bim技术的建筑，BIM技术在建筑结构设计中的运用

摘要:bim技术，即建筑信息模型，以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型的建立，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息［1］。科技的发展推动了BIM虚拟技术的进步，给建筑结构设计的颜色搭配、规划提供了新的可能性。本文结合实际情况以及在建筑结构设计中运用该技术的经验，对建筑结构设计中的BIM虚拟技术进行探讨，增强结构设计的合理性。

关键词:BIM技术;建筑结构;设计;运用

建筑的结构设计是整个建筑设计方案的基础，其核心是根据不同的质量要求与使用性能设计合理的结构体系。BIM虚拟技术能够将建筑设计中的材料、成本、工期以及节点等数据进行整合，减少建筑设计中的工作量，提高设计效率。

1BIM虚拟技术的概念

BIM虚拟技术是指改变原本用图纸表达建筑物的方式，采用三维模型动态进行展示。不论是工程庞大的摩天大楼，还是镶嵌于地下管网的螺丝钉［2］，都能够利用BIM模型进行虚拟展示，可以达到与实际场景完全符合的精确度。另外，从开始的设计阶段、施工阶段到最后的拆除与改造，这些阶段的数据都能使用BIM虚拟技术保存下来，在以后的工作中能够通过对这些保存数据的分析与挖掘，得出对建设有利的经验。BIM虚拟技术的应用范围已经在逐渐扩大，不仅仅是建筑施工工程，还有道路修筑、桥梁修建等基础工程以及城市排水系统。另一方面，BIM技术还能够为人民的日程生活提供便利。例如利用BIM虚拟模型能够预测降雨情况与流向。

2BIM技术在建筑结构设计中应用的特点

2．1可视性

传统的施工过程中一般用纸质图纸即2D进行查看bim技术的建筑，这种方式存在很大的弊端，图纸中相关构件的位置、信息还有空间关系等不能得到很好的描述，不能准确、清晰地将这些信息展现出来。可视化展示技术能够将建筑与水暖等各方面的BIM模型更直观、更清晰地展示出来。另外，设计方案的应用情况也能一目了然。不仅能够提高建筑设计的效率，还能将建筑构架与组成完美、立体地呈现出来。施工单位也可以更加直观、清晰地理解设计者的设计意图及设计理念，将此作为确定、商酌施工方案的依据，降低返工率，节约成本。

2．2协调性

在建筑的设计与施工各项关键性环节中，整体的协调性非常重要。只有完美的协调才能实现各个环节互相配合，减少建筑设计过程中因为沟通不足造成的冲突与麻烦。BIM技术能够通过协调数据检测出建筑设计中与其他环节不协调的数据，缩短人工查找的时间，提高查找效率，减少不协调造成的额外工作量与返工率。

2．3模拟性

BIM技术不仅能够对建筑这种具体存在的实物进行模拟，还能对抽象的、非真实存在的事物进行模拟。利用BIM技术对建筑设计中有必要进行模拟的环节与事物进行模拟展示，甚至能模拟整个施工过程。设计师能够根据施工时遇到的具体问题进行合理的改进与方案指导。另外，还能对工程造价及成本、紧急情况的处理方案进行模拟，从而使得建筑设计更加直观，为设计方案提供行之有效的建议。

2．4优化性

BIM技术能够对建筑设计方案进行优化处理，BIM模型中包含的几何、物理、规格等信息都是实际存在的，当数据过于复杂超越了设计人员能够完全掌握的程度时，就需要借助高科技技术与智能设备进行数据处理。BIM技术能够利用配套工具对比较复杂的项目方案进行优化处理。

3BIM技术在建筑结构设计中的运用

3．1设计前期的模拟设计

BIM技术能够根据设计构建出一个虚拟模型。因此，在设计前期，可以利用该技术对施工过程、具体内容、方法以及紧急情况的应用措施进行模拟，能够在施工前就发现设计中存在的弊端与不合理的地方，及时更改，减少返工率，提高建筑效率。另外，还可以进行招标与投标方案的模拟、施工现场模拟、分项工程模拟等，找出其中的漏洞，优化方案，节约建筑成本，保证工期。

