钢桁架桥梁BIM设计与应用

刘成林

（重庆对外建设集团有限公司，重庆 401121）

钢桁架桥梁是我国较为主要的桥梁类型之一，一般是借助短小的构件拼接、连接所构成的。在钢桁架桥梁设计时，需要考虑每根钢结构的受力性能，以便于满足钢桁架桥梁跨越要求。钢桁架桥梁相比传统桥梁类型来说，更加具备承载力，建设效率非常高，具备一定耐久性，其经济投入相对较少，所以近年来我国钢桁架桥梁建设数量日渐增多。我国全桥梁建设领域也朝着信息化方向发展。为此，必须要在钢桁架桥梁设计以及建设等各个环节，充分运用BIM 技术手段，在促进建设领域信息化发展的基础上，推动钢桁架桥梁建设工作朝着节能化、绿色环保、可持续发展的趋势前进。基于此，该文针对如何在钢桁架桥梁设计应用环节使用BIM 技术进行详细分析。

1 BIM技术内涵概述

BIM 建筑信息模型（Building Information Modeling）是一种信息技术软件，能够借助计算机来实现工程设计、工程建造以及工程管理等内容。构建数字化BIM 参数模型，可以结合多种信息，实现建设项目数据信息共享、传递、交互协作、成本控制、情境虚拟以及可视化等功能，可以在最大程度上降低人力、物力以及财力耗费，提高工程建设效率，缩减工程建设成本[1]。

2 钢桁架桥梁BIM设计与应用的意义

钢桁架桥梁是我国当前最具备稳定性、科学性的桥梁建设类型。随着我国钢桁架桥梁数量日渐增多，钢桁架桥梁相比混凝土桥梁来说更加具有经济性，建设时间相对较短，更加科学合理。钢桁架桥梁设计与建设管理，充分借助BIM 技术手段来实现三维模型，能够有效对钢桁架桥设计的各项内容进行可视化，实现对钢桁架桥梁的生命周期管理。BIM 技术的核心便是支撑全信息的三维模型，该模型涵盖了命周期各项内容的管控基础，第一时间在三维实时模型当中收取各类项目的数据信息，并且将大数据内容进行实时播报更新[2]。BIM 技术当中的钢桁架桥梁模型 还有很多提升的空间，在实际运用之下，要明确各项建设技术差异。在实施钢桁架桥梁同类产品设计时，可以通过批量生产的形式来提升设计效率。BIM 技术中的GPS、DIS定位系统，可以精准地找出钢桁架桥梁设计当中潜在的问题[3]。

3 钢桁架桥梁BIM设计与应用途径

3.1 主桁架建模

主桁架是钢桁架桥梁的重要组成部分，找准助行架的各个节点，才是钢桁架桥梁设计的基础前提。因为主桁架是三维空间的内容，如果借助传统二位空间手段去设计主桁架各个节点存在较大困难。便可以通过CATIA 软件创建筑主桁架，并且生成骨架。这样便可以结合钢桁架桥梁设计的要求明确主桁架，并且精准地对主桁架的各个节点按照力学要求进行定位，为钢桁架桥梁设计打下良好的基础。1）节点生成。主桁架由弦杆、腹杆以及交汇处的节点板构成。主桥路中心线的生成方式相同，通过道路中心线可以获得3 条下弦杆中心线。再与节点段实施分割面相交，就可以批量生成下弦杆定位点，上弦杆定位点也可以通过相同变换获得。2）知识工程列阵。CATIA 软件知识工程列阵是借助内部调用参数、公式、反应、检查以及规则等对象来生成的智能几何模型。几何模型生成一般是面向对象操作的，适用于有规律的几何图形和零件创建，并且可以避免设计人员不必要的劳动。主桁架骨架除了桁架节点、连线之外，还需要创建弦杆和腹杆的起止面。钢桁架桥梁上下桁架中间节点的骨架一般由一点、两点腹杆连线和2 条弦杆连接所构成的。板件截止面是在距离交点一定位置上与连线法相垂直。利用知识工程阵列手段调用用户特征，实现截止面的批量生成，输入桁架设计信息，明确模板文本尺寸，如图1 所示。3）建立产品库。CATIA 软件自带的钢结构模块功能，一般可以结合钢桁架桥梁的实际设计要求，科学合理地进行钢桁架桥梁模型设计。结合用户特征、文档模板组成，结合用户特征，针对必要的构件属性如长、宽、厚、体积、材质等特定进行输出，构建出单元桁架模型并生成桁架单元结构，如图2 所示。文档模板是CATIA的一个重要模块，适用于大部分钢结构部件设计，其能够结合不同参数、不同批量产品进行钢桁架桥梁结构设计。

