BIM技術(shù)在橋梁工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

(重慶交通大學(xué) 重慶 400074)

一、引言

我國作為基礎(chǔ)建設(shè)大國，每年國家投入基礎(chǔ)建設(shè)的資金達(dá)到成百上千億元，而BIM技術(shù)最引人注目的特點(diǎn)在于經(jīng)濟(jì)性以及有效性。據(jù)有關(guān)報(bào)道得知，BIM技術(shù)的碰撞沖突檢查可為項(xiàng)目總投資減少10%[1]。僅由這一點(diǎn)優(yōu)勢都可以看出BIM技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，并且BIM技術(shù)相比傳統(tǒng)技術(shù)還有諸多優(yōu)勢，其他研究報(bào)告早有詳細(xì)描述，這里不再贅述。本文從橋梁工程設(shè)計(jì)施工角度簡要分析BIM技術(shù)相比于傳統(tǒng)技術(shù)的優(yōu)勢，以此突出BIM技術(shù)對于橋梁工程設(shè)計(jì)優(yōu)化有著廣泛的應(yīng)用前景，目的在于為橋梁工程設(shè)計(jì)施工工作提供新思路和新方法，提高生產(chǎn)效率，造福國民生活。

二、橋梁工程設(shè)計(jì)與施工特點(diǎn)

橋梁工程自工程選址，結(jié)構(gòu)形式確定到后期的構(gòu)件預(yù)制與現(xiàn)澆等工序各項(xiàng)目較為繁雜且要求較高，然而一旦建設(shè)單位要求對某部分進(jìn)行修改，其他相關(guān)聯(lián)的部分也需要發(fā)生改動(dòng)，造成多方面的損失。

(一)施工現(xiàn)場環(huán)境不確定

橋梁施工環(huán)境擁有自身與眾不同的特點(diǎn)，即施工環(huán)境差異較大，常出現(xiàn)的有山谷中建設(shè)、海中建設(shè)、河湖中建設(shè)、極端點(diǎn)的還有在西藏凍土地區(qū)建設(shè)等。由于施工方案和施工管理對于橋梁工程起著重要的作用，因此，項(xiàng)目中工程師以及管理人員在施工方案的確定、施工管理的處理方面上就顯得尤為重要。并且每個(gè)復(fù)雜的環(huán)境都有其自身獨(dú)特的地理因素，加之，每個(gè)橋梁項(xiàng)目都需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐那闆r進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，故任意一位設(shè)計(jì)人員、施工人員在面對一個(gè)項(xiàng)目的時(shí)候，對他們而言都是一個(gè)全新的挑戰(zhàn)，這就需要各位工作人員在工作中隨機(jī)應(yīng)變，見機(jī)行事。

(二)構(gòu)件多、體積大，設(shè)計(jì)復(fù)雜

橋梁工程設(shè)計(jì)由于結(jié)構(gòu)體積龐大，故其中存在數(shù)量巨大的構(gòu)件，通常情況下橋梁工程設(shè)計(jì)相對繁瑣，難度又大，特別是在其關(guān)鍵位置設(shè)計(jì)往往更加困難，比如在構(gòu)件連接處，這些地方就通常會(huì)在設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)類似連接件沖突和配筋沖突等。再者，單單修改一部分圖紙很難使修改后的圖紙與其他部分圖紙吻合，且修改圖紙費(fèi)事費(fèi)力修改的效果也不好。

由于預(yù)制構(gòu)件本身特點(diǎn)，施工過程中常常在構(gòu)件生產(chǎn)、運(yùn)輸和吊裝等環(huán)節(jié)出現(xiàn)紕漏[2]。第一是如何保證工廠中按要求預(yù)制并安全運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場。施工工作人員應(yīng)該盡職盡責(zé)的記錄構(gòu)件到現(xiàn)場的時(shí)刻、順序和線路，通過這些就可以將施工順序安排妥當(dāng)。第二是通過合理的調(diào)整大型構(gòu)件的安裝順序，可以控制橋梁工程的施工進(jìn)度和質(zhì)量。第三是吊塔等施工機(jī)械往往在實(shí)際施工過程中重復(fù)的使用，對這些器械的需求、強(qiáng)度、吊裝重量的把控都容易出現(xiàn)不準(zhǔn)確的估計(jì)，在目前沒有很好地辦法預(yù)測。

