裝配式市政橋梁設計管理中BIM技術的應用探討

李維華

【摘要】在市政橋梁的設計中，根據(jù)工程的詳細數(shù)據(jù)、所有信息以及裝配式結構中各類構件的連接等，運用BIM技術建立三維立體模型，不但可以通過其可視化和數(shù)據(jù)模型功能進行設計的調整和優(yōu)化，而且能夠將其運用到整體的設計管理中，保證裝配式橋梁設計的質量和水平，提高結構的安全性和穩(wěn)定性，還有運用于預制配件的組裝和設計，可以大幅度提高工作效率和質量。本文將分析BIM技術在裝配式市政橋梁設計中的優(yōu)勢，并研究在設計管理中的具體運用方法。

【關鍵詞】裝配式;市政橋梁;設計管理;BIM技術;具體運用

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

在現(xiàn)代化的建筑工程設計和施工活動中，大多都會運用BIM技術來建立對應的模型，為施工活動的開展提供科學依據(jù)，它不僅僅是對設計進行調整和優(yōu)化，還能夠對整體的施工過程，投資、設計、質量、成本、安全、施工以及竣工等內容，實現(xiàn)全方位的管控，結合其模型的建立、數(shù)據(jù)分析和處理技術以及計算機的運用保證整體的施工活動，能夠依據(jù)相關的合同和文件，正常有序地進行，從而提高管理水平和施工質量，這對于建設單位來說具有重要的意義。所以要明確該技術的真正價值，針對存在的問題，要注意選擇專業(yè)型人才，運用BIM技術的強大功能，保障工程符合當前建筑的基本要求。

1、BIM技術在裝配式橋梁設計管理中的運用優(yōu)勢

1.1 有利于提高裝配式設計效率和質量

主要是和以往的二維平面設計相比較而言，運用BIM技術可以根據(jù)實際需要，針對不同的部位和結構內容，利用立體化展現(xiàn)出來，并利用其三維立體數(shù)據(jù)模型，建立對應的數(shù)據(jù)和幾何關系，當其中一項數(shù)據(jù)發(fā)生改變時，其他的會隨著改變，因而靈活性較強。運用BIM技術反對裝配式橋梁進行設計，不但效率快，而且質量高。

1.2 可以有效地實現(xiàn)裝配式預制構件的優(yōu)化設計

在預制構件中，為了有效地節(jié)省成本，會使用集成化的模具進行預制件的組裝，而在該式樣的結構中大多都是平移關系，因而可以利用BIM技術，進行多個方式的組合和拼裝，以明確實際預制構件安裝中存在的問題，并通過立體化模型，結合組合和拼裝方法提高設計的科學性。

1.3 保證設計參數(shù)的準確和科學性

主要表現(xiàn)在兩個方面：一是在設計過程中，運用BIM技術，可以對操作的數(shù)據(jù)進行實時動態(tài)保存，并結合數(shù)據(jù)篩選和處理技術，將有價值的數(shù)據(jù)，保存到對應的系統(tǒng)庫中，通過記錄的信息，可以明確實際造價成本和工藝參數(shù)，為后續(xù)的竣工結算提供方便。二是運用相關的軟件，對于裝配式橋梁所有相關的設計參數(shù)，運用相關的公式和計算方法，進行系統(tǒng)自動計算，從而提高計算效率[1]。

1.4 確保整體設計工作管理的規(guī)范化進行

主要是運用BIM技術的協(xié)同和可視化功能，將設計、施工、機電安裝等工作有效結合在一起，將各種不同的信息和數(shù)據(jù)整合后，并建立對應的數(shù)據(jù)關系，結合各個數(shù)據(jù)庫、組合、單個模型的建立，進行數(shù)據(jù)的集中處理，通過統(tǒng)一的處理平臺進行數(shù)據(jù)分析和研究，從而實現(xiàn)共享。還有在施工過程中，將有關不同的構件數(shù)量、規(guī)格以及機電信息輸入系統(tǒng)時，就會利用其龐大專業(yè)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，對澆筑和安裝工藝進行三維立體化呈現(xiàn)，還可以結合設計布置提高管理效益和水平。