3．2设计动态的控制

在实际的施工中，BIM技术的动态模型能够跟踪施工进度，对材料使用以及施工方法及时进行调整，并将实际使用的材料总量与计划进行对比，及时反馈信息给设计人员及管理人员。据有关部门的统计，在施工过程中，不科学的设计与施工方案给整个工程造成的损失能达到十分之一至五分之一，眼前的损失尚且如此，潜在的危害更是不可估量。BIM技术的应用能够对施工全程进行跟踪管理，将全部的设计环节都控制在合理范围内。

3．3可持续性设计

BIM技术能够对建筑进行可持续设计。例如考证含金量排行榜，利用配备软件对建筑物所处地理位置及周围环境进行综合分析，包括地质情况、岩石类型等，还能模拟自然环境与噪声、阳光、阴影等，这些分析结果对于建筑设计具有极大的参考价值。设计人员将这些信息与当地的人文。经济发展等进行综合考虑，能够有效解决建筑方与业主、业主与业主间的矛盾等现实问题。

3．4BIM技术在建筑结构设计中运用的前景

BIM技术的应用虽然已经取得了一些成效，但是与应用时间较早的发达国家相比还有一定的差距。该技术的应用需要得到政府的认可与重视，并制定相关的支持政策与约束制度，促使相关部门制定应用标准。同时加大投资力度，鼓励建筑企业应用到建筑设计及其他环节中去。只有着手应用，才能看到该技术的效果。

4促进

BIM在建筑结构设计中运用的途径完善数据统计。虽然BIM技术中的数据库所包含的技术数据已经十分详细，但仍然存在一些漏洞，有些数据统计不甚完全。不仅要完善相关数据，还要对接EPR系统，建立一个完善的信息平台;优化施工模拟。BIM应用质量提高的一个重要途径就是优化施工模拟技术。充分利用BIM软件里的各种信息bim技术的建筑，BIM技术在建筑结构设计中的运用，将施工与设计方案进行对比、优化，制定出完善的方案。另外，该过程中必将用到多项技术，要保证每项技术都是先进、可行的;培养技术人才。人才的培养关系着能否将BIM虚拟技术的作用发挥到最大。BIM技术的应用已经越来越广泛，应该采取切实可靠的措施来储备科技人才。具体措施包括:严格审查技术资格;签订长期服务协议;完善培训纪律;建立沟通平台。

5结语

BIM技术是近年来新兴的计算机技术，能够应用到多种行业中去。在建筑设计中的应用只是冰山一角，只有将该技术与其他的智能技术结合到一起，才能将BIM技术的作用发挥到最大化，最大限度地获得经济效益。本文从BIM技术在建筑结构设计中的运用以及促进BIM在建筑结构设计中运用的途径进行分析，希望能够为行业人员提供一些参考。

bim桥，预应力连续刚构桥梁BIM精细化建模实例

?预应力连续刚构桥梁BIM精细化建模实例预应力连续刚构桥梁BIM精细化建模实例

曾绍武1,张学钢1,张林2,李季晖2,王安东1

(1.陕西铁路工程职业技术学院道桥工程系,陕西渭南；2.中铁一局集团有限公司,西安)

摘要：桥梁BIM模型构建技术是运用BIM建模软件建立参数化3D、4D乃至nD桥梁BIM模型,运用信息模型基础数据为桥梁全生命周期服务,为参与桥梁建设各方提供信息化交流平台,为实现建设对象可视化、施工进度控制动态化、信息数据采集智能化提供技术支持。以湖润1号大桥的3D、4D模型构建为例,阐述采用构建大桥模型全过程,提出一种桥梁BIM模型精细化构建的方法与思路。

关键词：预应力连续刚构桥；BIM；模型构建；精细化；方法

中国中铁、中国铁建、中交集团等正全面宣传和贯彻落实精细化管理，BIM三维模型与管理平台的应用成为各集团公司推行精细化管理的一项重要举措[1-3]。笔者作为湖润1号大桥BIM建模与驻场技术服务负责人，结合湖润1号大桥的工程特点，运用进行精细化模型构建研究探索与实践。桥梁BIM模型构建技术是运用BIM建模软件建立参数化3D、4D乃至nD桥梁BIM模型，运用信息模型基础数据为桥梁全生命周期服务，为参与桥梁建设各方提供信息化交流平台，为实现建设对象可视化、施工进度控制动态化、信息数据采集智能化提供技术支持[4-5]。以湖润1号大桥的3D、4D模型构建为例，阐述采用构建大桥模型全过程，提出一种桥梁BIM模型精细化构建的方法与思路，以供同行参考与借鉴。

