摘要：本文以非对称钢拱桥工程为例，分别阐述BIM技术在工程设计、施工和运营三个阶段的应用要点，并结合实际案例，重点分析BIM技术在施工场地模拟、拱脚构造设计、吊装结构模拟与碰撞检测中的应用方法。力求通过本文研究，使特殊结构桥梁设计更加科学，有效克服设计难点，使BIM技术的作用与价值得到充分发挥。

关键词：桥梁施工;非对称钢拱桥;BIM技术

引言：在国内经济建设中，桥梁工程的重要性不言而喻，加上科技的飞速发展，BIM技术作为现代模型构建技术，在桥梁施工中发挥着关键作用。非对称钢拱桥作为特殊形式的桥梁，与常规桥梁相比施工难度较大，可将BIM技术应用到设计、施工、运营等阶段，对施工场地进行模拟，开展碰撞检测等工作，分析施工期间可能遇到的问题，使施工质量得到保障，

1 BIM技术在桥梁工程各阶段的应用要点

1.1设计阶段

桥梁工程结构设计较为复杂，BIM技术的应用为可视化设计提供极大便利。与以往设计模式相比，BIM在三维模型基础上确定桥式方案，与设计图纸相结合深化三维建模，还可借助BIM软件检验设计冲突，自动生成分析报告，在正式施工之前发现设计问题，使设计方案得到及时修正，再次建模和检测，直到设计问题全部得到解决。在整个设计优化期间，BIM参数化设计使方案修改更加便利，在不断的修正和优化中，最终获得最佳设计方案。

1.2施工阶段

桥梁工程预制构件数量较多，施工难度较大。通过BIM技术的应用可在施工前动态模拟施工方案，对施工流程、进度、资源利用等进行综合分析，及时发现问题并采取优化措施。同时，BIM的应用还可使传统施工的被动控制变为主动，有效减少施工问题发生，为现场管理工作提供便利。值得强调的是，可视化施工适用于施工过程的实时指导，使工人更加全面的理解工艺流程、协作方案，有效避免安全隐患的发生[1]。

1.3运营阶段

桥梁工程运营管理和养护对工程寿命、安全性具有直接影响。在传统运营管理中，因管理手段落后，缺乏安全隐患预警、突发事件应变能力，使运营管理始终处于被动状态，效率较低。在BIM技术引入后，创建完善的BIM模型，将管理信息纳入模型中，便于运营人员随时查阅，还设置了远程监控系统，可实时采集现场数据，制定科学可行的管理方法，变被动管理为主动，确保桥梁的健康运营。

2 BIM技术在非对称钢拱桥设计中的应用措施

2.1工程概况

以某桥梁项目为例，因该桥所处城市经济发展速度加快，交通流量逐年增长，加上桥梁投入使用年限较长，经常出现拥堵情况，需要对其进行改良。新建桥梨奥为非对称钢拱桥，跨径为176m，拱高为50m，桥面宽度在22.5—23.2m之间，纵桥向支座间距为170m，横桥支座间距为18m，主拱采用八边形钢箱拱，主梁为分离式双箱系梁。整个桥梁共有24对吊索，吊杆上下锚点的距离分别为4m和6m，将BIM技术引入项目中，依靠三维技术提高设计效果。

2.2施工场地模拟

拱桥施工操作相对复杂，不同区域交叉作业，很容易在现场出现碰撞事故。在施工期间，因钢拱、钢梁等预构件体积较大，在运输与存储期间容易出现许多问题，需要反复确认构件的进场时间、吊装时间等信息，以免影响施工效率与安全。通过BIM技术的应用，可对施工场地进行模拟，对材料、运输路线、存储位置等合理布设，科学指导施工方案，结合工程实际绘制Revit模型结构图。将现场箱梁、钢拱存放区设置在桥台后侧，借助三维模拟图对运输线路、仓储位置等科学布设，使材料运输一步到位，促进施工准确性极大提升。

