BIM技術(shù)在橋梁工程中的應(yīng)用

張亞

摘要：BIM技術(shù)的出現(xiàn)解決了橋梁工程信息化、精細(xì)化的設(shè)計與施工要求。文章分析了BIM技術(shù)的優(yōu)勢，探討了BIM技術(shù)在橋梁工程中設(shè)計優(yōu)化、碰撞檢測、施工模擬、三維技術(shù)交底等方面的應(yīng)用，為后續(xù)橋梁設(shè)計與施工提供參考。

Abstract： The emergence of BIM technology has solved the informatization and detailed design and construction requirements of bridge engineering. The paper analyzes the advantages of BIM technology， and discusses the application of BIM technology in bridge design optimization， collision detection， construction simulation， three-dimensional technical analysis， etc.， which provides references for subsequent bridge design and construction.

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);橋梁設(shè)計;橋梁施工

0? 引言

橋梁工程在交通工程中占有非常重要的地位，其規(guī)模大、施工環(huán)境復(fù)雜、易受外界環(huán)境的影響和干擾，這對橋梁的設(shè)計和施工提出了更高的要求。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，一系列先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)被逐漸應(yīng)用到橋梁工程中，特別是BIM技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，使得橋梁工程的設(shè)計周期大幅度減少，設(shè)計人員工作強(qiáng)度降低，同時從二維平面向三維立體模型轉(zhuǎn)變，形成4D模型，能夠分析與指導(dǎo)橋梁的施工過程，同時進(jìn)行施工模擬、施工方案優(yōu)化，施工進(jìn)度計劃調(diào)整[1]，以及提高橋梁運(yùn)營階段的安全性，延長橋梁的使用壽命，突顯出BIM技術(shù)在橋梁工程領(lǐng)域帶來的巨大經(jīng)濟(jì)效益與社會效益[2]?；诖?，文章從橋梁設(shè)計、施工流程出發(fā)，探討B(tài)IM技術(shù)在橋梁工程中的具體應(yīng)用。

1? BIM技術(shù)及優(yōu)勢

BIM（Building Information Modeling）即建筑信息模型，是一個以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，集成了工程項目各種相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)模型，建立設(shè)計單位與施工單位之間的聯(lián)系，提高設(shè)計質(zhì)量，提升施工質(zhì)量和效率[3]。

BIM技術(shù)最早應(yīng)用于建筑工程行業(yè)，隨著橋梁建設(shè)信息化、精細(xì)化的要求，BIM技術(shù)也逐漸被應(yīng)用于橋梁的設(shè)計與施工。其主要技術(shù)優(yōu)勢有：①可視化：BIM可以將橋梁的二維平面圖紙轉(zhuǎn)化為三維立體模型，使得項目設(shè)計、建造、運(yùn)營過程中的溝通、討論、決策都在可視化的三維立體模型下進(jìn)行。②協(xié)調(diào)性：BIM技術(shù)在橋梁設(shè)計、施工過程中可以協(xié)調(diào)設(shè)計單位與施工單位、橋梁施工過程中的各種關(guān)系。③模擬性：通過4D、5D模擬，可以展現(xiàn)橋梁的實際施工過程、造價控制等，從而來制定合理的方案指導(dǎo)施工。④優(yōu)化性：通過BIM提供的橋梁結(jié)構(gòu)間的幾何信息、物理信息等對橋梁整體的施工方案及各個細(xì)節(jié)的施工流程進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。⑤一體性：BIM技術(shù)是一個包含橋梁所有參數(shù)信息的三維模型數(shù)據(jù)庫，可以展現(xiàn)橋梁設(shè)計到建成使用的全過程信息。