1概述1.1湖润1号大桥概况

广西崇左至靖西高速公路六-2标位于百色市靖西县湖润镇境内，起讫桩号+600-K114+850，主线全长4.25km。湖润1号大桥是该标段控制性工程之一，位于湖润镇坡州村，全长496m，跨径为3×40m+(78+140+78)m+2×40m。主桥设计为3跨预应力连续刚构，引桥为40m标准T梁，主墩设计为变截面空心薄壁双肢墩，大部分桥墩高度都超过50m，最高5号墩达97m，主跨140m，属高墩大跨结构，图1为建设中的湖润1号大桥[6]。

图1建设中的湖润1号大桥

1.2运用BIM技术的必要性

湖润1号大桥为该标段控制性工程，具有以下特性：

(1)周边地形地貌复杂，山岭陡峭，便道崎岖；

(2)高墩大跨连续刚构桥，主墩、主梁均为变截面空心形式，结构构造复杂；

(3)三向预应力结构，预应力线形分布范围广，钢筋众多，普通钢筋与预应力管道纵横交错；

(4)控制性工程，合同工期紧，施工进度压力大。

鉴于此，施工中将带来钢筋、混凝土等材料的进场、周转困难，水平、垂直运输量大，图纸复杂识读困难，向工人技术交底有挑战，管道精准预留定位繁琐，钢筋与管道冲突频现，钢筋加工绑扎任务重，施工进度难以控制等问题。

针对以上问题，研究湖润1号大桥BIM模型的建立，寻求BIM技术解决方案，确保大桥施工质量、安全和进度很有必要[6]。

系列软件构建桥梁模型的优势2.软件操作界面简介

构建桥梁模型主要运用到新建项目创建一个项目文件以及新建族创建一组在项目中使用的自定义构件。新建项目文件操作界面如图2所示，软件菜单的一级目录功能菜单主要包括：建筑、结构、系统、插入、注释、分析、体量和场地、协作、视图、管理、附加模块、修改。桥梁建模过程中主要使用的结构模块功能有柱命令生成桩基承台，钢筋命令绘制钢筋，构件命令放置桥墩、梁。插入模块功能有导入CAD命令、载入族命令，分别可以实现平面CAD图纸导入与外部新建族文件的载入。视图模块可以实现三维视图切换功能，用户界面可以调出属性和项目浏览器等栏目，以便查看属性和在实现结构平面、立面中东北西南之间快捷转换。修改模块可以实现对齐、镜像、平移、旋转、修剪、阵列等基本操作。

图全桥项目操作界面

新建族文件操作界面如图3所示，软件菜单的一级目录功能菜单主要包括：创建、插入、注释、视图、管理、附加模块、修改。建立桥梁构件族时主要使用创建模块功能中的拉伸、融合、旋转、放样、放样融合以及空心拉伸、空心融合、空心旋转、空心放样、空心放样融合十大命令生成复杂的桥梁构件族，另外，还用到属性命令定义族类别，其他功能模块使用的命令与项目文件介绍的基本一致。

图号块族操作界面

2.构建桥梁模型的优势分析

采用软件建立桥梁三维BIM模型，构建完整的钢筋、混凝土数据信息系统，运用BIM施工管理平台进行信息化集成[7-9]，3D状态下推演施工方案，4D状态下进行施工进度、计划管理，获取各施工节段的材料工程数量、几何尺寸信息、相对参考坐标，成为施工管理人员准确把握施工现场的得力助手，主要体现在以下几个方面。

(1)强大的建族功能确保建模精、确、快

采用系列软件，以建族方式精确生成截面变化复杂的空心桥墩、梁体以及预应力管道等，按实际施工顺序和桥梁构件变化规律，建立参数化的桥墩节段、连续梁节段族，实现快速准确生成各个构件，建模效率高。

