BIM在橋梁工程施工設(shè)計(jì)過程中的應(yīng)用與研究

董博 蔡永明

中交一公局集團(tuán) 北京 100024

橋梁建設(shè)是我國道路交通建設(shè)的重要組成部分，其解決了跨水或越谷的交通難題，為運(yùn)輸和人行提供了很大的便利。設(shè)計(jì)者在進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)時(shí)要保障橋梁符合標(biāo)準(zhǔn)，還要最大程度上保障橋梁建設(shè)的質(zhì)量。應(yīng)用BIM技術(shù)可以更好地達(dá)到上述目的。在進(jìn)行橋梁建設(shè)時(shí)，第一步實(shí)際工作是橋梁設(shè)計(jì)，第二步是橋梁施工，過程中，要注重橋梁工程設(shè)計(jì)與施工的優(yōu)化問題。本文主要是在BIM技術(shù)應(yīng)用于橋梁工程的設(shè)計(jì)與施工的基礎(chǔ)上進(jìn)行相關(guān)研究，目標(biāo)是更好地促進(jìn)中國橋梁建筑領(lǐng)域的發(fā)展，推動(dòng)我國現(xiàn)代化建設(shè)。

1 BIM技術(shù)

BIM是建筑信息模型的英文縮寫，主要是通過三維數(shù)字等一些先進(jìn)的技術(shù)建立數(shù)字化模型，并進(jìn)行工程各節(jié)點(diǎn)的三維動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)以及仿真化分析，以此實(shí)現(xiàn)模塊化、系統(tǒng)化和可視化的精細(xì)設(shè)計(jì)。這種方式能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)道路橋梁工程的優(yōu)化設(shè)計(jì)，在其施工和其它環(huán)節(jié)之中通過新型的設(shè)計(jì)理念，推動(dòng)市政道路橋梁工程設(shè)計(jì)向著信息化方向發(fā)展。運(yùn)用BIM軟件構(gòu)建起道路橋梁模型，能夠直接模擬出整體工程的三維環(huán)境，設(shè)計(jì)師可以直接依照直觀的工程模型，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外部的統(tǒng)一化設(shè)計(jì)，達(dá)到直接展示直觀效果的目的。BIM通過優(yōu)化模型，實(shí)現(xiàn)橋梁建設(shè)的虛擬性，一旦需要某一處的細(xì)節(jié)就會(huì)直接從模型之中進(jìn)行提取，最終以三維立體圖形的方式將設(shè)計(jì)模型展現(xiàn)出來，最大程度上保證了設(shè)計(jì)的合理性。這樣一來在設(shè)計(jì)階段就能夠提前感受到最終建設(shè)完成之后的效果，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)其中存在的問題，做出相應(yīng)的改正措施[1]。

2 BIM技術(shù)在橋梁設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用

2.1 總體框架設(shè)計(jì)

基于BIM技術(shù)的橋梁健康信息監(jiān)測(cè)系包含了BIM橋梁數(shù)據(jù)信息模型及橋梁健康信息監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)采集、處理兩部分內(nèi)容。其中，BIM橋梁數(shù)據(jù)信息模型為橋梁的建設(shè)與健康信息的監(jiān)測(cè)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，則數(shù)據(jù)采集、處理利用各種傳感器實(shí)現(xiàn)了對(duì)運(yùn)行中的橋梁實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)?；贐IM的橋梁健康信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基本框架。其中，橋梁健康信息采集包含了傳感器系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集、傳輸以及數(shù)據(jù)處理和控制系統(tǒng)。傳感器系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)與信息評(píng)估的要求，需盡可能準(zhǔn)確與全面地獲取橋梁結(jié)構(gòu)的環(huán)境荷載、局部及整體特征等各種信息。根據(jù)監(jiān)測(cè)物理量的不同，傳感器主要包含了應(yīng)變力傳感器、加速度傳感器、風(fēng)速傳感器、高清攝像頭等多種智能傳感器。橋梁健康評(píng)估系統(tǒng)通過對(duì)各類橋梁信息進(jìn)行相應(yīng)地處理，同時(shí)結(jié)合BIM模型強(qiáng)大的可視化與分析計(jì)算功能，完成對(duì)橋梁健康狀況的綜合評(píng)估，包括損傷識(shí)別、狀態(tài)評(píng)估以及疲勞分析等信息，并給出相應(yīng)地預(yù)警信息。同時(shí)，根據(jù)實(shí)際工作的需求生成橋梁養(yǎng)護(hù)規(guī)劃。橋梁健康評(píng)估系統(tǒng)的基本功能。橋梁數(shù)據(jù)模型信息系統(tǒng)，是以BIM構(gòu)建的橋梁全生態(tài)模型信息系統(tǒng)。在橋梁規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，利用BIM構(gòu)件能夠以三維模型的形式體現(xiàn)復(fù)雜的工程設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)中的各類仿真計(jì)算進(jìn)行專業(yè)分析；在工程施工階段，利用BIM模型可全程監(jiān)控當(dāng)前施工進(jìn)度，并對(duì)施工過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行隨時(shí)優(yōu)化，大幅提高了工程效率；在運(yùn)行維護(hù)階段，利用BIM模型中的工程數(shù)據(jù)信息、檢測(cè)信息以及設(shè)備和傳感器信息，為橋梁健康狀況的全方位評(píng)估提供基本的數(shù)據(jù)資料。