2.3拱脚构造设计

该项目的拱脚由拱梁结合点、拱墩结合点构成，主拱在桥面处断开，桥面上方和系梁构成下承式钢拱桥，桥面下方与桥墩连接，顺着悬挑人行道外侧布置。主拱的拱脚处出现空间扭曲，构造较为复杂，采用Rhino中的NURBS曲线功能，创建拱脚空间模型，可将拱脚处的结构与桥墩冲突相结合，使设计方案得以优化。在方案明确后，由Rhino中导出拱墩结合位置的dxf格式文件，辅助设计者进行图像绘制。在构造设计中，主拱采用八边形断面，系梁为矩形断面。在焊接位置，系梁内部设置竖向支撑板，由顶板穿到底板，主拱轴力变换成系梁拉力、支座反力[2]。因主板与加劲板的设置较为复杂，可创建全板件拱脚三维模型，根据剖面图可获得准确的二维构造图，经过人工补充标记后便可生成图纸。在拱脚受力情况分析中，依靠三维模型探究ANSYS局部受力情况，根据计算结果可知，该项目中拱梁结合位置的应力均低于200MPa。

2.4吊装结构模拟

在临时吊装结构模拟中，利用钢管立柱支架开展钢拱施工，先安装北侧钢拱，利用履带吊进行吊装合龙，拱肋合龙完毕后，以焊接的方式固定两侧拱肋，再在拱肋之间用拉索确保横向稳定。将拱肋的安装支架去除后，先由跨中拱脚开始循序渐进的拆除，依靠BIM技术在Revit内创建支架、钢构桥等临时构件。在正式施工之前，在拱外南北两端创建钢构桥，为履带吊车运行提供便捷通道，并在拱节段南北位置分别搭建12根临时支架，将上述临时构件均导入模型中，使构件模型得以完善。通过BIM技术的应用，对机械走位、施工工序进行动态模拟，可将整个施工流程信息完整展现出来。在拱节段施工中，依靠起重机将存储区的钢拱阶段吊装到运输车上，再运输到指定的施工地点。在起吊期间，先将拱节段提高到一定高度，利用千斤绳调整拱节段的位置，确保竖转到设计倾角，在吊装到指定地点后，在对安装位置进行调整和校正。在主梁吊装模拟中，采用贝雷梁支架法，因钢梁在横纵向都有分段，横向各段均设置钢梁支架，并利用Revit创建构件模型。利用运架一体机进行钢梁运输和现场架设，再用履带起重机将钢梁由存储点吊放到一体机上，由一体机将其运送到安装位置。在到达指定位置后，先将梁块初步对位，在确定安装位置满足要求后，再安装连接螺栓，将一体机撤除。

2.5碰撞检测

在桥梁施工期间，应采用BIM技术对场地设施、施工机械、设备与主体间进行碰撞检测，根据检测结果判断工程构件之间是否存在冲突。该项目借助Navisworks软件对不同碰撞类型进行模拟，获取碰撞测试结果。对外倾拱脚进行检验时，结合施工需求，将其分成主体结构件、主体与临时构建间的碰撞检验。将Revit模型利用Navisworks插入模块中，利用ClashDetetive对导入模块进行特征值定义，以模块刚度、强度、疲劳极限等方面为主。结合非对称外倾拱桥工程特点可知，桥梁南北侧拱肋朝着两侧倾斜，在设计时应合理布设拱肋位置，避免产生结构碰撞。依靠Navisworks对拱肋和挖空区进行检测，判断二者是否存在碰撞冲突。根据测试结果可知，二者间尚存较大的安全距离，没有碰撞情况发生，意味着这两部分设计较为合理[3]。

结束语：综上所述，在非对称钢拱桥项目中，BIM技术的应用可创建桥梁仿真模型，通过施工场地模拟、拱脚构造设计、吊装结构模拟与碰撞检测等方式，对施工场地与全过程进行模拟，依靠碰撞试验的方式进行工程设计与优化，使BIM技术优势在工程设计、施工和运营等阶段得到充分发挥，与传统设计模式相比更加便捷高效，有助于工程施工顺利开展，对提高桥梁施工质量、延长使用寿命具有重要意义。

参考文献

[1]陈莎莎.基于BIM技术的钢桁架拱桥设计及信息管理研究[D].西南交通大学，2021.

[2]王家启.BIM技术在特大型钢管拱桥建设中的研究和应用[J].建设科技，2019（11）：2.

[3]李明军，刘彬，赵连政.基于BIM技术的钢结构拱桥设计与应用[J].工程建设，2020，52（9）：5.