(2)操作界面友好，易于上手

是在基础上开发的三维建模软件，软件的操作与CAD有部分相通相似，容易理解软件的菜单命令，便于施工企业初学者操作上手，有利于技术成果的应用与推广[10]。

(3)良好的三维显示效果

对电脑配置要求高，三维动态画面效果好，钢筋、预应力管道清晰可见，可以实时动态高精度加载显示模型，三维技术交底模型实体逼真，交底效率高。

(4)优良的数据互通性

与均为基础性开发平台，可以和同类或者下游软件进行数据互通，除了能够导入、进行碰撞检查、三维漫游动画制作、施工进度动态管理外，还能导入并应用达索、鲁班等软件的后方平台，甚至导入中进行力学分析与计算[11-12]。

(5)全生命周期管理

湖润1号大桥三维模型应用可以贯穿整个工程生命周期，从可行性研究到设计阶段，从施工企业招投标策划到竣工验收结算阶段，甚至延伸到运用维护管理阶段。BIM模型的动态数据管理属性便于桥梁工程全生命周期的业务应用[13-14]。

(6)自带工程量计算功能，方便易用

桥梁模型的建立、属性信息的输入、工程数量的查询提取均符合工程技术人员操作习惯并方便易用。自带混凝土方量点击查询功能，以及钢筋明细表提取功能，快捷简单。同时可以实现施工进度模拟优化、碰撞检查、三维漫游动画制作、工程量分计和统计。

鉴于以上优势，采用建立桥梁模型解决湖润1号大桥施工中的问题是可行的。

2.构建桥梁模型主要步骤简介

构建桥梁模型的主要步骤如图4、图5所示。

图4全桥三维模型构建流程

图5T梁三维模型构建流程

图4所构建的全桥三维模型仅包含混凝土信息，不包含钢筋、预应力信息，图5所示的T梁三维模型包含混凝土、钢筋、预应力管道三者的信息。

3精细化构建桥梁三维模型的实施

湖润1号大桥钢筋数量多，钢筋信息量大，软件轻量化显示功能有限，无法实现桥梁所有构件的钢筋、预应力管道信息集成，因此模型构建工作分4部分组成：素混凝土整体桥梁模型构建；桩基、承台、桥墩、盖梁钢筋混凝土模型构建；连续梁各施工块段钢筋预应力管道模型构建；T梁钢筋预应力管道模型构建。实际混凝土浇筑过程也是分块进行的，因此分块构建模型对后期BIM模型数据信息的采集与应用影响不大[15-16]。

3.1湖润1号大桥混凝土整体模型构建

大桥整体模型构建思路：严格按照施工图1∶1建模，按照桩基中心位置定平面位置，按照各承台顶高程定参照高程，建族实现各变截面空心桥墩(包括盖梁、支座垫石等)、变截面连续箱梁以及各T梁的精准建模，将族文件导入并安放在正确的位置，实现整个桥梁的模型的组装构建。

(1)桩基承台混凝土模型构建

在项目中，首先根据施工图承台顶面高程在南立面创建各高程面，并对应命名为某桥墩或桥台承台顶，作为各自墩台模型构建参照高程面，如图6所示水平线即为南立面显示的各承台顶高程面。

图6承台顶面高程

根据图纸提供的桩基中心坐标，用CAD画出具体桩位布置平面图，并提前将墩台底部、承台位置与桩基固定，导入到不同的高程面上，实现精确定位高程、平面位置。以各自承台顶面作为参考高程，按各根桩的直径、位置和高程控制，采用结构柱命令生成各基桩，共52根。根据导入的桩基承台平面布置图，按照施工图提供的承台垫层具体尺寸位置高程及厚度，按方形柱的形式生成所有承台垫层，同理生成承台。

(2)桥墩桥台混凝土模型构建

根据图纸几何尺寸结构分别建立0～8号桥墩或桥台的族文件，随后分别导入第二步建立的结构构造项目里，安放在正确的位置和高程处。空心或者异形结构需要按照施工图变化规律分块段建族，类似构件的可以通过参数化建族生成。如图7(a)、图7(d)所示为部分墩台模型。