2、BIM技術在市政橋梁設計管理中的具體運用

2.1 明確設計中的難點和問題

在市政工程中，裝配式橋梁工程的設計正式開始之前，要對交通、地下管線、排水管道以及工程所有相關的信息進行收集，并對地質和地理環(huán)境等進行檢測，因而具體的設計內容較多且復雜，所以要根據(jù)裝配式橋梁設計的標準流程，結合工程量和投資成本進行設計，然后利用BIM技術針對結構安裝和連接等操作，進行碰撞檢測，以保證工藝和參數(shù)設計的準確。尤其是裝配結構中的異形構件，更要在獲取準確參數(shù)的基礎上進行優(yōu)化設計。

2.2 BIM各種數(shù)據(jù)模型的建立和平臺的搭建

主要包含兩個方面：設計協(xié)同和工程管理平臺的建立，利用BIM技術中的各項軟件建立專業(yè)的數(shù)據(jù)庫和模型，包括支梁三維立體模型的建立，并通過該技術進行模型的組裝，在橋梁上、下結構的設計中，對相關的參數(shù)設計、結構布置以及在上結構的拼裝設計中，都運用對應的軟件和三維模型來進行設計。然后結合整體的工程設計內容，建立信息化協(xié)同管理平臺[2]。

2.3 流程設計

（1）建立BIM技術運用項目小組，對設計單位提供的設計方案和圖紙，進行模型建立和分析，針對不同工藝和結構設計情況，根據(jù)實際的內容和要求進行研究，明確設計中存在的問題。

（2）進行裝配式橋梁設計的碰撞檢測，根據(jù)具體的設計和相關模型的建立，將規(guī)格模型進行不同方式的組合運用，開展碰撞檢測工作，然后依據(jù)檢測結果，進行設計的調整和優(yōu)化。

2.4 設計階段的協(xié)同優(yōu)化

在設計時，設計單位要加強和各個工程參與單位的溝通和交流，根據(jù)多方的意見和工程設計標準進行綜合設計。

2.4.1 BIM技術的三維立體模型的建立

主要是運用可視化特點，向施工單位和業(yè)主展現(xiàn)工程設計方案和施工管理模型，并對其中的工藝、工程質量、設計進度以及安全等進行流程設計，然后結合碰撞檢測，對地下管線和樁基等進行安全檢測，保證各個結構的安全性。

2.4.2 4D施工模型建立

主要是將建立的三維模型，結合時間曲線變化，實現(xiàn)動態(tài)展示，從而明確各個施工階段的詳細情況，有利于提高管理效率。

2.5 質量管理

在設計過程中的質量管理，對于設計整體水平和項目開展有著最主要的影響，而在質量管理中，主要是針對設計方案是否能夠滿足國家對裝配式橋梁規(guī)定、工程建設、使用功能以及方案的可行性問題，依據(jù)相關的工作管理流程來進行，利用BIM技術的3D、4D、5D模型的建立，對各項設計內容，通過模型來展示，并對裝配式預制構件的安裝和連接，進行數(shù)據(jù)模型分析和研究，根據(jù)不同的規(guī)格、型號的構件的安裝和連接部位，運用對應的連接、組合和固定工藝進行科學化施工，確保各個構件設計參數(shù)正確[3]。

2.6 設計進度

主要是對設計工作開展的實際情況進行監(jiān)督和管理，運用BIM技術的信息共享和協(xié)同設計建立進度管理平臺，將工程資料、二維平面設計以及數(shù)據(jù)模型信息等，可以提高協(xié)同設計的工作效率，并將設計工作的開展、對設計圖紙和方案和審核工作進行一個平臺管理，還可以利用參數(shù)設計，對具體的工藝操作進行數(shù)據(jù)模擬，提高設計建模速度，比如在現(xiàn)澆箱梁截面模型的建立，根據(jù)數(shù)據(jù)群進行批量式的建模，而且在模型建立時，相關的配筋設計可以協(xié)同完成[4]。

