基于BIM技術(shù)的橋梁工程設(shè)計(jì)與施工優(yōu)化分析

康曉霞

山東東泰工程咨詢有限公司 山東淄博 256400

BIM技術(shù)在橋梁工程中的應(yīng)用，大多數(shù)是針對施工服務(wù)的。主要作用如：BIM模型可以建立構(gòu)件的3D模型、鋼筋模型，這些模型能準(zhǔn)確反映構(gòu)件的尺寸、數(shù)量，避免了經(jīng)驗(yàn)估計(jì)下料造成的材料浪費(fèi)，達(dá)到節(jié)省開支的目的；BIM動(dòng)態(tài)模型可以模擬施工過程，使施工工法得以清晰表達(dá)，幫助工程從業(yè)人員了解施工步驟，提高施工質(zhì)量等。

1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

經(jīng)過國內(nèi)BIM研究人員多年的研究和實(shí)際應(yīng)用，許多房建項(xiàng)目應(yīng)用BIM技術(shù)。將BIM技術(shù)應(yīng)用到橋梁工程中，選擇Revit核心建模軟件，可以借鑒成功案例和經(jīng)驗(yàn)。目前，我國已經(jīng)建成的港珠澳大橋是萬眾矚目的世界級工程，涵蓋專業(yè)多、管線復(fù)雜、施工困難等諸多問題，該項(xiàng)目借助BIM技術(shù)，有效解決了施工過程中管線、結(jié)構(gòu)碰撞等問題，確保了工程質(zhì)量和進(jìn)度。通過將BIM技術(shù)應(yīng)用在橋梁工程施工管理中，大大提高了施工效率，節(jié)約了時(shí)間與成本。針對BIM技術(shù)在橋梁工程全生命周期中的應(yīng)用指出：BIM技術(shù)在橋梁工程的應(yīng)用主要是設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維階段，通過對BIM技術(shù)的應(yīng)用，使橋梁工程的全生命周期管理更為系統(tǒng)化，施工進(jìn)度與質(zhì)量均可得到有效保證，并且在運(yùn)維階段可以準(zhǔn)確進(jìn)行工程量的測算以及相應(yīng)人員的配備，從真正意義上推動(dòng)了橋梁工程順利進(jìn)行[1]。

2 BIM技術(shù)的橋梁工程設(shè)計(jì)與施工優(yōu)化分析

2.1 橋梁工程設(shè)計(jì)方案調(diào)整的優(yōu)化

在BIM技術(shù)的應(yīng)用背景下，橋梁工程設(shè)計(jì)人員可直接對已生成的三維模型進(jìn)行形態(tài)檢驗(yàn)、沖突排查，并通過數(shù)據(jù)修改、圖塊編輯等方式，進(jìn)行設(shè)計(jì)成果的直接調(diào)整。例如，設(shè)計(jì)人員可將已設(shè)計(jì)完成的橋梁工程土建模型與安裝模型同步提交、導(dǎo)入到BIM軟件平臺(tái)當(dāng)中，并啟用平臺(tái)的碰撞檢查模塊，對同一工程背景下兩類專業(yè)模型的匹配情況進(jìn)行排查檢驗(yàn)。在模塊運(yùn)行完成后，碰撞檢查的結(jié)果會(huì)自動(dòng)輸出到可視化界面上，并提供出具體細(xì)致的報(bào)告文本，其內(nèi)容包括碰撞點(diǎn)總數(shù)、硬碰撞點(diǎn)數(shù)量、間隙碰撞數(shù)量以及碰撞部分的具體點(diǎn)位、圖紙編號(hào)、處理建議等。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)人員即可根據(jù)碰撞檢查報(bào)告對三維模型的相關(guān)參數(shù)、結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。其后，對于調(diào)整后的三維模型，重復(fù)進(jìn)行碰撞檢查與優(yōu)化調(diào)整，直至無碰撞情況存在，即代表圖紙方案達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)，不會(huì)在橋梁工程的建設(shè)過程中出現(xiàn)土建施工與安裝施工相沖突的問題。

