桥梁钢结构BIM模型深化设计工程算量偏差
——以合肥市龙岗路特大桥为例

针对大跨径桥梁钢结构深化设计中算量精度不足、多源数据协同效率低的行业痛点，以合肥市龙岗路特大桥 115m 钢 - 混组合异形塔柱为主要研究对象，构建“参数化建模 - 多维度算量 - 动态偏差校准”的 BIM 技术应用体系。通过 Rhino+Grasshopper 参数化建模、CATIA 节点复核，系统解析 BIM 模型量、设计图纸量与清单工程量的偏差成因，提出基于全流程管控的精度提升策略。

随着桥梁工程向大跨径、复杂化方向发展，钢结构以其轻量化、工业化优势成为桥梁结构的主流选择。然而，传统二维设计模式下，钢结构算量面临构件空间关系复杂、节点构造精细化不足、多专业数据割裂等问题，导致施工阶段工程量偏差率普遍超过8%，直接影响成本控制与进度管理。BIM 技术通过三维建模与数据集成，为钢结构深化设计提供了新范式，但在实际应用中，模型精度控制、多软件数据交互及现场验证机制仍需系统性优化。

本文依托安徽省重大市政工程——合肥市龙岗路特大桥，建立钢结构 BIM 算量偏差分析模型，通过全生命周期数据追踪，量化分析模型量、设计量与清单量的差异来源，提出“建模标准化、算量多维化、验证动态化”的精准控制策略，以期为行业提供高精度算量的技术参考。

一、工程背景与BIM技术路线

（一）工程概况

龙岗路特大桥主桥采用（170+90）m 独塔不对称斜拉桥，塔、墩、梁固结体系 ；主梁采用混合梁，主跨 170m 跨越主航道，边跨 80m 混凝土箱梁跨越水利新大堤。

主塔为空间异型结构，采用混合塔，承台顶面以上高度 115m，其中上塔柱采用钢结构，下塔柱采用混凝土结构 ；主塔基础布置于南岸新大堤内，主桥下部结构采用承台接群桩基础（图 1）。

主跨钢箱梁全长 136.8m，模型重量 3390t，上塔柱（T1-T7 节段）为全钢结构，单节最大重量 635.7t，构件总数超 2000 个，包含竖板、钢锚箱、横撑等复杂节点。钢结构总量 3542t，设计图纸采用二维 CAD 表达，传统算量需人工拆解构件，耗时长达 45 天，且节点误差率超 10%。

图 1 桥梁 BIM 模型

（二）BIM 技术路线构建

建立“三维建模 - 多软件协同 -现场验证”技术闭环（图 2）。参数化建模层 ：采 用 Rhino+Grasshopper 构建全参数化模型，实现构件尺寸、材质、工艺参数的集成管理 ；算量分析层 ：通过 CATIA 进行节点复核，Rhino+GH 生成工程量清单 ；动态验证层 ：利用无人机倾斜摄影（精度±2mm）与施工放样进行现场数据采集，与 BIM 模型实时对比。

图 2 工作流程图

二、钢结构BIM模型构建关键技术

（一）全要素参数化建模

1. 几何参数驱动设计

以主塔 T2 节段为例，建立包含板厚、加劲肋间距、螺栓孔径等 32 个参数的驱动模型（图 3-4）。通过Grasshopper 算法自动生成构件族库，实现单节段建模效率提升 60%，模型细节精度达 0.1mm。

图 3 T2 节段 Rhino 模型

图 4 T2 节段人孔补强板 N26 CATIA 模型

2. 多专业协同建模

整合结构、钢筋、预应力及其他预埋件模型，建立碰撞检查规则库。在横撑节点建模中，通过 Rhino 与 CATIA 协同，发现横撑与竖板弧面存在冲突，提前优化节点构造，避免现场切割返工（图 5）。

图 5 HC7-N1 横撑 CATIA 模型

（二）模型精度控制标准

制定《钢结构 BIM 建模精度指南》，明确 LOD400 级建模要求。构件级 ：钢板厚度、螺栓规格等几何参数误差 ≤1% ；节点级 ：人孔定位偏差 ≤2mm，焊缝坡口角度误差 ≤5° ；整体级 ：节段拼接轴线偏差≤3mm，体积计算误差 ≤2%。（见图 6）。

图 6 T2 节段 LOD400 精度算量导出

三、多维度工程量偏差分析

（一）数据采集与对比体系

建立“BIM 模型量（M）- 设计图纸量（D）- 清单工程量（L）”三维对比体系，采集主塔钢结构 7 个节段、12 类构件的全量数据，总样本量达 2.3万条。

（二）偏差特征与成因解析

1. 整体偏差分布

统计表明，BIM 模型量较设计图纸量平均低 8.3%，较清单工程量低5.1%，主要偏差集中在附属结构与节点构造（图 7）。上塔柱钢结构总偏差量 -299.5t，其中临时吊点、检查车轨道等未建模构件占偏差总量的 58.7%。