图创建的桥墩、桥台、0号块模型

(3)T梁混凝土模型构建

桥墩桥台混凝土模型一般沿竖向逐节构建，而T梁混凝土模型则是沿水平分段构建。根据施工图40m标准T梁分中跨中梁、中跨左边梁、中跨右边梁、边跨中梁、边跨左边梁、边跨右边梁6种基本参数族，每片T梁的细微变化处通过调整参数实现快速建模。如图8所示为中跨中梁模型。

图8中跨中梁模型

(4)连续箱梁混凝土模型构建

连续箱梁根据其特点分为0号块族、1～19号块族以及合龙段族，其中0号块最为复杂，单独建成非参数化族。1～19号块类似，以1号块为例建立参数化族，其他块段通过需该参数生成，同理构件各合龙段族。如图7(b)、图7(c)所示为0号块模型。

0号块是箱梁块段中最复杂的，内部倒角、过人孔等挖空多且变化复杂，严格按照0号块变化规律分19块进行精细化建模，建模后将其三维投影三视图与施工图一一核对，确保计算的混凝土方量的精准，突破0号块的建模难题就突破了连续箱梁建模问题，也就突破了整个桥梁混凝土模型的建立，最后将各构件族导入项目内组装成桥，如图9所示。

图9全桥组装效果模型

3.2桩基、承台、桥墩、盖梁钢筋模型构建

梁体中错综复杂的钢筋如何绘制，如何确保其空间位置的准确性是建模过程中的一大难题。主要分两种不同的情形，对应采取不同的措施予以保证。第一种针对结构尺寸规则的承台，首先，绘制钢筋时提前算好最外缘钢筋的保护层厚度，做剖面后按施工图尺寸手动绘制外缘第一层钢筋大样图，并确保其保护层厚度。然后，考虑最外缘的钢筋所占体积，将紧贴第一层钢筋的第二层钢筋绘制在其尺寸轮廓以内，这样钢筋保护层厚度足够，并消除钢筋之间位置的冲突，钢筋就不会乱跑。第二种情形是针对钢筋在变截面区出现钢筋外保护层厚度不够其长度形状有自适应变化现象，此时需要将绘制的钢筋拉出混凝土结构，重新双击钢筋按图纸正确尺寸修改，采用建组命令将钢筋形状固定，最后将钢筋组移动到混凝土结构正确的位置。其中变截面T梁与箱梁钢筋绘制时就会存在第二种情形。

在建族时必须选择族的属性为结构框架，并将族模型导入项目中，才能在混凝土结构中实现钢筋绘制。

绘制时严格按照钢筋形状、直径、长度、间距、位置与型号等信息执行，相同形状钢筋可以通过阵列或者复制生成，不同形状的需要根据钢筋大样图的尺寸手绘，绘制钢筋操作一般在剖面上进行。如图10～图12所示为桩基、承台、桥墩盖梁钢筋模型。

图10盖梁桥墩钢筋模型

图11钢筋模型

图12承台钢筋模型

3.3连续箱梁各块段钢筋、预应力管道模型构建

箱梁为三向预应力结构，其预应力管道分为纵向、横向、竖向，其中纵向预应力管道包括顶板、腹板与底板内的预应力管道。箱梁建模时先在族文件中精确生成带预应力孔道混凝土模型，再将箱梁族文件导入项目中，同时以逐根编号新建各三向预应力管道族，将各管道族导入项目中并对应插入孔道，确保管道线形与孔道线形完全重合，最后绘制钢筋。其他块模型同理构件。图13是严格按照预应力束的线形、位置、束数、管径、分布规律建立三向预应力管道模型。建模后将预应力束模型三视投影图与施工图核对，确保管道在混凝土整体箱梁内的位置完全准确。图14、图15是按照箱梁普通钢筋构造图纸构建的模型，钢筋的形状、型号、直径、间距、尺寸、布置规律与施工图钢筋信息完全一致。最后，形成混凝土构造信息、普通钢筋信息、预应力孔道信息以及预应力管道信息集成的三维信息模型，如图16所示。