2.2 基于BIM技術(shù)的協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)搭建

運(yùn)用BIM技術(shù)建立施工環(huán)境的全模擬，建立可完全反映現(xiàn)實(shí)的虛擬3D模型，需要用到多種當(dāng)下最先進(jìn)的測繪技術(shù)，如激光掃描技術(shù)、航測遙感技術(shù)。從事專業(yè)橋梁設(shè)計(jì)的工作人員可以通過BIM技術(shù)對橋梁工程方案進(jìn)行建模，使用自主研發(fā)的BIM建模軟件。首先，通過對施工環(huán)境進(jìn)行科學(xué)勘察，對模型進(jìn)行初步框架設(shè)計(jì)；其次，再利用設(shè)計(jì)方案中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)對此模型進(jìn)行操作，最后，在多個(gè)協(xié)同平臺(tái)的共同努力下，將具有初步輪廓的BIM模型與環(huán)境相融，得到了有著完整大環(huán)境的3D模型[2]。

2.3 BIM技術(shù)在橋梁施工階段的應(yīng)用

①BIM實(shí)現(xiàn)了橋梁建設(shè)中的多方合作同時(shí)進(jìn)行的理念。它能夠使用全部統(tǒng)一的建設(shè)項(xiàng)目管理平臺(tái)，各方聯(lián)系途徑大大縮短，精準(zhǔn)對接，同時(shí)每一方均可以在自己管轄范圍以內(nèi)充分調(diào)用相關(guān)數(shù)據(jù)，做到生產(chǎn)協(xié)同，數(shù)據(jù)同步的目的。使用BIM的技術(shù)，各種目標(biāo)得以較好的實(shí)現(xiàn)，建設(shè)、施工更能避免盲目性。②BIM在橋梁建設(shè)時(shí)，引入BIM技術(shù)的管理平臺(tái)，通過制作管理模型，對施工進(jìn)行精準(zhǔn)化控制，此模型可以更形象、直接地反應(yīng)出具體管理階段的工作內(nèi)容，令效率大大提高。還可以對施工圖紙進(jìn)行復(fù)核，模擬施工工序。③BIM將施工過程中可能出現(xiàn)的隱患降到了最低。施工中最大的隱患就是不清楚施工環(huán)境，而BIM技術(shù)可以模擬施工環(huán)境。比如橋墩施工時(shí)吊裝模板，該模板可以晃動(dòng)，高空作業(yè)若存在大的晃動(dòng)，安全問題就尤為突出。運(yùn)用BIM技術(shù)可以模擬施工現(xiàn)場的環(huán)境，計(jì)算晃動(dòng)的幅度，可以根據(jù)計(jì)算結(jié)果指導(dǎo)工人安全施工。④BIM使設(shè)計(jì)意圖更容易體現(xiàn)：3D技術(shù)工作交底。橋梁建設(shè)時(shí)，某一些部位的構(gòu)件是很復(fù)雜的，如橋墩施工中有許多預(yù)埋構(gòu)件（如人員檢查梯、一些吊桿滑槽，升降機(jī)、運(yùn)輸通道和塔吊固定所用的預(yù)埋件等），采用3D模型形式，更為直觀。

