BIM在鐵路橋梁施工階段中的應(yīng)用

周強

摘要： BIM技術(shù)在鐵路橋梁施工中的應(yīng)用，開辟一個新的科技與建筑相結(jié)合的智能新領(lǐng)域。建立信息管理平臺，實現(xiàn)施工信息的快速查詢，從而使項目的信息化管理水平得到提升。 利用BIM進(jìn)行四維施工模擬，實現(xiàn)施工進(jìn)度可視化，為施工計劃調(diào)整、資源配置及施工過程的科學(xué)合理安排提供參考依據(jù)。通過仿真，對施工工藝進(jìn)行驗證，對重難點施工方案進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，確保施工方案準(zhǔn)確無誤；對現(xiàn)場作業(yè)人員進(jìn)行三維技術(shù)交底，提供現(xiàn)場操作的動態(tài)指導(dǎo)，實現(xiàn)了施工技術(shù)交底的直觀化和生動化，提高工作效率；預(yù)先掌握橋梁施工存在的重大風(fēng)險源，并制定應(yīng)對措施，為現(xiàn)場人員操作提供施工安全指導(dǎo)，保證人員施工安全。文章介紹了常用的BIM技術(shù)應(yīng)用軟件類型，分析了BIM技術(shù)在橋梁施工過程中的具體應(yīng)用方法與功效。

Abstract： The application of BIM technology in railway bridge construction has opened up a new intelligent field combining technology with construction. The establishment of information management platform， can realize the quick inquiry of construction information， so that the project's information management level has been improved. It is to use BIM to carry on four-dimensional construction simulation， realize construction progress visualization， and provide reference for the adjustment of construction plan， the allocation of resources and the scientific and reasonable arrangement of construction process. Through the simulation， to verify the construction process， to optimize and adjust the construction plan with the important and difficult points， and to ensure that the construction scheme is accurate； 3D technology definitude has been done for field operation personnel， dynamic guidance of field operation is provided， which has realized the technical definitude intuitively and vividly， and improve work efficiency； to grasp the major risk source of bridge construction in advance， and draw up countermeasures， can provide guidance for the site construction safety operation， ensure the safety of construction personnel. This paper introduces the commonly used BIM technology application software types， and analyzes the concrete application methods and functions of BIM technology in bridge construction process.

關(guān)鍵詞： BIM；鐵路；橋梁；應(yīng)用要點

Key words： BIM；railway；bridge；application points

中圖分類號：U442.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）20-0232-03

0 引言

2015年7月1日，住房城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布了《推進(jìn)建筑信息模型應(yīng)用知道意見》，要求到2020年末，特級、一級房屋建筑工程施工企業(yè)應(yīng)掌握并實現(xiàn)BIM與企業(yè)管理系統(tǒng)和其他信息技術(shù)的一體化集成應(yīng)用。這一指導(dǎo)意見的出臺不僅意味著BIM技術(shù)在建筑行業(yè)的應(yīng)用進(jìn)入了一個較為成熟的階段，還標(biāo)志著國家從政策層面對其予以了支持。因此，未來BIM技術(shù)的應(yīng)用必定將更加廣泛和快速，而不僅僅是在建筑領(lǐng)域。現(xiàn)階段BIM技術(shù)已經(jīng)開始被應(yīng)用在鐵路領(lǐng)域，雖然僅僅是處于積極探索階段，但是已經(jīng)有成功案例，比如港珠澳大橋、杭州灣大橋、滬昆客專北盤江大橋等，這些案例的結(jié)構(gòu)物都具有一定的特殊性，包括施工難度大、地形環(huán)境復(fù)雜等。通過將BIM技術(shù)應(yīng)用在這些項目施工過程中，實現(xiàn)了各專業(yè)工作、項目的虛擬建造和精細(xì)化管理，不僅降低了工程造價，而且大大縮短了建設(shè)周期。

BIM技術(shù)的概念到底是什么呢？通俗來說，建筑信息模型（BIM - Building Information Modeling）就是BIM技術(shù)，它是以包含建筑工程項目中的各項相關(guān)信息數(shù)據(jù)的三維模型為基礎(chǔ)，對建筑結(jié)構(gòu)的全壽命周期進(jìn)行全方位的管理、協(xié)同工作，是對建筑工程物理特征和功能特性信息的數(shù)字化承載和可視化表達(dá)?？蓪崿F(xiàn)快速算量、碰撞檢查、沖突協(xié)調(diào)、虛擬施工的系統(tǒng)化技術(shù)。BIM技術(shù)作為信息化技術(shù)的一種，標(biāo)志著基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域大數(shù)據(jù)時代的來臨。

