把桥梁设计还给设计师——公路桥梁标准化智能设计BIM系统

“未来不会是一个大鱼吃小鱼的世界，而是游得快的鱼会吃掉游得慢的鱼。这意味着，迅速拥抱新技术的公司和企业家会成为赢家。”2016年世界经济论坛执行主席施瓦布说。

BIM正向设计亟待破题

“BIM正向设计”概念中有一种说法：把计算机能做的交给计算机，把设计还给设计师。国内BIM软件设计正在朝着这个方向逼近。

2017年底，交通运输部发布《关于推进公路水运工程应用BIM技术的指导意见》指出，到2020年，公路水运行业主要设计单位具备运用BIM技术设计的能力，BIM平台研发有效推进，并在技术复杂项目中利用BIM技术进行项目管理。交通行业数字化将对勘察设计带来前所未有的变革，研发具有自主知识产权的BIM正向设计软件迫在眉睫。

但直至2021年，用于交通行业的BIM正向设计系统绝大多数本质上仍是“翻模”和“展示”，应用水平并未取得显著进步。

通观我国公路桥梁设计，设计师凭借二维设计资料开展工作，对项目所在地的地形、地质等情况无法全面了解，容易出现桥梁布设不合理、和周围环境不协调、和其他构造物相冲突等现象，造成反复修改，差、错、漏、碰等问题频频出现。再者，常规跨径桥梁结构在不同项目中重复出现的构造设计及图纸绘制也占据了设计师大量时间。

经过几年的发展，交通领域BIM技术水平得到了大幅提升，产生了很多优秀的应用成果。但受目前设计软件功能所限，加之桥梁结构构件较多且较为复杂，使得桥梁专业BIM设计软件工作效率普遍偏低，多数仍依靠设计师手工建模，交通行业数字化赋能还任重道远。可以说，迄今市场上尚未开发出有效、专业的桥梁设计软件，导致设计工作效率低、周期长，未发挥出BIM设计本应带来的优势，BIM正向设计难以推广。

标准化与自动化的融合

2020年12月，陕西省交通规划设计研究院有限公司将60余年来积累的经验、设计方法和专业成果，应用到日常生产工作中，形成公司规范统一的设计图纸成果，并编制了《标准化设计工作大纲》，要求在路线交叉、路基路面、桥梁等8个专业开展公路工程标准化设计工作，大大提高了工作效率。

半年后，其中心工作方向定位为开展交通基础设施 BIM+GIS 技术及相关数字化技术应用研究，这催生了标准化与自动化高度融合的可能。

在国家政策和设计单位的迫切需求催生出一个完美的契机下，陕西院融合标准化、参数化设计理念，研发《公路桥梁标准化智能设计BIM系统》。将BIM技术与公路桥梁专业多年积累的设计经验及标准化设计相结合，依靠内置通用图、标准数据库和专家经验库，在三维真实场景中完成桥梁设计建模，即刻联动下部结构静、动力计算，一键生成设计图纸并向下游专业导出BIM模型，完成整个设计流程。使用该系统进行常规跨径桥梁设计将从根本上弥补二维设计欠直观、精确的缺陷。同时，设计、计算、出图一气呵成，真正实现桥梁BIM正向设计。

数字化的极大优势

科幻小说作家阿西莫夫说，创新是科学房屋的生命力。而创新的基础，一是新概念的指导，二是新方法的突破。

“2020年6月19日，国内最长钢板与混凝土组合梁桥，连接陕南革命老区的西镇高速公路关键控制性工程——全长12.04公里的泾洋河特大桥顺利合龙，标志着我国艰险山区桥梁建设的科研与施工取得重大突破。”随着《新闻联播》等栏目对西镇泾洋河特大桥的一系列新闻报道，陕西院自主研发设计的35米、45米双钢板混凝土组合梁，作为推进公路钢结构桥梁建设的一项重大关键技术成果，逐渐进入人们视野。

钢板梁精确模型直接调用

BIM系统将上述钢板-混凝土组合梁桥上部通用图作为自主知识产权的成套产品进行了参数化，方便用户设计时直接调用，从而快速完成上部结构设计，进而高效地将科技成果在市场中打包推广应用，促成科技成果转化的实现。

系统功能实现及运行构架部署

三维模型立竿见影

借助三维地模，设计师能更加直观地进行桥梁布孔和墩台设计，并实时进行三维显示及修改，同时自动更新二维图纸表达，直观、便捷、响应迅速。值得一提的是，采用“智能方案”功能，可实现在三维地模中自动快速布孔，并实时调整方案，即时打印桥型布置图以供方案决策。

在真实地形模型中进行三维布孔

系统自动进行细部构件三维设计

“一模两用”：即刻联动

桥梁下部静、动力计算

众所周知，桥梁下部结构受力分析一直是设计难点之一，原因有三：一是结构计算对设计师的力学理论知识与软件建模能力要求较高；二是在设计周期普遍较短的情况下，难以实现对桥梁进行逐墩静、动力计算，对于下部尺寸及配筋的拟定大多依靠固有经验；三是因桥梁动力特性的复杂性，使得桥梁抗震作为一种动力分析，其算法、流程较为繁琐，其理解、操作难度较大，导致抗震计算在某些常规桥梁设计过程中并未得到充分重视。

为方便设计师对桥梁下部结构进行必要的静、动力分析,系统实现了设计与计算的即可联动。只需在系统中输入相关抗震参数,实现从设计出图模型到下部计算模型的转化，从而省去专为计算再次建模的重复性工作，并可逐墩出具计算书，为设计提供依据和理论支持。

桥梁下部实时优化

系统实现了桥梁下部结构尺寸及配筋的动态优化，即在系统中初拟的构件尺寸及其配筋，可直接导入计算模块中进行详细验算。用户可通过查询相关计算结果图表或查看承载力富余度等手段，在满足规范要求的基础上进一步进行构件尺寸及配筋的实时修改，从而实现最优设计，最大程度地降低工程造价。

“一键出图”：

大幅降低设计师工作量

系统在《组合梁坐标高程放样图》等图纸的自动绘制方面，展现出数字化的极大优势。为满足钢厂进行构件预制精细化要求，钢板梁设计需手动量取众多放样点的坐标及高程，不仅工作量大且易错，系统大大减少了设计师的手工劳动，并提高了数据的精准性。另外，在《全桥工程数量表》的自动合计方面，系统也兼具快速与准确性。

系统产业化愿景

“产业化”是指某种产业在市场经济条件下，以行业需求为导向，以实现效益为目标，依靠专业服务和质量管理，形成的系列化和品牌化的经营方式和组织形式。

本系统主要依托多年桥梁设计经验及承担的重大关键项目成果进行桥梁BIM正向设计研发，结合现有专业知识成果及国内勘察设计行业BIM设计需求，联合国内软件公司，研发出的系统既能紧密贴合生产一线要求，又能满足目前行业推进公路BIM技术应用的需求，极具应用前景，市场前景广阔。

产品推出后，将依托现有市场优势进行推广，对所有产品服务进行统一策划、宣传，以及销售活动方案实施。系统可在全国与600+家设计院客户保持着高黏度的交流，为形成《公路桥梁标准化智能设计BIM系统》应用生态圈奠定基础，全面迈进商业化。

本文刊载 / 《BIM视界》杂志

2022年 第3期 总第22期

作者 / 赵昕

作者单位 / 陕西省交通规划设计研究院有限公司

编辑 / 李诗韵

美编 / 赵雯

责编 / 周洋

审校 / 李天颖 裴小吟 廖玲

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