2? BIM技術(shù)在橋梁設(shè)計階段的應(yīng)用

2.1 設(shè)計階段前期

橋梁工程需多方參與才能順利完成，在橋梁的設(shè)計階段前期需要根據(jù)業(yè)主要求進(jìn)行橋梁的設(shè)計，業(yè)主需要選擇設(shè)計單位的設(shè)計方案并反饋修改意見等等，在傳統(tǒng)情況下，這種模式是在平面圖紙上進(jìn)行，使得設(shè)計單位和業(yè)主的思想難以統(tǒng)一。BIM技術(shù)的出現(xiàn)解決了這種問題，BIM通過參數(shù)化的建模工具對橋梁進(jìn)行三維建模，得到橋梁的初步設(shè)計模型，這種方式把傳統(tǒng)的二維平面的溝通通過立體三維模型進(jìn)行動態(tài)演示，把橋梁的整體情況展示給業(yè)主，一方面業(yè)主可以根據(jù)模型提出指導(dǎo)性意見，方便設(shè)計方案的修改，根據(jù)修改意見在三維模型上實時修改、實時展示，同時也可以在三維模型上添加各項成本信息，根據(jù)修改隨時了解成本變化情況，以便業(yè)主便捷的確定最優(yōu)方案;另一方面把三維模型與谷歌地圖疊加實現(xiàn)三維漫游，以確定設(shè)計方案與實際的地形是否存在沖突。

2.2 設(shè)計階段后期

設(shè)計階段后期要根據(jù)設(shè)計方案建立詳細(xì)的橋梁模型，把橋梁的各個細(xì)節(jié)通過三維建模展示出來，這時可以對橋梁模型的各個細(xì)節(jié)進(jìn)行校核，如碰撞檢測、糾錯等，橋梁結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對各項指標(biāo)要求相對較高，通過碰撞檢測可以發(fā)現(xiàn)預(yù)埋鋼筋與預(yù)應(yīng)力鋼筋間的位置以及其他結(jié)構(gòu)部件間的位置沖突等問題，圖1就是通過鋼筋的建模檢測預(yù)應(yīng)力鋼筋與預(yù)埋鋼筋位置沖突[4]。設(shè)計人員可以根據(jù)實際情況進(jìn)行調(diào)整，避免后續(xù)施工時再進(jìn)行設(shè)計變更，影響施工效率;另外還可以檢查設(shè)計中是否出錯，通過建模進(jìn)行橋梁各個結(jié)構(gòu)部件的三維展示，可以發(fā)現(xiàn)二維圖紙設(shè)計中存在的問題，根據(jù)問題及時進(jìn)行修改，以完善設(shè)計，通過檢測提升了設(shè)計圖紙的整體質(zhì)量。

3? BIM技術(shù)在橋梁施工階段的應(yīng)用

3.1 施工場地規(guī)劃

橋梁施工現(xiàn)場復(fù)雜，對施工場地要求高，在施工前期，根據(jù)設(shè)計建立標(biāo)準(zhǔn)化的橋梁模型數(shù)據(jù)庫，把數(shù)據(jù)庫中橋梁模型和谷歌地圖三維疊加形成施工現(xiàn)場三維漫游，在三維場景的指導(dǎo)下，可以在室內(nèi)進(jìn)行施工便道規(guī)劃以及施工機(jī)械位置、拌合站、材料堆放區(qū)域選址等，經(jīng)過內(nèi)業(yè)規(guī)劃結(jié)合現(xiàn)場實際踏勘確定施工最優(yōu)方案，以進(jìn)行文明施工，經(jīng)過合理的規(guī)劃，一方面減少外業(yè)工作量，一方面提升施工場地規(guī)劃設(shè)計的效率、提高項目施工的經(jīng)濟(jì)效益[5]。

3.2 施工模擬

運(yùn)用BIM技術(shù)結(jié)合時間屬性來進(jìn)行橋梁施工的4D動態(tài)模擬，可以模擬橋梁施工的全過程，從樁基礎(chǔ)、承臺、墩柱、蓋梁到梁體架設(shè)都可以通過BIM的三維可視化模擬出來，通過模擬施工流程可以發(fā)現(xiàn)施工過程中存在的問題，確定施工方案是否可行，效果如何，在哪些施工流程中可以節(jié)約材料、節(jié)約能源、節(jié)約人力等，另外還可以根據(jù)模擬施工流程對現(xiàn)場材料進(jìn)行調(diào)配，確定現(xiàn)場材料、施工設(shè)備進(jìn)場的順序及數(shù)量，根據(jù)現(xiàn)場的施工進(jìn)度對施工材料、施工設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一部署，提高橋梁施工過程中的工作效率。