1 BIM的相關(guān)軟件

1.1 BIM建模核心軟件

BIM的核心其實就是信息，而信息的表達(dá)是需要通過建模來表達(dá)。所以說，BIM便應(yīng)運而生一種核心建模軟件。 Autodesk公司在建筑民用市場中依靠CAD打下堅實的基礎(chǔ)，研發(fā)Revit軟件用于建筑、機電和結(jié)構(gòu)，展現(xiàn)出其強大之處。Revit軟件是一種技術(shù)成熟的“建模軟件”，基于CAD對象系統(tǒng)以三維、智能化、參數(shù)化為特點。

Revit建筑信息模型所有的信息都存放在相應(yīng)的位置，任何位置的修改，隨之所有的位置都會發(fā)生變化。所以，在整個信息模型中信息的更改都會明顯地展現(xiàn)，以便更好地控制整個信息庫。

明細(xì)表可以在任何建筑視圖應(yīng)用，也是Revit建筑信息模型的一種視圖。在其他所有的視圖中，自動隨明細(xì)表的更改變化而變化，相反也適用。明細(xì)表的作用可以統(tǒng)計過濾視圖的一些信息，如門窗族的編號、尺寸、名稱等等。

族是一種參數(shù)化構(gòu)件，簡單來說就是通過用戶自己添加或者修改一些參數(shù)，構(gòu)建出想要得到的構(gòu)件。Revit建筑信息模型的構(gòu)件就是以族為基礎(chǔ)，族的出現(xiàn)大大簡化了構(gòu)建模型的難度；還有族最強的地方不需要任何編碼和編程，降低門檻。

Revit軟件提供多方向開發(fā)和研究設(shè)計方案，允許研發(fā)者有很大的自由度，以便于可以向客戶提供優(yōu)良的設(shè)計方案。通過可視化、統(tǒng)計工程量以及分析其他的有效數(shù)據(jù)，保證從多個方案中做出最合適的選擇。

Revit軟件兼容性很強，并且容納多種文件格式和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，包含CAD中常見的DWG、RFT、DGN、DXF、AVI、SAT、SKP、IFC、gbXML、JPG、TIF、ODBC和TGA。通過導(dǎo)入復(fù)雜的幾何三維模擬圖形，在Autodesk 3ds Max或者Autodesk VIZ這些軟件中實現(xiàn)具有內(nèi)部和外部渲染照片級真實感。還可以利用Revit軟件自身漫游動畫功能，指定具體的漫游路線，將建筑中的一部分更形象地展現(xiàn)出來，最終導(dǎo)出AVI格式的動畫。除了Revit之外還有研發(fā)用于建筑、設(shè)備和結(jié)構(gòu)的Bentley，Bentley產(chǎn)品的先進(jìn)之處，在基礎(chǔ)設(shè)施（橋梁、市政、公路、水利等）和工廠設(shè)計（發(fā)電、藥廠、化工、核能等）方面的能力無可厚非。

1.2 BIM模型碰撞檢查軟件

通過三維軟件創(chuàng)建模型后，使用模型碰撞檢測軟件進(jìn)行三維檢測并改進(jìn)，加入時間刻度進(jìn)行4D動態(tài)模擬。目前常用的模型綜合碰撞檢測軟件主要有Autodesk Navisworks、Solibri Model Checker等。

1.3 BIM 4D模擬軟件

Fuzor采用了Kalloc Studios嶄新的即時預(yù)覽技術(shù)，可實時呈現(xiàn)Autodesk Revit中的主要設(shè)計及建筑資訊，讓他們在設(shè)計時能同步預(yù)覽建筑物的材質(zhì)、物料、燈光以及建筑物于不同天氣及時間下的變化，以達(dá)到最佳及最符合標(biāo)準(zhǔn)的建筑設(shè)計。 Fuzor 的操作非常簡易及人性化，無論是專業(yè)的建筑師，還是承包商，都能輕易透過Fuzor的預(yù)覽明白整個建筑設(shè)計，從而大大減少溝通障礙，令整個設(shè)計流程更有效率。

1.4 BIM運行維護(hù)軟件

在BIM為建筑物運營服務(wù)所建設(shè)的模型中，美國的運營管理軟件ArchiBUS是最具權(quán)威的軟件之一，運營服務(wù)也是BIM發(fā)展的動力和目標(biāo)。