2.7 成本管理

對于工程建設來說，投資成本的管理和控制是整體工作中的重點，而在相關的設計管理中，主要通過造價成本控制來實現(xiàn)。造價成本主要包含兩個方面的內容：工程量統(tǒng)計和預算。在成本管理中，主要是運用5D效果，在原有的施工管理模型的基礎上添加成本管理內容，通過模型的建立和相關有效信息的收集，進行工程量的自動統(tǒng)計，還有在設計工作中，相關的設計人員會根據(jù)工作的開展將工程所有數(shù)據(jù)都輸入到系統(tǒng)中，然后運用系統(tǒng)計算軟件進行處理，并進行數(shù)據(jù)的對比，明確其中存在的差異，但要注意的是在設計工作中，不僅僅要根據(jù)對應標準進行優(yōu)化，還要結合具體的投資成本和質量要求進行限額設計，綜合成本管理，進行設計的調整[5]。

3、裝配式市政橋梁設計要點分析

3.1 混凝土梁

根據(jù)國家相關規(guī)定，對梁體結構的承重能力和極限狀態(tài)進行科學驗算，并運用預應力結構進行設計，然后對節(jié)段拼裝梁要根據(jù)預制構件來進行，預制梁和空心板可以使用混凝土強度為C50的材料進行，而箱梁和T梁要使用強度為C40的混凝土材料，在新舊混凝土的連接部分，要進行凹凸處理使得形成粗糙面。

（1）在空心板的設計中，可以利用后張法進行，并確保底板的寬度和厚度都在規(guī)定的范圍內，在單個空心板的一端要設置支座，還有在側面絞縫處理中，可以采用深縫構造，在縱向鋼筋位置要設置隔離板，橋墩的鋼筋長度要大于一千毫米，并進行對稱伸縮縫中心設置。

（2）預應力混凝土箱梁。在箱梁設計中，主要有兩種結構：先簡支后橋面連續(xù)和先簡支后結構連續(xù)。前者主要是在單個箱梁中進行單個支座的建立，而后者是在結構體系轉化后，在相鄰的箱梁中進行支座的設計，在結構負彎矩部分，要將鋼束錨固在翼緣下的齒塊上。

（3）節(jié)段拼裝。主要可以分為標準、過渡以及墩頂節(jié)段三種形式，在進行預制的過程中，要根據(jù)實際的工程情況，或者運用BIM技術進行模擬，選擇合適的方法處理，并確保箱梁、結構負載力以及底板的厚度能夠滿足承重要求，還有在接縫處理中，如果采用的是濕縫處理，要保證節(jié)段的預留寬度在六十毫米以上，使用細石混凝土材料進行填充。而運用膠縫處理時，使用環(huán)氧樹脂材料要保證厚度均勻，并進行擠壓和固化[6]。

3.2 鋼混組合式梁體結構

3.2.1鋼板梁

可以選用雙主梁或者多個主梁形式，間距大小要根據(jù)梁體結構的跨度和寬度來確定。在進行節(jié)段連接時，上翼緣可以使用對接焊縫處理，而下翼緣可以運用焊接或者強度較高的螺栓進行連接，焊縫要使用T形。

3.2.2槽型

主要有單箱單室、雙室、多室三種形式，在梁支點的斷面部分，要在跨中處設置橫向隔離，可以運用桁架和實腹式隔離。在運用閉口加勁時，要確保間距設置合理。

3.2.3橋面板

其具體的厚度要大于一百八十毫米，如果主梁間距較大，可以設置承托結構，當承托的高度高于八十毫米時，要在底部進行橫向鋼筋的布置，對于縱向接縫的處理，可以使用環(huán)形鋼筋來進行，濕接縫和預制板外延的橫向鋼筋要采取綁扎處理。

