BIM技术在摩洛哥布里格里格河谷斜拉桥中的应用

1 工程概况及BIM使用背景

布里格里格河谷斜拉桥位于摩洛哥境内拉巴特绕城高速公路上，位于首都拉巴特市区以东30km，主桥为183m 376m 183m叠合梁斜拉桥（见图1）。大桥跨越布里格里格河谷，桥位上游1km处为大坝库区。项目业主为摩洛哥国营高速公路公司（ADM），于2010年初进行国际公开招标，来自中国的中海外-大桥局联合体中标，承担该项目的施工及详细设计；大桥院（中国，武汉）-艾吉斯（EGIS，法国）设计联合体作为总承包商的设计分包，承担施工图设计工作。

　　图1 摩洛哥布里格里格斜拉桥

摩洛哥在历史上和法国有着千丝万缕的联系。在桥梁工程方面，摩洛哥完全遵循法国的工程习惯，从设计、审核到施工、监理均按照法国的规范和标准执行。项目业主对于结构的美观造型以及施工的精细化要求远高于我国业主，这提高了设计的精细化要求。在设计过程中，如果仍采用传统的二维设计将很难满足施工方和业主需求，而BIM技术的应用解决了传统二维设计遇到的难题，大桥院和EGIS的设计成果很好地满足了施工方和业主的需求，保证了工程的顺利进行。

2 BIM技术在结构设计中的应用

2.1 桥塔造型设计

此项目的初步设计方案由法国建筑师为主导而确定，建筑师为使桥塔在山谷中产生挺拔、雄伟的建筑效果，采用空间双曲面的混凝土桥塔，在立面上呈梭形。塔柱在顺桥向和横桥向均分离，分为4肢，各肢柱在下塔柱通过混凝土裙板连在一起，塔柱中部设计预应力混凝土横梁，使塔柱与桥面板在该部位固结（见图2）。桥塔截面从塔底到塔顶一直都在不停地变化（见图3）。

　　图2 P2桥塔BIM模型

图3 桥塔截面

由于此桥的桥塔为4肢空间曲线模型，如果采用传统的二维设计，不易将结构表达清楚，也很容易出现尺寸错误。因此，中铁大桥院和EGIS公司合作，决定采用BIM技术设计桥塔。BIM软件选用Autodesk公司的Inventor Professional软件， EGIS公司已经应用此软件超过一年，有一定的使用经验，而且和AutoCAD软件的互交性有着先天优势；硬件方面，BIM软件对于电脑的显卡和内存要求较高，中铁大桥院为摩洛哥项目组配置了专业图形工作站以保证工作顺利开展。

在项目初期，EGIS公司和中铁大桥院均投入大量人力建立全桥和桥址处地形地貌的三维模型，而且此三维模型并非仅仅为了二维出图，而是直接应用于混凝土浇筑模板设计。摒弃传统的“头脑中的三维”→“二维图纸”→“施工的三维”设计思路，实现了“头脑中的三维” →“数字三维模型”→“施工的三维”的直接转化。制作混凝土模板的公司（奥地利Doka公司）直接根据桥塔的三维模型制作模板，保证了模板制作精度及桥塔线性美观。

2.2 BIM模型二维出图

虽然在混凝土模板制作过程中实现了“数字三维”→“施工三维”的直接转化，但在设计过程中，仍有“二维图纸”存在，其作用只是用于图纸的审核和校对，并不对施工和设计产生直接影响。并且大部分二维结构图直接由Inventor软件中的工程图模块绘制，使二维结构图和三维模型实现关联。在设计过程中，只需对设计表中的参数进行修改，二维工程图也可随之自动修改。而且在二维工程图中增加阴影的渲染以及二维图的可读性和识别性（见图4）。

　　图4 桥塔的二维工程图

2.3 混凝土工程量的精确统计

由于桥塔的造型复杂，且为空间曲线，如果采用传统的二维设计，混凝土工程量的统计将会比较困难，但在三维BIM模型中这个问题迎刃而解。通过对BIM软件的BOM表功能对模型属性进行统计，可以很方便得出桥塔每个节段和整个桥塔的混凝土工程量（见图5）。

　　图5 BOM表工程量计算

2.4 主梁斜拉索锚块和锚槽的设计

斜拉索在主梁上的锚固采用挖槽锚固，索导管处又有锚固块（见图6），由于斜拉索在顺桥向和横桥向与水平面的夹角不断变化，因此每一个锚槽和锚块的尺寸都不相 同，如果通过传统的二维设计要通过复杂的几何计算才能得到，而通过BIM技术，在三维建模时通过参数化建模，很容易得到所有锚槽和锚块的尺寸。

　　图6 主梁斜拉索

2.5 挖方填方的精确计算

由于桥塔采用明挖扩大基础，在施工过程中会产生很大的挖方和填方量，在传统的二维设计中，精确计算土石方量是一项较为繁琐的工作，但通过BIM技术能精确得到现场的土石方量。桥塔明挖基础见图7。