2 鐵路橋梁施工BIM技術(shù)應(yīng)用要點

2.1 設(shè)計復(fù)核

結(jié)合設(shè)計圖紙，利用建模軟件建立信息模型。之后利用軟件的校核功能檢查、發(fā)現(xiàn)設(shè)計錯誤，同時生成碰撞檢查報告，然后將報告交給設(shè)計方，設(shè)計方依據(jù)修改建議重新再建模并檢測，如此循環(huán)往復(fù)，直到生成的檢查報告中不存在錯誤。這種形式的設(shè)計復(fù)核對設(shè)計方和施工方都有利，施工方將設(shè)計變更主動權(quán)掌握在自身手里，而設(shè)計方的工作效率大大提高了。

2.2 施工中的碰撞檢查

用BIM模型和虛擬顯示技術(shù)對項目的關(guān)鍵點進(jìn)行3D模擬，并能通過navisworks自動完成碰撞檢查，生成碰撞報告。如連續(xù)梁預(yù)應(yīng)力鋼絞線預(yù)留管道與鋼筋的碰撞檢查，提前預(yù)知預(yù)留管道與鋼筋碰撞位置，及時調(diào)整鋼筋敷設(shè)方式，確保后期施工方案的可靠性；在承臺施工過程中，基于BIM模型對冷卻水管進(jìn)行三維布置，并通過碰撞檢查，驗證布置的冷卻水管與鋼筋、樁基是否產(chǎn)生碰撞，確保施工方案可靠性；在墩身施工過程中，預(yù)埋件（如檢查梯、吊圍欄滑漕，電梯、輸送管和塔吊固定預(yù)埋件等），各預(yù)埋件位置之間，預(yù)埋件與墩身鋼筋、預(yù)埋件位置與洞身通風(fēng)孔及模板拉筋位置均存在相互干擾，通過碰撞檢查功能，以三維模型的形式直觀顯現(xiàn)出來，施工前進(jìn)行調(diào)整，同時在施工過程實時提醒作業(yè)人員在每循環(huán)施工中需要埋設(shè)的預(yù)埋件及管道。

2.3 工程量快速、精確計算

通過建立模型，可準(zhǔn)確獲悉施工各項信息，包括零部件的編號、材料、重量、數(shù)量、規(guī)格等，能夠輕易地實現(xiàn)零部件分類匯總、材料清單、工程量清單的自動化，提高了效率的同時也減少了勞動力。通過生成的零部件匯總表、工程量統(tǒng)計表、材料清單，施工相關(guān)部門會大大提高工作效率和質(zhì)量，比如利用零部件匯總表，技術(shù)部門可較為輕松地編制原材料采購計劃；利用工程量統(tǒng)計表，生產(chǎn)部門可較為輕松地編制生產(chǎn)計劃等。

2.4 可視化交底及工序模擬

2.4.1 可視化交底

在一些復(fù)雜技術(shù)的建筑施工結(jié)構(gòu)方案編制中，由于建筑結(jié)構(gòu)模型也極其復(fù)雜，給優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)帶來了很多挑戰(zhàn)，而可視化技術(shù)的出現(xiàn)，可將復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行動態(tài)漫游展示，有利于建筑結(jié)構(gòu)施工方案的優(yōu)化。

技術(shù)方案存在交底不清晰、不直觀、無法細(xì)化的問題，此時若依然采用傳統(tǒng)的思路和做法無法有效解決問題，但利用4D虛擬動畫技術(shù)，可將技術(shù)方案全方位地呈現(xiàn)給施工方，施工方通過觀察和分析技術(shù)方案，能夠?qū)夹g(shù)方案的重難點予以足夠重視，并未雨綢繆將可能出現(xiàn)的問題做好預(yù)防工作，確保工程質(zhì)量。

2.4.2 工序模擬

利用BIM技術(shù)和模擬技術(shù)，項目人員能夠把施工方法和橋梁三維模型有效集成在一起，模擬橋梁施工工序。通過對橋梁施工工序進(jìn)行模擬，施工人員能夠清楚知道施工工序中可能面臨的問題，清楚地了解既有的施工工序和預(yù)制構(gòu)件的吊裝程序是否合理等，從而及時地修正問題，制定更加完善的施工方案，如此循環(huán)往復(fù)直到形成一個高效的、可行的施工方案，提高施工效率，確保施工質(zhì)量。