3.2 碰撞检查

钢桁架桥梁钢桁架一般需要在工厂当中进行预制拼装，并且需要检验钢桁架是否存在连接、碰撞等问题。在钢桁架桥梁节段与节段之间弦杆、腹杆、桥面板等均需要对接焊透，部分需要高强度螺栓连接，并且对于板件、孔位的位置进行严谨的设计。针对边桁来说，边桁是钢桁架桥梁最外面的侧节点，与上弦杆、腹杆、上横联等位置相连接。最为外侧的节点，借助边桁手段可以加强钢桁架桥梁结构支撑，并且与上横联的连接进行节点连接。由于内侧节点板内倾斜度为8°，上横联也与垂直面存在一定角度，因此钢桁架桥梁耳板位置很容易出现偏差。某钢桁架桥梁在设计阶段，通过建模发现，耳板与上横联连接存在2 处问题，即0.9°位置偏差、30 mm 位移偏差，直接影响了耳板焊接的精准性，所以需要针对钢桁架桥梁边桁设计进行整改。那么在整改的过程中，就可以借助三维建模的形式，针对钢桁架桥梁设计当中连接、碰撞等问题进行科学合理的调整。

图1 文档模板尺寸简图

图2 桁架单元模型

3.3 工程量计算

工程量计算是确保钢桁架桥梁建设的根本，影响着施工造价的精准性和施工作业计划编制，也是钢桁架桥梁施工建设的重要依据。因为钢桁架桥梁的异形板材相对较多，借助传统的工程量计算手段进行工程量计算，很容易出现工程量计算偏差，并且统计内容烦琐、统计数量烦琐。那么便可以在主桥建设完毕之后，借助软件自带的编辑器针对各项设计内容进行二次开发，并且完成对零件参数的信息提取，对钢桁架桥梁各个部件进行快速计算。因为在钢桁架桥梁设计过程中，便针对各个钢桁架桥梁构件、部位构建出了三维模拟图形，而且对各项环节钢桁架桥梁构件尺寸、形状等数据都进行了明确的参数指定。为此便可以借助BIM 技术，将各个环节的桁架、构件进行数据统计分析，借助BIM技术当中的计算手段，对各项工程量内容进行详细计算。

4 结语

总的来说，为了确保钢桁架桥梁的质量，需要在钢桁架桥梁设计和应用过程当中使用BIM 技术手段。在实际开展BIM 技术使用的过程中，需要明确BIM 技术的使用意义，充分借助BIM 技术手段，在钢桁架桥梁设计、建设等领域当中科学合理运用。结合当地的气候环境、地质情况制定出科学合理的钢桁架桥梁设计方案，对各项钢桁架桥梁构件进行设计。细化主桁架建模设计，对主桁架各项建设内容进行明确。结合钢桁架桥梁设计的实际要求，严格开展主桁架建模、碰撞检查、预拼装模拟以及工程量计算，充分展现出BIM 技术的优越性，保障钢桁架桥梁设计与应用的科学性与严谨性，促进我国钢桁架桥梁设计建设的科学性、合理性。