　　图7 桥塔明挖基础

3 BIM技术在钢筋工程设计中的应用

3.1 构件设计轻巧，配筋率高

摩洛哥布里格里格河谷斜拉桥的设计方案是由建筑师主导，为了方案的美学效果，构件尺寸十分轻巧，塔高将近200m（P1高197.45 m；P2高185.05 m），而大部分塔肢的壁厚仅为65cm，因此，桥塔的配筋率较高，且大量采用屈服强度为500MPa、φ40的高强度钢筋，大部分塔肢的配筋率在300 kg/m3左右，在塔肢分叉的L5节段配筋率更是高达400.49 kg/m3，且横桥向还有预应力管道。因此，钢筋之间的碰撞，钢筋和预应力管道的碰撞问题十分突出。

3.2 钢筋工程的精细化设计，工厂化制造

钢筋加工按照业主要求，遵循法国的工程习惯，采用大直径钢筋，所有钢筋均采用工厂预制（见图8），现场拼装。施工现场不允许进行钢筋切割和弯折，所有钢筋的连接均采用绑扎搭接方式连接，这些因素都要在设计阶段充分考虑，设计重心前移，设计院的工作量大大增加。

中铁大桥院在钢筋图设计过程中需要考虑以下因素：施工节段长度（桥塔4 m一个节段进行分段浇筑）、钢筋定尺长度（钢筋出厂长度不超过12 m）、钢筋搭接长度、搭接交错（接头率满足规范要求）、箍筋交错配置、钢筋安装顺序，工人操作空间，混凝土能否顺利浇筑等。（注：在我国工程中以上因素属于施工组织内容，主要由施工单位负责）

3.3 利用BIM技术进行钢筋三维碰撞检查

在钢筋图的设计中，中铁大桥院采用由Inventor绘制精确的结构图，导入AutoCAD中进行二维钢筋图绘制，钢筋长度、直径、弯曲半径、弯钩形式、弯钩长度等均按照真实尺寸绘制，需要避免钢筋碰撞问题。对大部分构件，二维设计能够满足业主要求，但在某些复杂部位二维已经不能解决问题，要借助三维工具。中铁大桥院自主开发了生成三维钢筋笼的插件，通过绘制好的二维钢筋图来生成三维钢筋笼，用于检查钢筋碰撞问题（见图9）。通过检查及时发现施工中可能发生的碰撞，调整钢筋的形式和位置，提高施工效率。

　　图8 桥塔某节段的三维钢筋笼

4 BIM技术在钢锚箱设计中的应用

斜拉索作为斜拉桥的主要受力构件，其锚固点定位的精确性对全桥的受力十分重要，为提高锚固点定位的精确性，桥塔锚固区的方案从初步设计的环向预应力方案改为最终的钢锚箱方案。该项目每个桥塔有20对斜拉索，全都 锚固在塔顶锚固区大约24 m高度的范围内，使斜拉索的间距较小，斜拉索最小中心间距达到935 mm，扣除斜拉索索导管直径后，斜拉索的净间距仅为390 mm。因此，钢结构加工制造时，焊枪的操作空间十分有限。

为了保证钢结构加工制造精度，设计方建立了钢锚箱的三维BIM模型（见图10），利用BIM模型直接出图，且工程图中二维图视和三维图视相结合，使钢结构制造单位能更合理地安排钢结构的安装顺序和焊接顺序，提高了制造加工的效率。

图9 钢锚箱BIM模型及二维工程图

5 结论与展望

（1）布里格里格河谷斜拉桥的设计工作是中铁大桥院第一次完全按照法国规范、标准和施工习惯进行设计的桥梁，BIM技术在设计过程中发挥了至关重要的作用，满足了业主和施工方的要求，保证了工程的顺利进行，也迈出了大桥院在BIM应用道路上的第一步，为BIM技术在桥梁工程上的推广打下了坚实的基础。

（2）在设计过程中，中铁大桥院和法国EGIS公司合作，应用BIM技术完成了复杂造型设计、二维出图、工程量统计、碰撞检查等工作，解决了设计和施工中遇到的难题。加快了BIM技术在大桥院的起步速度，节约了学习和摸索的时间。

（3）BIM技术是一项庞大的系统工程，此次设计过程中主要偏重于BIM中的M（Modeling）应用，对于BIM中的I（Information）应用较少。在今后的BIM应用中，对强信息以及信息传递的应用要逐步加强。

（4）BIM技术的应用能进一步深化桥梁设计，对桥梁施工起到更好的指导作用。通过桥梁信息化推动施工预制化和工厂化，提高桥梁的施工精细化水平，提高工程质量。反过来，施工制造的信息化、工厂化也可有力促进BIM技术的推广和应用。

（5）BIM技术的应用应逐步推广，使设计师转变设计思路，在方案设计阶段直接从三维设计入手，使BIM思想贯穿设计始终。

参考文献

廖慕杰，刘小林。 摩洛哥布里格里格合股斜拉桥设计与 技术特点[J]. 世界桥梁，2012，40（4）。

作者：中铁大桥勘测设计院集团公司工程师 刘杰

中铁大桥勘测设计院集团公司教授级高级工程师 马润平

中铁大桥勘测设计院集团公司高级工程师 胥润东

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