3.3 工程量統(tǒng)計

BIM技術(shù)在進(jìn)行橋梁工程三維建模過程中，橋梁的每一個構(gòu)件都是被稱為軟件的“族”文件，如墩柱、系梁、承臺、樁基礎(chǔ)等，“族”文件是獨(dú)立文件形式存在的，并且每一個“族”文件都有相應(yīng)的編碼，通過調(diào)取“族”文件進(jìn)行建模，得到橋梁的整體模型。那么橋梁工程量的統(tǒng)計可以通過“族”文件對象的編碼進(jìn)行，通過軟件的統(tǒng)計功能可以實現(xiàn)單獨(dú)一個構(gòu)件、一類構(gòu)件或者整個橋梁工程量的統(tǒng)計，圖2為橋梁下部結(jié)構(gòu)工程量統(tǒng)計。這種方式摒棄了傳統(tǒng)二維圖紙上需要手工計算，提升了計算準(zhǔn)確度、計算效率。

3.4 三維技術(shù)交底

橋梁工程施工中，結(jié)構(gòu)種類繁多，以往的技術(shù)交底是基于二維平面的紙質(zhì)技術(shù)交底，受維度的限制，無法將施工信息在紙質(zhì)技術(shù)交底上完全標(biāo)注出來，不能充分展示設(shè)計者的意圖。BIM技術(shù)是根據(jù)橋梁的真實結(jié)構(gòu)、實際坐標(biāo)位置、高程位置進(jìn)行三維建模的，可以展現(xiàn)橋梁的各項參數(shù)、樣式、位置信息，通過BIM管理平臺與現(xiàn)場技術(shù)人員、施工人員的手機(jī)客戶端對接，將BIM模型實時發(fā)給現(xiàn)場技術(shù)人員、施工人員（圖3承臺模型的坐標(biāo)和高程信息），實現(xiàn)三維可視化交底，這樣提升現(xiàn)場施工的準(zhǔn)確性，減少紙質(zhì)交底的信息缺失。

3.5 施工進(jìn)度、質(zhì)量控制與管理

橋梁施工過程復(fù)雜、統(tǒng)籌難度大，對施工進(jìn)度的有效管理存在一定難度。運(yùn)用BIM技術(shù)的橋梁三維可視化模型對施工流進(jìn)程進(jìn)行模擬，有利于施工單位對整體進(jìn)度的有效把控，把握施工過程中的各個細(xì)節(jié)，對施工進(jìn)程進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，針對施工過程中存在的問題及時有效的制定合理的應(yīng)急方案，使得施工進(jìn)程管控從被動到主動轉(zhuǎn)變，確保施工過程能夠按照既定目標(biāo)順利開展。

施工質(zhì)量對橋梁的安全施工、安全運(yùn)營有著非常重大的意義，在施工質(zhì)量的管控方面，根據(jù)BIM模型模擬施工進(jìn)程中各個具體的操作細(xì)節(jié)，結(jié)合現(xiàn)場實際情況不斷對施工方案進(jìn)行優(yōu)化，實現(xiàn)對橋梁施工進(jìn)程中各個細(xì)節(jié)的管控，保證橋梁施工進(jìn)程中的總體質(zhì)量。

4? 結(jié)論

BIM把傳統(tǒng)的二維平面圖紙轉(zhuǎn)化為三維立體模型，并應(yīng)用到橋梁工程的設(shè)計和施工過程，為橋梁工程的設(shè)計、施工提供了技術(shù)保障，不僅節(jié)省施工成本，而且提升施工效率、質(zhì)量，滿足了橋梁工程建設(shè)信息化管理、精細(xì)化施工的需要。由于BIM技術(shù)還是一項新技術(shù)，在實際的使用過程中還存在一些問題：①部分設(shè)計、施工單位對BIM技術(shù)使用還僅僅存在于工程展示，沒有對BIM的模擬與分析功能進(jìn)行深層次的應(yīng)用;②專門用于橋梁建模的BIM軟件較少，這樣軟件中族庫中專門用于橋梁的族文件較少，導(dǎo)致建模過程中很多“族文件”需要單獨(dú)創(chuàng)建，增加建模工作量。

參考文獻(xiàn)：

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