2.5 進(jìn)度管理（4D）

BIM技術(shù)也在不斷完善當(dāng)中，已經(jīng)從3D模型技術(shù)發(fā)展到4D，具備了模擬建造的功能，工程建設(shè)人員能夠從模型中獲悉整個施工進(jìn)度。利用3D構(gòu)件，施工進(jìn)度計劃能夠展現(xiàn)出在一定的計劃安排下的施工過程，實現(xiàn)4D施工模擬的作用。模擬施工過程中系統(tǒng)會自動分配相關(guān)生產(chǎn)任務(wù)關(guān)聯(lián)到BIM軟件上，該任務(wù)的施工進(jìn)度就會因此受到影響，從而改變整個進(jìn)度，并體現(xiàn)在4D施工模擬中。不僅如此，它還能夠形成可視化的施工過程、可視化的施工組織方案、可視化的進(jìn)度信息，便于施工方和設(shè)計方的取用，有利于及時地將錯誤的措施進(jìn)行修正，對于施工項目而言，效果事半功倍。

2.6 成本管理（5D）

5D BIM是在3D建筑信息模型基礎(chǔ)上，融入“時間進(jìn)度信息”與“成本造價信息”，形成由3D模型+ 1D進(jìn)度+ 1D造價的五維建筑信息模型。5D BIM將工程造價信息、工程進(jìn)度信息、工程量信息結(jié)合起來，既能夠統(tǒng)計工程量，也能夠把建筑構(gòu)件的3D 模型與施工進(jìn)度的各種工作（WBS）相鏈接，動態(tài)地模擬施工變化過程，實施進(jìn)度控制和成本造價的實時監(jiān)控。

2.7 材料設(shè)備管理

要想確保工程質(zhì)量，材料質(zhì)量必須保證合格，相關(guān)法規(guī)要求，必須對材料質(zhì)量資料進(jìn)行整理，并和樣品一起交由監(jiān)理單位審核。但基于BIM的質(zhì)量管理中，所有的材料信息被記錄在了模型中，且與構(gòu)件部位進(jìn)行關(guān)聯(lián)。不僅材料管理信息更加準(zhǔn)備，而且查閱方便。

2.8 施工過程質(zhì)量管理

記錄現(xiàn)場實際施工情況，將其和BIM模型進(jìn)行對比分析，并將生成的檢查信息關(guān)聯(lián)到構(gòu)件，如此不僅內(nèi)容更加真實，而且便于日后復(fù)查。尤其是一些復(fù)雜的工程項目，必須詳盡記錄其施工內(nèi)容，采用結(jié)構(gòu)化的BIM數(shù)據(jù)。

2.9 協(xié)同作業(yè)

建立統(tǒng)一的信息共享平臺、統(tǒng)一的BIM數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、統(tǒng)一的流程框架，項目涉及多方都應(yīng)該參與到其中，包括施工單位、設(shè)計單位、監(jiān)理單位、建設(shè)單位等，只有各方協(xié)調(diào)合作，共同作業(yè)，才能使施工更有效率，確保施工質(zhì)量。

建立企業(yè)級四大基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，即企業(yè)大后臺、總部、分公司、項目部等，每個部門都單獨有一個客戶端，形成一個個“小前端”，從中每個部門都能夠及時高效地獲取所需信息。

3 結(jié)束語

隨著BIM技術(shù)的引入，鐵路橋梁施工變得越來越藝術(shù)。當(dāng)前BIM技術(shù)已被廣泛應(yīng)用在我國橋梁施工中，進(jìn)入了深度階段，開始更加注重應(yīng)用價值，且呈現(xiàn)出BIM技術(shù)與多項先進(jìn)信息技術(shù)集成應(yīng)用的“BIM+”特點。未來，隨著BIM技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，其在鐵路橋梁施工中應(yīng)用必將更加全面，現(xiàn)展望如下：

①現(xiàn)階段我國主要將BIM技術(shù)應(yīng)用在橋梁施工階段，未來隨著社會和科技的不斷進(jìn)入和完善，BIM技術(shù)可能會應(yīng)用到橋梁施工的全壽命周期內(nèi)，實現(xiàn)真正的信息模型。

②單機應(yīng)用向網(wǎng)絡(luò)的多方協(xié)同應(yīng)用轉(zhuǎn)變?；诰W(wǎng)絡(luò)的多方協(xié)同應(yīng)用可以更好地支持基于BIM模型的現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息采集，信息可以及時獲取及傳遞，可以對模型進(jìn)行及時的存儲及分析，為BIM技術(shù)在工程現(xiàn)場的使用提供了必要的技術(shù)手段，另外，降低管理各方溝通協(xié)同的成本。

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