2.4 橋梁工程施工活動(dòng)模擬的優(yōu)化

橋梁工程具有環(huán)節(jié)多樣、環(huán)境復(fù)雜、工期較長等特點(diǎn)，因此勢必會(huì)在實(shí)際施工中面臨多種風(fēng)險(xiǎn)問題。對此，通過BIM技術(shù)進(jìn)行施工活動(dòng)的預(yù)先模擬，可顯著強(qiáng)化施工風(fēng)險(xiǎn)的規(guī)避與應(yīng)對能力，為橋梁工程建設(shè)實(shí)踐的安全施工、高效施工提供保障。例如，相關(guān)人員可依托BIM軟件平臺(tái)與可穿戴設(shè)備，進(jìn)入到虛擬漫游模塊，構(gòu)建出的信息化情境當(dāng)中，從而沉浸式、直觀化地對施工環(huán)境的整體狀態(tài)、現(xiàn)場管理的視野死角、施工現(xiàn)場的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域等進(jìn)行充分感知，并制定出有效的事故應(yīng)急預(yù)案、安全教育方案與施工管理策略。再如，相關(guān)人員可在三維模型的基礎(chǔ)上，啟用BIM軟件平臺(tái)的時(shí)間變化模塊，以此模擬出動(dòng)態(tài)推進(jìn)的施工活動(dòng)變化周期，從而對不同施工強(qiáng)度、施工效率下施工進(jìn)度的實(shí)際情況進(jìn)行考量，由此規(guī)劃出最佳的施工進(jìn)度分配方案，為橋梁工程的按時(shí)保質(zhì)完成夯實(shí)基礎(chǔ)。

2.5 BIM技術(shù)在鋼橋細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

在對較復(fù)雜的地形進(jìn)行公路橋梁建設(shè)方案設(shè)計(jì)時(shí)，BIM的優(yōu)勢就體現(xiàn)出來了。BIM模型相較傳統(tǒng)平面施工圖紙能更清晰地反映實(shí)際情況，且在相對復(fù)雜的環(huán)境如峽谷、河流和某些非常重要的橋梁路段進(jìn)行施工時(shí)，傳統(tǒng)的裝配式橋梁已經(jīng)難以滿足需求，需要進(jìn)行更加復(fù)雜的橋梁建設(shè)。BIM技術(shù)模型可將復(fù)雜的橋梁結(jié)構(gòu)中的重要節(jié)點(diǎn)呈現(xiàn)出來，保障設(shè)計(jì)方案的科學(xué)合理。同時(shí)在細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)上，通過BIM技術(shù)的自身功能，在建模完善后，可以直接在模型中設(shè)計(jì)，提升細(xì)部設(shè)計(jì)質(zhì)量。

2.6 BIM技術(shù)進(jìn)度模擬應(yīng)用研究

運(yùn)用Revit軟件建立的橋梁為3D模型，在此基礎(chǔ)上增加一個(gè)時(shí)間維度，結(jié)合施工進(jìn)度計(jì)劃，以此實(shí)現(xiàn)4D的施工模擬。將此模擬與施工時(shí)間節(jié)點(diǎn)對應(yīng)，工程師能實(shí)時(shí)地將現(xiàn)場施工進(jìn)度情況與4D模型對比，發(fā)現(xiàn)進(jìn)度偏差時(shí)立刻采取糾偏措施。洞庭湖項(xiàng)目部運(yùn)用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)4D施工模擬，將貓道的整個(gè)施工過程利用BIM進(jìn)行模擬，利用模型進(jìn)行現(xiàn)場技術(shù)交底，使施工人員清楚的掌握現(xiàn)場每個(gè)階段的施工任務(wù)，更高效的進(jìn)行現(xiàn)場施工[3]。

2.7 臨建建設(shè)

項(xiàng)目前期結(jié)合BIM技術(shù)對拌合站合理布置優(yōu)化，確保滿足現(xiàn)場混凝土需求，同時(shí)將工程量有效地與成本掛接，進(jìn)行成本核算，加快拌合站建設(shè)方案評審效率，控制成本。針對現(xiàn)場梁場布置，根據(jù)工程所需橋梁預(yù)制工程量和有限空間，結(jié)合BIM技術(shù)合理優(yōu)化，精細(xì)化管理，確保滿足現(xiàn)場生產(chǎn)需求，保證施工工期節(jié)點(diǎn)。