3.2.4連接件

主要是在鋼混形式的結構中，使用連接件，可以運用焊釘或者開孔版來進行連接處理。焊釘可以運用均勻或者集中布置形式來進行，開孔板的厚度不能小于十二毫米，要注意的是在型鋼中的連接件的間距設置，最大不能超過500毫米。

3.3 下部結構設計

有關預制構件的設計，要確保能夠滿足內力的傳遞作用，還要方便安裝。在預制構件的連接設計中，要根據(jù)具體的結構、強度以及拼裝等來進行處理，比如灌漿套筒主要運用于橋臺和橋墩的豎向連接中。

3.3.1蓋梁

對于預制梁來說，可以使用高強度的混凝土材料進行，在進行節(jié)段預制拼裝的過程中，相關的拼接面要運用剪力結構形式，并進行預應力構架的設計。蓋梁與墩柱進行連接時，可以進行灌漿金屬波紋管和后張預應力的連接，對于預應力啊連接要將錨固結構設置在墩樁上，并將張拉端放于梁結構上部。在進行階段連接設計時，可以運用濕接頭處理方法進行，對縱向上的鋼筋進行焊接和錯開布置處理，并且要避開構架的負載力較大的截面。

3.3.2墩柱

預制結構可以使用性能較好的混凝土，并且強度要大于規(guī)定的等級，尤其是在塑性結構范圍內要進行加筋處理。在節(jié)段拼裝預應力結構連接處理中，可以使用黏結性力筋進行，將錨固設置在承臺，張拉端在墩頂，并用波紋管進行連接和密封處理。

3.3.3承臺

該結構的預制連接與墩柱和樁基的設計方法差不多，在進行承臺和樁基的連接中，運用承插和插槽方法進行。在墩柱和樁基的連接中，運用灌漿套管進行設計，承壓樁結構在使用插槽連接時，要先將預制樁放入到合適的高度，在鋼筋材料放到承臺中時，其長度不能低于規(guī)定數(shù)值，而且要滿足抗震設計要求，還有在錨固鋼筋和面板進行雙面焊接設計時，要確保焊縫的長度不得小于錨固筋體結構直徑大小的五倍。在進行穿插連接設計時，將實心的樁體插入長度不得低于錨固筋長度，如果對其有著明確的抗震要求設計，要進行長度的增加。此外對于承臺的預留孔洞的處理，要在填筑工藝進行前進行清理，然后使用稍微碰撞式的混凝土材料進行填充。

結語：

綜上所述，在裝配式市政橋梁的設計中，要根據(jù)相應的規(guī)范和要求，選用合適的結構組合形式，確保結構連接穩(wěn)固和安全，并根據(jù)具體的橋梁結構，進行預制構件的安裝，運用BIM技術對整體的設計，進行全過程動態(tài)化管理，在設計工作中，運用可視化立體模型和協(xié)同化平臺的建立，提高建模效率和質量，并結合設計質量、進度、成本等管理，保證設計的科學和準確，為施工活動的開展打下堅實的基礎。

參考文獻：

[1]周群，黃瑩，榮浩，等.基于BIM技術的裝配式市政橋梁設計管理研究[J].西部交通科技，2019，No.143（06）：110-115.

[2]陳文寶，魏志松，張航，等.BIM技術在裝配式橋梁工程中的應用[J].北京交通大學學報，2019，43（04）.

[3]王吉文，夏楓.BIM技術在橋梁設計中的應用研究[J].城市道橋與防洪，2017，000（010）：78-80.

[4]陳巒.BIM技術在裝配式建筑設計中的應用探討[J].建材與裝飾，2018，000（012）：80-81.

[5]徐文，楊萬里.BIM技術在裝配式橋梁工程中的作用研究與探討[J].工程建設與設計，2020.

[6]劉洋.裝配式建筑結構設計中BIM技術的應用研究[J].工程建設與設計，2020（19）.