基于MicroStation的桥梁工程三维设计技术应用

基于MicroStation的桥梁工程三维设计技术应用

戴玮

摘要：BIM技术在交通基础设施领域的应用方兴未艾，给工程项目带来的巨大价值已经逐步显现。MicroStation作为一款优秀的三维设计平台，以其对基础设施建设良好的契合性与适应性，从而得到了广泛的应用。本文从桥梁工程设计的角度，阐述设计企业基于MicroStation平台的技术应用，以及所创造的价值。

关键词：MicroStation  桥梁工程  三维设计技术

1 前言

随着社会、经济的发展，社会对于桥梁建设的要求不再仅仅满足于其具备基本的使用功能，还要求桥梁成为具有较好的景观效果，能够体现科技与工业发展的成果，在建设过程中实现环境友好与资源的合理配置，因此“跨度大、材料新、结构新颖、技术难度大”成为当前桥梁建设的新特点。

目前桥梁设计普遍采用将结构简化成平面（空间）杆系计算，运用二维三视图技术绘制工程图纸。二维图纸是桥梁设计行业最终交付的设计成果。而对于构造与功能日益复杂的桥梁结构，二维设计就显得力不从心，甚至连一些空间桥梁结构最基本的几何信息也无法完全表达。在这种情况下，三维设计就成为了必然的选择，相对于二维绘图，三维设计不存在几何表达障碍，对任意复杂的结构均能准确表现。采用三维设计，设计人员构思与设计意图直接通过三维形式表现，省去了找各种投影关系所需的时间，使得设计人员的主要工作回归到方案构思与计算分析上，恢复设计师的本来面目，因此采用三维设计技术成为桥梁设计行业发展的必然趋势与规律。

2 关键技术分析

2.1 技术标准的确立

三维设计对于桥梁工程而言是一项新技术的应用与变革，改变了以往的设计模式与内容，将设计文件从线条绘制转换为构件布置，新的技术需要有新的标准来引领与规范。国内有很多组织与机构从各个专业的角度出发正在或准备建立相关的三维设计技术标准与规范，但目前尚未有统一的针对桥梁与公路工程的三维设计行业与国家标准，这一定程度上制约了技术的推广与应用的程度。很多企业各自采用企业标准，这也导致行业中标准不统一，各种设计文件接口不一致，不利于研究成果的共享与互用。

2.2 设计工具的研发

设计工具是提高生产效率的关键，没有工具的辅助，工程师就需要耗费大量的时间去处理本来可以由计算机来完成的工作，也造成了目前很多人认为三维设计比二维设计效率要低下。其实这是因为二维设计已经进行了20多年，形成了一大批优秀的设计工具，给工程师的工作带来的巨大的便利。而目前三维设计技术刚刚兴起，还没有形成统一的设计流程与习惯，这对研发设计工具也带来了较大的困难。

MicroStation为二次开发提供了丰富API与相关接口，从笔者的实际经验出发，MicroStation是一个具有良好的二次开发环境的平台。同时，设计工具的研发不能脱离工作实际去完成，工具的研发必须紧密结合使用者的习惯与行业要求，这就需要开发者要对行业有深刻的理解与设计经验，也不是一家或几家研发企业可以完成的巨大工程，形成一套成熟针对桥梁设计行业的工具集还需要很长时间的

2.3交付方式的改变

三维设计形成的三维模型比二维设计形成的平面图纸具有更大的潜在应用价值，但是如果没有合适的交付方式将这种价值传递至下游环节，不能更好的指导施工，那么将不能完全体现出三维设计技术的优势与特点。

目前采用的平、立、剖三视图表现方式与交付方式，是多年的经验总结，具有极佳的科学性与适用性，但是在处理复杂的空间结构的时候，其局限性也越来越凸显。同时，一些数字化、模型化的交付方式也在进行广泛的尝试与应用，比如移动端的交付等，但由于目前行业各个环节发展节奏的不匹配，设计的下游环节如审查、咨询、施工等还不具备完全脱离纸质文件交付方式的模型。因此，能够充分发挥三维设计优势的交付方式还需要很长一段时间的发展。