2.8 南錨碇散索鞍吊裝施工方案模擬

散索鞍吊裝是項(xiàng)目施工中一個(gè)十分重要的施工環(huán)節(jié)，也是一個(gè)大的施工難點(diǎn)。項(xiàng)目經(jīng)理部前期制定了相應(yīng)專項(xiàng)施工方案。但是紙質(zhì)版的施工方案在現(xiàn)場無疑會(huì)帶來溝通上的困難。通過BIM技術(shù)的施工方案模擬，將施工工序分解，細(xì)化底板支架設(shè)計(jì)、門架起吊系統(tǒng)安裝、底板安裝、底座安裝，散索鞍安裝各個(gè)施工步驟，對現(xiàn)場作業(yè)人員進(jìn)行可視化技術(shù)交底，大大提高了溝通效率，節(jié)省了施工工期，確保各工序有條不紊的開展。同時(shí)在本項(xiàng)目中BIM還進(jìn)行鋼箱梁吊裝施工方案模擬、貓道架設(shè)施工方案模擬，各個(gè)施工步驟對現(xiàn)場作業(yè)人員進(jìn)行可視化技術(shù)交底，提前進(jìn)行各項(xiàng)施工準(zhǔn)備，確保各工序有條不紊的開展，節(jié)約了施工工期；同時(shí)進(jìn)行BIM技術(shù)在現(xiàn)場管理、進(jìn)度管控等方面的研發(fā)和應(yīng)用。

2.9 6D-BIM在橋梁中的應(yīng)用分析

6D-BIM（第六維建筑信息模型）是在5D-BIM的基礎(chǔ)上增加了能量，具有可持續(xù)性，可以進(jìn)行能耗的分析。在設(shè)計(jì)過程的早期利用6D-BIM技術(shù)可以產(chǎn)生更加完整和準(zhǔn)確的能量估算，它也可以進(jìn)行測量和驗(yàn)證建筑物的占用期間，還可以改進(jìn)在高性能設(shè)施中收集經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的過程。6D-BIM技術(shù)中模型和管理不僅包括圖形，還包括信息，允許自動(dòng)生成圖紙和報(bào)告，包括設(shè)計(jì)分析、進(jìn)度模擬、可持續(xù)性等信息，最終使項(xiàng)目決策者能夠作出更優(yōu)的決策。BIM支持分布式團(tuán)隊(duì)，以便該項(xiàng)目各參與方可以在整個(gè)建筑生命周期中有效地共享此信息，從而消除數(shù)據(jù)冗余、數(shù)據(jù)重新輸入、數(shù)據(jù)丟失、錯(cuò)誤傳達(dá)和工作錯(cuò)誤等問題。因此，這將有利于項(xiàng)目各參與方有效監(jiān)控該項(xiàng)目的全生命周期。

3 結(jié)語

近年來，BIM技術(shù)在公路橋梁建設(shè)行業(yè)已經(jīng)有了初步的應(yīng)用。其不可忽視的作用在方案設(shè)計(jì)階段的各個(gè)環(huán)節(jié)都有所體現(xiàn)：工程細(xì)節(jié)演示、工程難點(diǎn)標(biāo)識(shí)、改變技術(shù)交底方式等方面，都體現(xiàn)了BIM技術(shù)相較于傳統(tǒng)平面圖紙的巨大優(yōu)勢。BIM技術(shù)已經(jīng)被越來越多的行業(yè)內(nèi)人士所認(rèn)可和接受，并逐漸投入使用。而在大量的使用過后，必然會(huì)形成行業(yè)內(nèi)對BIM技術(shù)應(yīng)用的初步規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，使BIM技術(shù)的應(yīng)用在國內(nèi)公路橋梁建設(shè)行業(yè)得到更好的發(fā)展，而BIM技術(shù)建模將會(huì)成為我國建筑行業(yè)中不容忽視的重要技術(shù)環(huán)節(jié)。