桥梁设计的第一步是方案设计，重点确定桥型选择、跨径布置、主要结构方案及尺寸、施工方案、工程经济指标等。这一阶段对BIM的研究和应用，重点在地形模型、地质模型、桥梁方案的结构模型等方面。对此，长大桥国家中心和公规院开展了智能设计研究，不同于传统桥梁设计软件以力学计算分析为中心，智能设计以机器学习为核心，针对桥梁的安全、经济性、工期等多目标开展优化研究，并有针对性地设定评价指标，利用机器学习既有成功设计案例的特征点，实现由计算机提出针对目标建设条件的合理桥梁方案。

地形模型

目前，获取地形模型所需图像信息的方式主要有卫星图片、航拍、无人机拍摄、激光扫描等几种。卫星图片是最容易获取的信息，但受限于图片精度，无法达到工程要求。航拍、无人机拍照、激光扫描在精度上都可以达到工程要求。实际应用表明，对于如基坑开挖防护等小范围地形抽模，旋翼式小型无人机即可胜任，但是如果对高速公路等大范围地形进行建模工作，使用大型固定翼无人机才是更好的选择。

地质模型

公规院团队开发了高精度三维地质模型软件，采用高精度的三维空间数据结构，可以实现无需人工交互的智能化三维地形地质一体化融合重构，同时采用后台云计算快速建模，可以实现实时动态更新。利用地质模型，长大桥国家中心开发了桩基正向设计系统，实现了桩长自动计算，大大提高了设计效率。

桥梁方案模型

通过将工程模型与场地模型相结合，可以在投标和方案研究阶直观方便地选择和优化工程方案。图1-1、1-2是新疆龙口一号大桥刚构桥方案和拱桥方案的比较模型图。

图1-1.刚构桥方案

图1-2.拱桥方案

桥梁方案智能设计

目前，长大桥国家中心正在开展桥梁方案智能设计研究。以图2为例，通过建立桥梁数据知识库，利用机器学习既有成功设计案例的特征点，实现由计算机代替工程师提出针对目标建设条件的合理桥梁方案，并根据目标权重对方案进行打分，帮助设计者选择方案。这种方式可以充分融入众多优秀设计师的先进思想，避免由于个体认识不足造成的方案缺陷。

图2.桥梁方案智能设计技术路线

桥梁方案VR展示

工程的总体方案可以采用虚拟现实（VR）技术展示，以直观感受设计方案的真实效果。公规院负责设计的大连湾跨海大桥，对比了多种倾斜角度（0度、5度、7度）的桥塔方案，直观地展示了各种倾斜角度的桥塔在车行和船行两个视角下的视觉效果，帮助业主确定最终方案。

文 中交公路长大桥建设国家工程研究中心有限公司 吴宏波

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