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摘要：由于BIM技术在大跨度斜塔桥梁设计中的应用具有一定优势，既能减少设计工作量，查漏补缺，还能满足桥梁结构的稳定性、抗震性、抗裂性要求，确保大跨度斜拉桥梁设计科学合理。所以，在大跨度桥梁结构设计中可以积极使用BIM技术，借助BIM技术措施优化结构设计。当然，除了BIM技术，大跨度斜拉桥梁设计还有其他技术手段，可以积极的应用研究以促进大跨度斜拉桥梁设计技术水平的不断提高。本文介绍BIM技术和大跨度斜拉桥梁特点，论述BIM技术在大跨度斜拉桥梁设计中的应用。
关键词：BIM技术；大跨度斜拉桥；设计
目前大跨度斜拉桥设计建设过程中存在的工作量大、时间长且成本消耗大等问题。在实际应用过程中，由于族库构件模型众多，设计人员很难实现准确性的有效控制，为此，设计人员应根据工程建设的实际情况选择具有应用效率的软件，从而简化二维或三维构件模型的生成。此外，BIM技术应用不仅实现了桥梁各部分构件的真实模拟，还为设计人员提供了构件调整的平台。这样一来，设计人员只要结合工程所处的实际情况就能大幅度提高设计应用的有效性。这是满足大跨度斜拉桥建设使用安全性、耐久性的重要课题内容，相关人员应将其作为重点研究对象，以作用于实践。
一、大跨度斜拉桥梁特点
斜拉桥组成主要包括主梁、斜拉索、塔柱等，是一种用若干高强的拉索将主梁斜拉在塔柱上，使主梁受到一个向上的弹性支承的反力，从而保持跨越性良好、结构稳定的桥梁结构型式。斜拉索的使用，可以很好的增强桥梁的跨越能力。斜拉桥具有良好的跨越性，且造型优美、成本低、力学性能好，在大跨度桥梁中扮演着重要角色，目前已经成为大跨度桥梁的主要桥梁型式。由于大跨度桥梁的跨径一般较大，车桥共振效果明显，为了确保使用安全，进行结构设计时必须考虑抗震抗风等问题。在设计前，可以通用的桥梁结构建立空间杆系有限元程序模型，分析和计算结构的动力特性，为桥梁设计提供可靠的依据。基于这样的考量，大跨度斜拉桥结构设计要以桥梁的空间有限元模型为基础，分析主梁的截面型式、桥面系材料及墩柱的位置等各项参数对桥梁结构动力特性的影响，并利用BIM技术建立主梁、索塔、墩柱、全桥的模型，进行各专业碰撞和设计，查漏补缺，优化桥梁设计，以满足大跨度斜拉桥设计需求。
二、大跨度斜拉桥设计中应用BIM技术优势分析
BIM技术应用于大跨度斜拉桥的优势，主要体现在基于核心建模软件ＲevitStructure建立的构件族库。具体来说，大跨度斜拉桥构件族库的建立，不仅能够实现工程信息化模型的完整性，还能在设计过程中通过计算机技术减少工作量。由于计算机技术的精确性，使大跨度斜拉桥设计误差得到了有效控制。这种情况，BIM技术的应用成功解决了大跨度斜拉桥梁工程建模水平和速度不高问题。此外，BIM技术的应用还能通过斜拉桥的信息化模型导出对应的二维施工设计图纸，进而生成三维图纸。这样一来，就能对存在问题的图纸进行自动修改，从而节省大跨度斜拉桥设计施工的时间。值得注意的是，基于BIM技术的大跨度斜拉桥设计还能减少以往设计方法造成的原材料浪费问题，从而大幅度降低大跨度斜拉桥施工建设的造价成本。为此，相关建设人员应将该技术内容、应用方式重视起来，并通过不断优化其应用，以适应市场经济发展对大跨度斜拉桥施工建设提出的安全稳定性要求。
三、案例分析BIM技术在某大跨度斜拉桥梁设计中的应用
1、工程背景。泰东高速公路项目某合同段，全长4145.5m。其中，桥梁全长3916m，引道长229.5m。桥梁由东向西的桥跨组成为：济平干渠东侧接线引桥采用13×30米预应力混凝土连续梁，跨济平干渠桥采用65+120+65米预应力混凝土连续梁，滩内引桥采用20×50+9×51米预应力混凝土连续梁桥，主桥采用180+430+180米双塔单索面组合梁斜拉桥，跨大堤桥采用2×180米连续钢桁梁桥，堤外接线引桥采用22×30米预应力混凝土连续梁。桥梁设计汽车荷载：公路-Ⅰ级，道路行驶时速设定为120km/h。这里只针对主桥分析应用。
2、BIM模型建立。根据自己接触建筑建模软件经验和便于操作角度看，建模软件选用最常用的Rhino、Revit系列软件。Revit在建筑、结构、暖通、电气等各行各业在同一个模型中互相深化，互相参考，共同优化，对建筑在资源节约整合方面可视化极强。但是个人感觉在方案设计阶段并不适合使用，它更适合方案都敲定得差不多，开始详细建模，然后顺带着平立剖图纸都相应的出来了，施工图也跟着出来了，在后期出图方面还是很不错的。Rhino对曲线、面等编辑能力有着强大功能，打开曲线控制点就可以自由调整曲线空间的造型，rebuild命令用来对一个已存在的曲线重塑（增加或简化控制点数，调整阶数），join，trim曲线等等，简直你能够想到的方式rhino中应有尽有，Rhino让面的生成方式也是各式各样，十分方便。针对本工程的主桥部分有曲面的造型设计，所以方案根据软件特点来实施方案，Rhino建模，差不多了就把rhino导进Revit里面，赋予模型各部分信息，然后在做最后的细化调整，细化建模，顺带出图。Revit软件有基础群的样板文件，功能齐全、适用，便于输入桥梁相关参数信息，建立基础族库，能满足该大跨度斜拉桥梁工程的建模需求。下面从大跨度斜拉桥梁结构组成入手，分别论述了桥梁基础、主梁、索塔、墩柱、全桥的建模方式。