2.4协同设计的变革

协同设计是三维设计技术本身的要求，因为三维设计将传统的设计方式从线条绘制改变为构件的布置，各个专业在统一的平台与环境下进行协同设计。这对提高设计质量与效率有极大的推动作用。但是，这涉及到对传统设计流程的再造，对设计企业而言，存在一定的质量管控风险与暂时的管理效率较低，同样需要循序渐进的发展。

3 应用与实践

本文通过基于MicroStation平台在芜湖长江公路二桥设计中的一些应用与实践来阐述三维设计技术的价值与优势。

3.1可视化的方案设计

在方案设计阶段，注重结构本身的几何检视与环境的匹配性。在芜湖二桥方案设计阶段，充分利用模型的可视化优势，实时的进行桥型的设计与比选，并且通过DEM+遥感影像+三维模型的组合的方式检视与桥位环境的协调性与匹配性。

图1 在DEM与遥感影像叠加的环境中布置桥梁方案

图2 斜拉桥主桥的结构方案检视

图3 三维模型支持桥型方案比选

3.2复杂结构的三维设计

对于像芜湖二桥这样的超大跨度拉索体系桥梁，其锚固系统与局部构造都是极其复杂，对施工技术要求极高的。为了更好的体现设计思路，增加施工图文件对实际施工的指导作用，利用三维设计技术进行局部、复杂构造的设计是一种趋势。

a）检修系统的三维设计                       

b)检修系统的使用性三维分析

c）桥塔锚固系统设计（钢锚梁方案）      

d）桥塔锚固系统设计（同截面回转索鞍方案）

e)桥梁专业产品设计（防撞与伸缩系统）

f)局部复杂局域钢筋布置设计

上述复杂结构采用基于MS平台的三维设计，极大的改变了目前设计可视化程度不高的缺点，可以进行精确化设计，在提高了设计产品的质量，能够更好的指导实际施工。

3.3新型的文件表现方式

目前设计中采用的平、立、剖三视图设计文件可读性不强，因此采取一种更能表现结构三维本质的交付与表现方式，将是三维设计技术能否形成巨大变革的关键之一。目前通常采取在平、立、剖三视图基础上，增加一个等轴侧图作为平面图的补充与解释，可以很好地增加设计文件的可视化程度与可读性。本项目中也应用了这种方式进行设计文件的表现。

a)箱梁内部劲性骨架设计图

b)横梁钢筋设计图

3.4基于BIM的施工管理

基于MS平台，项目组研发了一套三维信息化桥梁工程管理系统，该系统主要作为芜湖二桥可视化的三维管理平台，在平台上直接通过三维模型进行直观的质量管理、进度查看、计量管理与工程安全管理。其后台是工程管理数据库的支撑，平台通过与数据库采用相同数据结构与构件编码信息进行数据交流与更新，并通过链接的方式融合可视化工地系统。

a)基本结构设计信息查看功能

b)施工进度管理功能

c)个性化的信息筛选与查询功能

d)施工信息的录入与查询

该系统是国内首个基于三维模型的桥梁工程可视化、信息化管理系统，是BIM技术在桥梁建设方向的探索与初步应用，实现了设计信息无缝传递至施工阶段，并允许施工阶段信息的续写入，极大的提高了建设方的施工管理品质与效率，同时也为今后工程交付至运营阶段提高了丰富的数据基础。

4 总结

本文从可视化的方案设计、复杂结构的三维设计、文件表现方式与数字化交付四个方面介绍了我公司利用MicroStation平台，针对桥梁工程设计与施工开展的应用与实践工作。目前的成果表明，基于BIM技术的新型设计与管理技术可以为桥梁工程建设水平带来质的提升，是一项超越“甩图板”工程的技术变革，其带来的价值与优势不可估量，虽然目前行业应用水平还较低，概念也尚未完全普及，但是已经有众多的企业与研发人员投入到该项变革之中，我们对这项技术的前景充满信心。

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关注BIM，谢谢了。

很好的BIM案例，谢谢分享

这不是芜湖长江公路二桥么？

可以哦，一直不知道这个软件在哪里可以买

图文并茂，相当不错！！！
顶顶顶！

太牛了，都精细化到这个地步了。

好高端{:4_96:}