2.2 BIM與技術(shù)以及施工設(shè)計(jì)

技術(shù)設(shè)計(jì)大都是指初步設(shè)計(jì)的延伸，即指對(duì)選取出來較為合理的方案展開精細(xì)化的加工，能夠更好地應(yīng)用于較為繁瑣的橋梁工程中。這一步主要是對(duì)橋梁的結(jié)構(gòu)展開更為嚴(yán)密的探索，并根據(jù)探索結(jié)果來進(jìn)行施工圖紙的設(shè)計(jì)。在這一個(gè)環(huán)節(jié)中，每一項(xiàng)步驟都十分繁瑣。應(yīng)用BIM技術(shù)之后，能夠更好的展開此項(xiàng)工作，BIM技術(shù)也為該項(xiàng)工作帶來了有效的簡化方式。BIM軟件能夠?qū)υO(shè)計(jì)進(jìn)行全面的檢查，有沖突的部位會(huì)進(jìn)行檢測(cè)生成分析報(bào)告，這樣工作人員就能夠按照?qǐng)?bào)告來展開修改工作，之后進(jìn)行建模和檢測(cè)工作，最后完美處理項(xiàng)目中的問題。方案的確認(rèn)主要是在不斷的修改之中進(jìn)行的，BIM技術(shù)的出現(xiàn)，把這一項(xiàng)步驟進(jìn)行了簡化，方便了施工設(shè)計(jì)工作。這樣不僅有利于促使橋梁工程項(xiàng)目在施工過程中的整體質(zhì)量能夠得到有效提升，而且還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目成本的有效控制。除此之外，通過BIM技術(shù)在其中的合理利用，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)施工整個(gè)環(huán)節(jié)的模擬處理，尤其是對(duì)于一些大型的機(jī)械設(shè)備而言，可以對(duì)這些設(shè)備的行進(jìn)路徑進(jìn)行合理的選擇和利用。這樣不僅可以盡可能避免機(jī)具相互之間會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的碰撞關(guān)系，而且還會(huì)保證施工方案在制定和落實(shí)中的合理性和有效性[2]。

2.3 鋼箱梁細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)

現(xiàn)階段橋梁工程之中出現(xiàn)了很多跨線橋設(shè)計(jì)，為了可以將跨越結(jié)構(gòu)施工給交通運(yùn)行帶來的影響降到最低，鋼箱梁頂推方案開始被廣泛應(yīng)用。鋼箱梁通常都是由地板、頂板、橫隔板、腹板等材料在工廠節(jié)段制造之后通過現(xiàn)場(chǎng)焊接安裝完成，其內(nèi)部的構(gòu)造相對(duì)比較復(fù)雜，橫縱交錯(cuò)，同時(shí)還給加工精細(xì)化提出了一些要求。傳統(tǒng)二維圖紙下一般都是通過節(jié)段劃分和幾個(gè)相對(duì)比較典型的橫斷面圖去制定鋼箱梁上部結(jié)構(gòu)的組成情況以及具體的加工措施。當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)加工方在得到設(shè)計(jì)圖紙之后往往都需要對(duì)圖紙實(shí)施深化設(shè)計(jì)，并對(duì)其中設(shè)計(jì)意圖不夠明顯的地方需要及時(shí)不斷地和設(shè)計(jì)方進(jìn)行溝通，這就在無形當(dāng)中給工期造成了影響。BIM技術(shù)的引入就很好地解決了這個(gè)問題，三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)資料可以很便捷的輸出不同位置和角度的二維剖面，迅速生成相關(guān)構(gòu)造圖紙，大大提高了鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)效率[3]。

3 結(jié)語

該技術(shù)在橋梁工程中的合理利用，不僅可以從中取得良好的應(yīng)用效果，而且還可以滿足設(shè)計(jì)階段、施工階段等各個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)該技術(shù)的個(gè)性化要求。由此可以看出，BIM技術(shù)對(duì)橋梁工程建設(shè)而言，具有不可替代的影響和作用，可以起到良好的推動(dòng)作用。