李沅璋，赵月悦

（中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北 武汉 430063）

建筑信息模型（BIM）作为一种多维模型信息技术，受到国内外学者和业界的普遍关注。在建筑行业，BIM技术的应用已趋于成熟，逐渐从单一建模使用发展到运营和维护阶段的应用。

目前，越来越多的业主和建设部门提出应用BIM技术的要求。BIM技术已在桥梁工程的设计和施工中广泛应用，并逐步向全产业链、全生命周期迈进[1]。与桥梁工点相比，铁路桥梁BIM设计存在模型体量大、桥梁类型多、线路里程长等难点，促使铁路桥梁BIM设计不断优化方法以提高建模效率。

1 铁路桥梁BIM技术发展概况

随着铁路技术的发展和BIM技术的应用，铁路桥梁的BIM设计已经积累了一定经验。在武襄十铁路BIM设计过程中，设计人员通过采用模型拆分和组装的设计思路，减少了工作量，为后续铁路桥梁BIM设计提供了经验[2]。

在深茂铁路潭江特大桥BIM设计过程中，设计人员采用达索平台多种设计软件分项建立、交互整合全桥BIM模型，将BIM技术应用在铁路桥梁的正向设计中，为铁路桥梁BIM正向设计提供了经验[3]。

以福厦铁路泉州湾特大桥BIM设计为依托，结合既有铁路桥梁的BIM设计经验，采用CATIA平台，建立全桥结构的BIM模型，并对设计过程中遇到的问题提出解决方案，为后续铁路桥梁BIM设计提供参考。

2 工程概况

2.1 线位走向

福厦铁路北起福州市，接入京福高铁，南至漳州市，衔接厦深铁路，途经福清、莆田、泉州、厦门，线路全长277 km。

福厦铁路泉州湾特大桥位于福建省泉州市，始于台商投资区，跨越泉州湾后进入晋江市，止于石狮市境内，桥梁全长20.3 km。

2.2 桥梁结构形式

泉州湾特大桥桥址跨越多条市区道路、高等级航道，立交情况复杂。因此全桥设立多种大跨度结构及特殊结构以保证立交、通航需求。

泉州湾特大桥上部结构主要有：32、24 m标准简支梁，主跨400 m双塔双索面钢-混结合梁斜拉桥、（76+160+76）m预应力混凝土连续刚构拱、（94+168+94）m连续梁、（3×70）m多联无支座连续刚构。此外，全桥采用的梁型还包括30.1、29.6 m非标简支梁，（40+64+40）m连续梁、（60+100+60）m连续梁等数十种常用跨度连续梁结构。

泉州湾特大桥桥墩结构包括圆端型实体桥墩（3～24 m）、圆端型空心桥墩（24～35m）、双薄壁墩、门式墩，桥台结构类型包括矩形填方桥台、矩形挖方桥台，基础结构包括8×Φ1.0 m、10×Φ1.0 m、24×Φ2.8m等数十种布置形式。

3 BIM设计流程

3.1 设计思路及流程

泉州湾特大桥中，32、24 m标准简支梁占桥全长的70%，为减少重复建模，以梁部结构、桥墩、基础、附属结构为对象，分别建立模型库，在模型组装过程中使用参数调用模型，完成全桥结构模型组装。

结合已有铁路桥梁设计经验及项目实际情况，确定了泉州湾特大桥BIM设计流程：（1）明确泉州湾特大桥BIM设计标准、规范；（2）创建零件库；（3）建立可更新的参数化模型；（4）特殊梁型工点化设计；（5）批量模型参数化装配；（6）全桥结构装配；（7）模型的反馈调试与碰撞检查；（8）工程结构算量及出图。

3.2 建立参数化模型

参数化模型中参数的选取需要依据模型结构的边界条件确立。对于结构参数或坐标参数变化的标准结构，可以在建立完整结构模型的同时设立坐标参数，后期调用时通过变化参数来达到适用工点的目的。

位于直线线路上的简支梁及常规跨度连续梁结构，由于其模型重复使用率高，因此采用图纸中的梁部尺寸直接进行零件库建模（见图1）。在零件组装之后的模型结构中设立局部坐标系预留对外接口，保证对外参数化装配条件。

对于结构变化复杂、模型参数较多、无法使用模型参数表示的情况，需将整体模型拆分、细化，提取细化后的模型变量作为参数。将拆分后的模型作为基本构件，通过在工点处使用构件直接进行模型装配，完成工点的全桥BIM模型设计。

位于曲线、缓和曲线的梁部结构，由于模型泛用性低，因此采用逐个工点建模的思路。以变截面梁段为基础，在BIM软件中建立梁段的超级副本，形成工点梁的节段参数化模型（见图2），再根据实际工程位置进行装配建模。

桥梁下部结构桥墩、基础在建模时，对各零件高度及控制截面尺寸等数据设定参数，建立模型（见图3）。由于下部结构种类较多，因此采用以结构名称为参数的建模思路，将模型形式以参数化表达。设立局部坐标系预留对外接口，保证参数化装配条件。

3.3 全桥装配

图1 32m标准简支梁模型

图2 以变截面梁段为超级副本组装的工点梁模型

图3 桥墩、基础参数化模型库

铁路桥梁结构装配过程需要依托铁路线位建立与各梁部、桥墩所适配的坐标系。在各坐标系调用库中的参数化模型，完成库中模型的定位。修改模型尺寸参数以适用工点，完成装配。

梁部模型在装配时，首先需在模型库中通过设立局部坐标系预留对外接口，保证对外参数化装配条件，并在全桥装配模型中建立与之对应的定位坐标系。在插入模型后选取模型阵列定义实例化的部件，通过坐标系定位，完成梁部模型的批量装配（见图4）。

桥梁下部结构装配不同于梁部结构的装配。下部结构参数化内容不仅涵盖结构尺寸参数信息，还涵盖结构类型信息。相比梁部装配，下部结构装配所使用的参数信息量更大。因此需要通过外部表格对下部结构设计尺寸进行统计与整理，使其与平台资源表所设立的参数模板适配。通过利用平台资源表和知识工程二次开发批量调用各桥墩、基础模板，从而实现下部结构的批量装配（见图5）。

4 BIM设计成果

4.1 全桥结构设计

本项目以线位资料为依托，以坐标系定位梁部、桥墩、基础结构，通过模型库进行全桥装配，完成福厦铁路泉州湾特大桥全桥结构设计（见图6）。

图4 梁部模型批量装配

图5 桥梁下部结构批量装配

图6 福厦铁路泉州湾特大桥BIM模型

4.2 专业协同设计

通过自动装配的插件，基于线路快速生成接触网BIM模型（见图7），并与线路坐标相关联。通过链接接触网模型，基于接触网的定位孔信息，完成预埋件的设计工作。

图7 接触网BIM模型

5 结束语

以泉州湾特大桥为依托，通过CATIA平台，确立标准化和参数化的建模、装配思路，完成全桥BIM模型设计，实现了基于CATIA平台的各专业协同设计，可为其他铁路桥梁BIM设计及各专业协同工作提供参考与借鉴。福厦铁路泉州湾特大桥整体模型依托线路骨架，各部件参数均可批量更新，为铁路桥梁BIM的正向设计提供了思路。