图13预应力管道模型

图14箱梁钢筋模型

图15锯齿块钢筋模型

图16钢筋、预应力管道集成的箱梁模型

3.440m标准T梁钢筋、预应力管道模型构建

40m标准T梁模型构建方法与连续箱梁类似，在此不再赘述。以中跨中梁为例，构件40m标准T梁钢筋、预应力管道模型构建步骤如下。

在准确理解40m标准T梁施工图的基础上，其建模的整体思路如下：第一步，以建族形式生成40m标准T梁混凝土实体，主要运用到建族功能中的实心拉伸、放样、融合、放样融合等基本的命令；第二步，在第一步建立三维实体模型族的基础上生成40m标准T梁中的预应力空心孔道，主要运用到建族功能中的空心拉伸、放样、融合、放样融合等基本命令，其中包括梁肋预应力孔道、顶板负弯矩孔道、张拉槽口等；第三步，在第二步新建带预应力孔道40m标准T梁族的基础上将其导入项目中绘制普通钢筋；第四步，按照预应力孔道的尺寸、线形建立预应力管道族，并将预应力管道族导入第三步建立的钢筋混凝土40m标准T梁项目中，管道族一一对应安放到位，确保预应力孔道和预应力管道完全重合，这样就生成带预应力管道、孔道、钢筋的40m标准T梁三维信息模型，如图17、图18所示。

图17钢筋、预应力孔道T梁模型

图18钢筋、预应力管道集成的T梁模型

4四维模型构建探索

在完成三维模型精细化构建的基础上，探索进行四维模型的构建。

4.1四维动态施工进度模拟创建工作流程

结合湖润1号大桥的施工进展，调查分析客观条件，综合考虑工人施工水平、机械设备资源配置、地形地貌特征，将四维模型创建过程与湖润1号大桥施工组织流程紧密关联[17-18]。

首先，进行混凝土方量的精算。桥梁施工管理者控制施工进度过程中往往是以已浇筑的混凝土方量与未浇筑混凝土方量对比值进行总体衡量和控制工程进展的，虽然没有明确指出但是却暗含着钢筋、预应力束、模板等的工程量，混凝土浇筑方量计划与资源配置息息相关。其次，根据混凝土浇筑方量的分施工节段精算结果，进行资源分配，并根据工程经验和客观施工水平进行工作效率的计算，求出桥梁某单项任务所需工作时间。再次，综合考虑逻辑关系和传统施工网络双代号图或者施工进度控制横道图获取整个桥梁工程施工项目的总体进度计划安排。最后，将施工总体进度计划安排跟桥梁BIM模型一一关联，利用的功能模块进行桥梁四维动态施工进度模拟。图19为4D动画模拟截图集。

图19湖润1号大桥4D动画模拟截图集

4.2计算机构建四维动态模型的实施步骤

如4.1所述在充分考虑到四维模型构建与湖润1号大桥的施工进度管理客观情况之间内在联系的基础之上，按以下步骤进行实施：

(1)用版软打开桥梁模型，将其存为NWC格式文件；

(2)用版打开上一步另存的NWC文件；

(3)在中点击模块输入湖润1号大桥总体施工进度计划(图20)，明确各桥梁施工节段的计划开始、计划结束、实际开始、实际结束时间；

(4)在中明确各块段的施工任务的性质，包括建设、拆除或者临时性任务；

(5)将桥梁模型各施工节段实体构件与步骤3输入的进度计划关联；

(6)构建出桥梁四维动态进度模拟动画，并根据工程进展后实际开始时间与实际结束时间不停进行模型的修改和更新[8-10]。

图20施工进度计划输入

5结语

通过湖润1号大桥三维模型的构建，证实采用建族功能实现精确构建高墩大跨连续刚构桥整体三维信息模型方法可行bim桥，同时还可以实现精确构建T梁，箱梁的钢筋、预应力管道三维信息模型，三维显示效果良好。缺陷是钢筋BIM模型所占内存空间过大，湖润1号大桥BIM项目无法将钢筋、预应力管道等所有信息集成到统一的模型中，信息的轻量化以及云工作平台研究是将来建模工作者以及软件开发工作者努力的方向[19-20]。

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中图分类号：U442.5；.72

文献标识码：A

DOI:10./j.issn.1004-2954.2016.02.015

文章编号：1004-2954(2016)02-0071-06

作者简介：曾绍武(1982—)，男，讲师，E-mail：。

基金项目：陕西铁路工程职业技术学院2015年首批科研基金项目计划(2015-16)；2015年度陕西高等教育教学改革研究项目()