構(gòu)基坑開挖面積大大增加。綜上可知，原方案下部結(jié)構(gòu)造價(jià)成本較高。

通過跨徑調(diào)整盡量減少墩臺數(shù)量。在拱肋內(nèi)側(cè)增設(shè)牛腳，將上部結(jié)構(gòu)荷載通過支座傳至拱腳基礎(chǔ)，1#橋墩與拱肋合并，最終優(yōu)化墩臺數(shù)量共4處。

3.3 節(jié)點(diǎn)優(yōu)化

原方案缺失鋼結(jié)構(gòu)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，結(jié)合橋跨布置及墩臺形式，對拱肋、牛腿、拱腳等鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行BIM建模。通過三維模型指導(dǎo)施工圖紙的繪制，對復(fù)雜節(jié)點(diǎn)進(jìn)行細(xì)部設(shè)計(jì)。

4 BIM設(shè)計(jì)過程

4.1 REVIT

運(yùn)用REVIT對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行分解，建立異形橋梁復(fù)雜構(gòu)件，組成BIM族庫，將復(fù)雜結(jié)構(gòu)作為參數(shù)化族載入到項(xiàng)目中。自建族庫不僅能豐富企業(yè)現(xiàn)有族庫，還有利于后期模型的整合、修改，以及方案比選。圖3為橋梁構(gòu)件圖。

圖3 橋梁構(gòu)件圖

橋面混凝土箱梁放樣輪廓為參數(shù)化輪廓，適用于多種混凝土箱梁的輪廓繪制；索塔內(nèi)外拱由兩個(gè)半橢圓構(gòu)成，與橋體呈75°夾角，通過放樣融合命令完成外部輪廓的建模；在三維場景下分析拉索擺放位置，從而確定拉索角度，指導(dǎo)耳板建模。圖4為參數(shù)化輪廓族示意圖，圖5為放樣融合路徑圖，圖6為整合完成示意圖。

圖4 參數(shù)化輪廓族示意圖

圖5 放樣融合路徑圖

圖6 整合完成示意圖

4.2 RHINO

利用RHINO進(jìn)行碰撞檢查，由于REVIT鋼筋配置沒有鋼束這一項(xiàng)，先在已有模型中配置鋼筋，再導(dǎo)入RHINO建立預(yù)應(yīng)力波紋管，通過觀察對鋼筋鋼束進(jìn)行碰撞檢查。鋼束建成能夠直觀反映出問題，及時(shí)調(diào)整，減少后期設(shè)計(jì)變更。較傳統(tǒng)設(shè)計(jì)能更直觀地分析設(shè)計(jì)中存在的問題，RHINO模型也可再導(dǎo)入REVIT中實(shí)現(xiàn)模型交互。圖7為鋼筋鋼束碰撞檢查示意圖。

圖7 鋼筋鋼束碰撞檢查示意圖

4.3 MIDAS

利用MIDAS進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算，在滿足設(shè)計(jì)方案合理的同時(shí)，在受力分析上進(jìn)行設(shè)計(jì)方案調(diào)整。通過三維模型對拉索進(jìn)行觀察并結(jié)合MIDAS分析耳板三向受力情況，保證橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。圖8為耳板受力分析圖。

圖8 耳板受力分析圖

4.4 NAVISWORKS

將BIM模型導(dǎo)入NAVISWORKS中進(jìn)行模擬施工工序，模擬各時(shí)段橋梁構(gòu)建的拼裝過程。利用真實(shí)效果第三人漫游，展現(xiàn)人眼視角中人與橋梁的碰撞問題。圖9為欄桿與鋼拱碰撞示意圖。

在Animator下制作動(dòng)畫，按照實(shí)際工序模擬施工過程，最終導(dǎo)出動(dòng)畫，指導(dǎo)施工。檢查時(shí)間、空間是否協(xié)調(diào)，及早發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，避免因失誤而造成的巨大代價(jià)。

4.5 LUMION

圖9 欄桿與鋼拱碰撞示意圖

添加周邊環(huán)境及特效，從多角度直觀分析橋梁多種涂裝展示效果；利用視頻動(dòng)畫全面、清晰地展示多種亮化設(shè)計(jì)方案。通過對橋梁不同材質(zhì)賦予和夜景燈光配合，多方案比選出最適宜的橋梁設(shè)計(jì)方案。最終方案選用純白色鋼拱、七彩燈光效果，造型簡約時(shí)尚、符合周邊設(shè)施配套。LUMION的動(dòng)態(tài)漫游效果即時(shí)性好，大大提高了漫游質(zhì)量，節(jié)約了時(shí)間成本。圖10為夜景示意圖。

圖10 夜景示意圖

5 結(jié)語

在市政配套景觀橋梁的設(shè)計(jì)中，人流量大、景觀需求高的區(qū)域應(yīng)著重景觀效果的展現(xiàn)，運(yùn)用BIM技術(shù)能夠提高對橋梁細(xì)部設(shè)計(jì)的研究，從而展現(xiàn)最優(yōu)整體效果。

在該工程中，運(yùn)用BIM技術(shù)包括以下幾個(gè)方面：

（1）實(shí)現(xiàn)了多軟件全過程協(xié)同設(shè)計(jì)，創(chuàng)建了異形景觀橋梁BIM構(gòu)件族庫。

（2）利用BIM設(shè)計(jì)完成碰撞檢查，最大程度地優(yōu)化、完善方案。

（3）通過BIM技術(shù)對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行多角度地展示匯報(bào)，便于領(lǐng)導(dǎo)決策。

（4）對于異形鋼結(jié)構(gòu)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)進(jìn)行三維展示，能夠直觀準(zhǔn)確指導(dǎo)現(xiàn)場施工。