三、通過BIM優(yōu)化橋梁工程設(shè)計(jì)

由于橋梁工程的結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變，各部分細(xì)部構(gòu)造又繁多，故進(jìn)行建模的工作量巨大，所以一般情況需要多個(gè)設(shè)計(jì)人員協(xié)同工作。一套恰當(dāng)?shù)姆止び?jì)劃對整個(gè)項(xiàng)目的完成至關(guān)重要。

(一)BIM參數(shù)化建模

參數(shù)化構(gòu)件指的是通過各種參數(shù)來對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的屬性或構(gòu)件之間的邏輯關(guān)系進(jìn)行確定。在這點(diǎn)上，Revit系列軟件提出了“族”的概念。設(shè)計(jì)人員在創(chuàng)建族的過程中可通過族編輯器加入和修改尺寸、形狀、材質(zhì)等參數(shù)，這樣創(chuàng)建的族不僅有幾何形狀化包括著建筑構(gòu)件的信息。并且在Revit二次開發(fā)中可以使用絕對坐標(biāo)定義構(gòu)件位置，這極大方便了橋梁的三維建模[3]；而CATIA軟件是通過知識(shí)工程模塊來建立參數(shù)化構(gòu)件，其中需要選取關(guān)鍵定位信息，并對構(gòu)件形狀尺寸進(jìn)行約束，通過參數(shù)化來精確控制構(gòu)件形狀位置，若后期需要對模型進(jìn)行修改，可以通過參數(shù)進(jìn)行快速修改。圖為CATIA軟件參數(shù)化實(shí)例。

圖1 腳手架建模

(二)BIM技術(shù)協(xié)同設(shè)計(jì)

協(xié)同設(shè)計(jì)一直作為BIM技術(shù)的核心理念，在建設(shè)工程領(lǐng)域經(jīng)常提及[4]。建筑項(xiàng)目往往不是單一專業(yè)就可以獨(dú)立完成，實(shí)際工程中同一項(xiàng)目常常由多個(gè)專業(yè)協(xié)同完成。

四、基于BIM的橋梁施工優(yōu)化

(一)施工進(jìn)度優(yōu)化

借助BIM技術(shù)構(gòu)建的橋梁三維模型在引入時(shí)間維度，使得項(xiàng)目在一定的時(shí)間單位里模擬實(shí)行施工，例如在甘特圖中引入時(shí)間分析，可以較好的表達(dá)施工進(jìn)度與工作間的關(guān)系，這種模擬大大貼近實(shí)際，并能從模擬中得出未來施工中可能出現(xiàn)的一些施工問題，從而提前做出決策，從而重新制定施工方案。其次，對于項(xiàng)目工程中一些復(fù)雜施工工序和關(guān)鍵位置可以實(shí)施可視化模擬，通過調(diào)整施工工序中的一些施工規(guī)劃對施工方案進(jìn)行優(yōu)化，使得資源配置利用最大化。

(二)施工管理優(yōu)化

由于BIM技術(shù)可以通過模擬施工過程，這與傳統(tǒng)的管理思維有所差別，在模擬過程中提前發(fā)現(xiàn)施工工序中的問題，避免在現(xiàn)場施工中出現(xiàn)不必要的錯(cuò)誤，這個(gè)過程不僅減少問題的出現(xiàn),而且簡化施工管理過程。當(dāng)前BIM技術(shù)是可以有效應(yīng)用于橋梁工程中的，對于大部分常規(guī)橋梁，可以實(shí)現(xiàn)快速建模分析和出圖，具有重要的推廣應(yīng)用價(jià)值[5]。在此過程中，施工過程中因?yàn)锽IM軟件可以得到直觀的施工過程，故施工管理人員能更好地與第一線的工人溝通，以降低施工安全問題發(fā)生的概率。

五、結(jié)束語

在國內(nèi)相關(guān)研究人員的努力下，BIM技術(shù)的應(yīng)用已受到人們的廣泛關(guān)注和認(rèn)可。根據(jù)其數(shù)字化，信息化等特點(diǎn)可為工程設(shè)計(jì)和施工提供技術(shù)支持，減少返工，提高效率[6]。