图 7 Rhino、CATIA、图纸上塔柱钢结构算量对比

2. 典型构件偏差分析

T1 节段人孔补强板 ：设计图纸未明确构造细节，BIM 模型漏建 N25/N26 板件，导致算量偏差 -93.4t，占该节段设计量 18.9%。

T7 节段临时吊点 ：清单工程量未计入吊点钢板（厚度40mm，单重2.8t），导致模型量与清单量差异 -300.4t。横撑 HC4-HC5 ：CAD 图纸标注尺寸与实际构造不符，模型按实际工艺调整后，算量较设计量高 4.2%。

3. 偏差成因矩阵

综上分析，确定五大核心成因 ：模型维度 ：参数化程度不足（占28%）、附属构件漏建（25%）。

数据维度：软件接口误差（18%）、格式转换丢失（12%）。

人为维度：规范理解偏差（10%）、算量流程不完整（7%）。

设计维度 ：图纸细节缺失（6%）、变更管理滞后（4%）。

工艺维度 ：施工误差累积（5%）、焊接变形未模拟（3%）。

四、全流程精度控制策略

（一）建模阶段 ：标准化与精细化

构件族库建设 ：“族”的概率是建模功能的核心，本项目制作包含 156 类钢结构构件的族库，对照《公路钢结构桥梁设计规范》构造要求，整理生成螺栓、加劲肋等附属构件，避免漏项。

多专业会审机制 ：建立“设计 - 施工 -BIM”三方联审流程，针对复杂节点（如塔梁固结段）进行 1:10 实体模型验证，确保模型与图纸一致性达 99%。参数化驱动优化（图 8）：部分钢结构节点会采用完全焊接或栓焊混合的连接方式，在 Grasshopper 中嵌入焊缝体积算法，自动计算坡口体积，误差率从人工计算的 ±5% 降至 ±1.2%。

图 8 参数化计量统计

（二）算量阶段 ：多维协同与动态校准

三算对比机制 ：建立 BIM 模型量（M）、设计量（S）、清单量（Q）的动态对比表，设置预警阈值（±3%），触发时启动人工复核。

数据接口开发 ：开发数据转换插件，实现构件编码、材质属性的无损传递，坐标误差从 ±5mm 降至±1mm。

工艺参数集成 ：在模型中嵌入焊接变形系数（如 Q345 钢材收缩率0.8mm/m），自动修正构件理论尺寸，减少工艺误差影响。

（三）施工阶段 ：智能监测与闭环管理

现场实测表明，T3 节段安装轴线偏差均值 1.8mm，优于规范允许值（5mm）。

物联网实时监控 ：在关键节点布置应变传感器与倾角仪，实时采集构件受力与变形数据，通过 API 接口接入 BIM 平台，动态调整算量模型。如钢箱梁顶推过程中，实时监测导梁变形，修正算量误差 2.3%。

偏差追溯系统：建立“问题发现 - 原因定位 - 模型修正 - 验证闭合”管理闭环，记录全流程数据，实现偏差追溯效率提升 80%。

五、应用成效与行业启示

（一）精度提升与效率突破

算量精度 ：实施全流程管控后，钢结构算量综合误差从 8.3% 降至3.2%，其中复杂节点误差控制在 2% 以内，满足《钢结构工程施工质量验收标准》要求。

工期效益 ：算量周期从 45 天缩短至 16 天，现场返工率下降 62%，主塔施工工期提前 35 天完成。

成本优化 ：减少设计变更 26 项，节约钢材损耗 3.8%，核算优化成本 460 万元，间接提升企业信用评级。

（二）标准化成果与示范应用

项目形成《龙岗路非对称大跨度钢结构斜拉桥建造关键技术与应用研究》6 项专利、1 项工法和团体标准等，获中国公路学会“交通 BIM 工程创新奖”等 7 项国家级 BIM 奖项。相关技术在合肥南二环西延及宿松路快速化改造工程中推广应用，平均算量精度提升至3.5%，形成可复制的行业解决方案。

六、结论与展望

（一）研究结论

BIM 技术通过参数化建模与多维度算量，可显著提升桥梁钢结构算量精度，综合误差控制在 3.2% 以内。模型漏建、数据交互误差与工艺参数缺失是主要偏差来源，需通过标准化建模、接口开发与实时监测进行全流程管控。

“三算对比 + 智能监测”机制可实现算量偏差的动态校准，为施工成本与进度管理提供精准数据支撑。

（二）未来展望

融合 AI 算法开发智能算量系统，自动识别图纸漏项与构造冲突，进一步提升建模效率 ；探索 BIM 与数字孪生技术的深度融合，实现钢结构全生命周期的动态算量与性能预测 ；推动行业标准制定，统一钢结构 BIM 算量规则，促进全产业链数据协同。

（作者单位：安徽水安建设集团股份有限公司）

摘自《中国建设信息化》2025年10月下