1）桥梁基础：根据地质报告提供的地质情况桥梁基础采用摩擦桩和嵌岩桩两种桩基形式，全桥桩基共583根（直径1.5米桩8根、直径1.8米桩319根、直径2.0米桩132根、直径2.2米桩124根），穿过的地质覆盖层为粉土、粉质粘土、强风化石灰岩、中风化石灰岩等，从软件系统中提取需要的基础群样板文件，将该大跨度斜拉桥梁基础的所有信息输入其中，具体包括各个墩台基础的尺寸、标高、材料类型等参数。根据这些参数建立桥梁基础的BIM模型，生成平面、立面视图，利用可视化的设计图检查模型的形状是否正确，是否需要修改，针对隐蔽工程特别是溶洞方面一些不可预估的情况作出提前预判。
2）主梁：斜拉桥主梁采用闭合箱型钢-混组合梁，单箱三室断面，全宽35.5m，悬臂长4.75m，中央拉索锚固区宽2.5m，截面中心梁高3.45m。主梁由底板、边腹板、中腹板、横隔板、挑梁及顶板通过焊接形成钢构架，其上架设预制砼桥面板，现浇混凝土湿接缝，与钢梁上的剪力钉形成整体，组成闭合箱型钢-混组合梁。全桥钢箱梁总长789.0米，共划分为101个梁段，九种类型：标准梁段80个，合龙段1段，特殊梁段20段，各梁段之间采用工地现场焊接形成整体。标准梁段重约101.86t，最大重量约为159.90t。进行BIM模型建立时要注意钢锚梁、钢牛腿、预埋钢板的准确位置。还要注意整体安装拼接的处理。
3）索塔：索塔的BIM模型具体分为下塔柱、中塔柱、上塔柱、钢锚梁四种。在中下塔柱模型建立上，由于该桥梁索塔设计比较复杂，索塔模型建立难度较大，中下塔柱处于变截面结构的主要部位，三个方面都是变化的，要想确保建立的模型符合实际情况，必须选好建模样板。Revit软件系统中自带的样板不能满足需要，所以使用公制常规模型建立样板进行下塔柱模型建立。在上塔柱模型建立上，要注意塔尖处截面变化部位和横梁地方；在钢锚梁模型建立时，要充分考虑斜拉索。斜拉索是大跨度斜拉桥梁的主要组成部分，桥梁的重力和活荷载都是通过斜拉索传递到塔柱上，必须确保其强度设计、布置形式设计合理。为此，建立钢锚梁模型时要考虑斜拉索传导过来的力。此外，斜拉桥梁一般都设有人孔，以便今后的使用维护。该桥梁的人孔设置在索塔顶部、塔柱与横梁相交部位，利用Revit软件建立人孔模型，为人孔设计和做法提供参考。
4）墩柱：该桥梁承台上部墩柱部位为空心结构，在建立墩柱的BIM模型前，先利用Revit软件建立一个墩柱的空心截面，利用拉伸功能使之达到墩柱构件的实际高度，形成墩柱模型。同时，对构造细部进行精细的处理，特别是边角部位。
3、可视化设计图。得到关于桥梁的全桥模型后，各专业基于这一可视化的设计图进行碰撞设计，查漏补缺，并对设计图进行调整，以确保设计方案的科学性和合理性。这样的设计方法，便于设计修改工作的进行，不必一一修改，节省了时间，优化了设计成果。之后，利用Revit软件系统的导出功能将设计图导出，格式为二维图纸，供设计人员使用。
四、BIM技术应用存在的问题以及对策
1、BIM技术应用存在的问题
1）设计单位想要实现BIM技术的高效应用，必须对当前的设计习惯进行改变，但是新技术应用的发展必须循序渐进，如何掌握好其中的平衡就成了设计人员必须面对的问题。
2）在桥梁建设领域，各个环节的发展存在不平衡的情况。想要最大程度发挥三维数字化优势，还需要整个行业的共同努力。
2、BIM技术应用对策
1）加强BIM团队的建设。BIM技术的应用贯穿于工程的整个生命周期，但是当前阶段的BIM应用仍旧局限在施工阶段。因此，在大跨度斜拉桥的BIM应用应该要渗透到从设计到管理养护的方方面面，建立完善的BIM团队，促进BIM技术的全面应用。
2）明确BIM标准。在桥梁建设领域，BIM技术的应用仍旧存在许多问题，模型的质量以及精度缺乏统一的标准。对此，在BIM的应用中应该编制BIM建模标准，为模型的建立提供有效的指导，提升BIM模型的质量。
通过BIM技术的应用能够获取项目相关的大量信息，服务于建设项目的设计、安装以及运营的整个生命周期，实现生产效率、生产质量的提升，同时还能实现对成本的有效控制。在桥梁设计的过程中，应用BIM技术可以实现其结构的可视化，为设计的优化提供便利，降低项目建设的风险。
参考文献
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