BIM 技术在桥梁结构与施工工艺精细设计中的应用研究

1 引言

桥梁工程作为交通基础设施的重要组成部分，其结构复杂且施工难度高。传统的设计与施工方法在面对大型、复杂桥梁工程时，逐渐暴露出信息传递不畅、设计精度不足、施工管理困难等问题。随着建筑信息模型（BIM）技术的出现与发展，为桥梁结构与施工工艺的精细设计提供了新的解决方案。BIM 技术通过创建三维可视化模型，集成项目的各类信息，实现数据的全面共享与协同工作，能够显著提升桥梁设计与施工的质量和效率。因此，深入研究 BIM 技术在桥梁结构与施工工艺精细设计中的应用具有重要的现实意义。

2 BIM 技术在桥梁结构精细设计中的应用

2.1 参数化建模

在桥梁结构设计中，参数化建模是 BIM 技术的重要应用之一。设计师利用BIM 软件建立桥梁的三维参数化模型，通过定义桥梁的几何参数，如桥塔高度、跨径、桥面宽度等，以及结构参数，如材料强度、截面尺寸等，实现模型的快速生成和修改。在设计中，若需要调整桥塔的形状或跨径，只需修改相应的参数，模型即可自动更新，大大提高了设计效率。同时，参数化建模还能够保证模型的准确性和一致性，减少人为误差。

2.2 结构分析与优化

BIM 技术可以与结构分析软件深度融合，为桥梁结构分析提供更准确的数据支持。在桥梁设计过程中，设计师将 BIM 模型导入结构分析软件中，进行载荷分析、抗震分析等。通过参数化设计，设计师可以在 BIM 环境中快速调整结构参数，如截面尺寸、材料特性等，自动生成优化方案。例如，在某大型混凝土连续箱梁桥设计中，利用 BIM 技术与有限元分析软件结合，对桥梁结构进行形态优化与材料分布优化。在满足承载力要求的前提下，实现了材料的高效利用，降低了工程造价。

2.3 可视化设计表达

可视化是 BIM 技术的一大优势，在桥梁结构设计中能够直观展现桥梁的总体布置与细部特征。通过构建三维模型，设计师可以清晰地展示钢箱梁加劲肋、组合梁连接件、正交异性桥面板等复杂构件的细节，使各方人员更好地理解设计方案。

2.4 碰撞检测

在桥梁结构设计中，碰撞检测是确保结构安全性和可施工性的重要环节。BIM 系统中的 Navisworks 软件含有对桥梁三维模型碰撞点进行检查的模块。在某钢结构桥梁设计中，设计师利用该模块对预制 T 型梁进行碰撞检查，检查的部位为预应力管道和钢筋。软件最终显示碰撞检查结果，为设计师改进施工方案提供参考意见。通过碰撞检测，能够提前发现结构之间的冲突，避免在施工过程中出现返工和整改的情况，节约时间和成本。

3 BIM 技术在桥梁施工工艺精细设计中的应用

3.1 施工模拟与规划

BIM 技术可以实现桥梁施工过程的 4D 模拟，将三维模型与施工进度计划进行动态关联，创建虚拟施工场景。在大型桥梁工程施工前，项目团队利用BIM 技术对施工过程进行模拟，精确到小时级别。通过模拟各施工工序的顺序、机械设备的运动路径以及人员的作业流程，对施工中存在的瓶颈环节进行预判。施工模拟还可以帮助项目团队制定科学合理的施工方案，优化施工流程，减少施工风险。

3.2 施工进度管理

基于 BIM 的 4D 技术，项目团队可以对桥梁施工进度进行动态管理和控制。在施工过程中，将实际进度数据与 BIM 模型中的计划进度进行对比分析，及时发现进度偏差并调整计划。利用 Synchro 4D 施工进度管理软件，不仅能进行施工规划和模拟，还可以估算项目工程量，协调项目人员、材料和设备，并进行动态控制。通过实时更新施工现场的数据，提供实际进度与计划进度的对比分析，确保工期的如期完成。

3.3 施工质量控制

BIM 技术凭借其三维可视化与数据集成能力，可以有效解决施工过程中的质量问题。基于 BIM 的施工质量管理可以通过 5D 模型（即三维模型加上时间和成本信息），对材料的进场验收、储存管理及安装精度进行精确记录与追踪，确保每个施工步骤均可溯源。在钢束安装过程中，BIM 模型可以将实际安装位置与设计图纸进行对比，检测安装精度，及时发现问题并进行调整。此外，BIM 信息管理平台还支持多方协同，通过云端数据共享，设计方、监理方和施工方能够同步审查施工质量，减少沟通误差和信息滞后，提高质量控制的及时性和有效性。

4 BIM 技术应用中存在的问题与展望

4.1 存在的问题

4.1.1 技术标准与规范问题

虽然部分 BIM 技术标准与规范已经制定和推广，但针对桥梁工程建设的行业技术标准和规范几乎是空白。这导致在不同项目之间，BIM 模型的数据格式、分类方法和信息交互流程难以统一，影响了BIM 技术的广泛应用和成果共享。

4.1.2 软件与建模问题

现有 BIM 软件多是针对建筑领域开发的，其建模方式和设计方法与桥梁工程的特点不完全匹配。这导致在桥梁 BIM 应用中，需要花费大量时间和精力进行模型调整和优化，降低了工作效率。同时，桥梁构件参数化族库缺乏，桥梁族构件的获取、过滤与编辑尚缺乏良好的办法，复杂桥型模型建立现有步骤繁琐，且模型参数化程度较低，缺乏有效的联动性。

4.1.3 应用深度与广度问题

目前，国内 BIM 技术在桥梁工程中的应用案例相对较少，且主要集中在三维模拟、碰撞分析等功能上，未能深入应用于桥梁设计的全过程。相关的实践经验还不够丰富，设计单位和施工单位在应用 BIM 技术时可能遇到一些未知的问题和挑战。

4.2 展望

随着技术的不断进步和应用的持续深化，BIM 技术必将在我国桥梁工程领域发挥更加重要的作用。未来，应加强桥梁工程 BIM 技术标准和规范的制定，推动软件的本地化和专业化发展，提高 BIM 技术在桥梁设计和施工中的应用深度和广度。此外，还可以探索 BIM 技术与物联网、云计算、大数据等新技术的融合应用，进一步提升桥梁工程的设计、施工和运营管理水平，推动桥梁工程向智能化、精细化方向迈进。

5 结论

BIM 技术在桥梁结构与施工工艺精细设计中具有显著的应用优势。通过参数化建模、结构分析与优化、可视化设计表达、碰撞检测等方面的应用，能够提高桥梁结构设计的准确性和效率；在施工工艺精细设计中，通过施工模拟与规划、施工进度管理和施工质量控制等应用，能够提升桥梁施工的质量和效率，降低成本和风险。然而，BIM 技术在桥梁工程中的应用还面临一些问题和挑战，需要进一步加以解决。未来，随着技术的不断发展和完善，BIM 技术将在桥梁工程领域发挥更大的作用，推动桥梁工程行业的可持续发展。

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基金项目：“ 福建省中青年教师教育科研项目资助”（项目编号：JAT241215）

作者简介：张硕，男，汉族，吉林长春人，1997 年2 月，研究方向：智能建造技术。职称：讲师 学历： 硕士研究生。