BIM技術(shù)在公路橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探討

摘要：為解決當(dāng)前公路橋梁設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，本文對(duì)BIM技術(shù)在公路橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用展開(kāi)研究，分析了BIM技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)，從建立協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)、比選橋梁方案、設(shè)計(jì)鋼橋細(xì)節(jié)、可視化技術(shù)交底等方面，探討B(tài)IM技術(shù)在公路橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，舉例了近幾年來(lái)的幾項(xiàng)應(yīng)用實(shí)例，從軟件技術(shù)缺乏成熟、對(duì)硬件配置的要求較高、對(duì)專業(yè)人才的要求較高等角度，探討B(tài)IM技術(shù)應(yīng)用于公路橋梁設(shè)計(jì)面臨的問(wèn)題，以期為相關(guān)人員提供參考。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);公路橋梁設(shè)計(jì);問(wèn)題

引言

BIM技術(shù)在信息時(shí)代的發(fā)展下應(yīng)運(yùn)而生，全稱為建筑信息模型技術(shù)，是一種區(qū)別于我國(guó)傳統(tǒng)CAD技術(shù)的多維信息集成技術(shù)，目前已經(jīng)在公路工程等多種工程領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，可以借助BIM技術(shù)來(lái)完成對(duì)橋梁方案的比選、設(shè)計(jì)鋼箱梁細(xì)節(jié)，非常值得推廣應(yīng)用。

1? BIM技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)分析

我國(guó)對(duì)BIM技術(shù)的研究與應(yīng)用起步較晚，因此尚未實(shí)現(xiàn)對(duì)這一技術(shù)與公路橋梁工程的深度融合。BIM技術(shù)在公路橋梁工程中的應(yīng)用特點(diǎn)如下：

1.1可視化特點(diǎn)

可視化特點(diǎn)是BIM技術(shù)最為突出的特點(diǎn)。在傳統(tǒng)的工程建設(shè)中，對(duì)工程設(shè)計(jì)信息的傳遞通常需要借助二維圖紙來(lái)實(shí)現(xiàn)，圖紙中標(biāo)注的圖形、符號(hào)都具有各自的含義，常為施工人員的識(shí)圖帶來(lái)一定的困難，需要具有專業(yè)素質(zhì)的技術(shù)人員，運(yùn)用空間想象能力將其還原為三維圖形，這就為工程施工帶來(lái)了一定的不便。但在BIM技術(shù)出現(xiàn)之后，上述問(wèn)題得到了顯著的改善。具體而言，公路橋梁工程的設(shè)計(jì)人員可應(yīng)用BIM技術(shù)將工程的設(shè)計(jì)信息直觀、形象地展現(xiàn)為三維可視化模式，為施工人員理解工程設(shè)計(jì)意圖帶來(lái)多方位、多視角的助力，保障工程順利、高質(zhì)量地建設(shè)完成。

1.2可傳遞性特點(diǎn)

在公路橋梁工程建設(shè)中，應(yīng)用BIM技術(shù)還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)工程信息的及時(shí)傳遞，保證工程項(xiàng)目數(shù)據(jù)的正確性與時(shí)效性。例如，在需要修改工程設(shè)計(jì)的某一部分時(shí)，在傳統(tǒng)工程設(shè)計(jì)模式下，設(shè)計(jì)人員需對(duì)多個(gè)圖紙展開(kāi)反復(fù)的修改，耗費(fèi)較多的時(shí)間與精力，而在應(yīng)用BIM技術(shù)后，在上述環(huán)節(jié)中，設(shè)計(jì)人員可直接應(yīng)用電腦程序?qū)?xiàng)目?jī)?nèi)容實(shí)施自動(dòng)修改，再借助BIM技術(shù)的可傳遞性特點(diǎn)，將修改部分傳遞給其它受影響的圖元，這就顯著提升了設(shè)計(jì)人員的工作效率，保證了工程項(xiàng)目數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

1.3可優(yōu)化性特點(diǎn)

在公路橋梁工程的設(shè)計(jì)、施工與運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)中，受到多種因素的影響，對(duì)工程的設(shè)計(jì)可能會(huì)出現(xiàn)不得不更新、優(yōu)化的情況，這時(shí)受到工程復(fù)雜程度的影響，工程的設(shè)計(jì)方、施工方等可能會(huì)在更新、優(yōu)化意見(jiàn)上出現(xiàn)分歧，從而影響工程的順利更新完成[1]。此時(shí)，運(yùn)用BIM技術(shù)便可取得不錯(cuò)的效果，例如工作人員可運(yùn)用BIM技術(shù)將工程在設(shè)計(jì)、施工、資金投入、管理等多個(gè)方面的信息搜集、整合起來(lái)，為參建方提供更為全面的工程方案，供其展開(kāi)深入的交流與探討，解決工程建設(shè)中存在的問(wèn)題。此外，工作人員也可應(yīng)用BIM技術(shù)分析工程原材料等信息，進(jìn)一步優(yōu)化公路橋梁工程，實(shí)現(xiàn)良好的建設(shè)效果。

1.4模擬性特點(diǎn)

工作人員可應(yīng)用BIM技術(shù)完成對(duì)公路橋梁構(gòu)件，在性能、時(shí)間與功能等方面的模擬，甚至可以應(yīng)用BIM技術(shù)模擬公路橋梁建設(shè)完成后的實(shí)際場(chǎng)景，分析公路橋梁設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，進(jìn)一步完善公路橋梁工程設(shè)計(jì)，這種模擬技術(shù)具有高度的準(zhǔn)確性，能夠大幅度提升工程設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)效率[2]。

2? BIM技術(shù)在公路橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析

公路項(xiàng)目由于里程較長(zhǎng)、沿線地形地貌變化較大等原因，公路橋梁設(shè)計(jì)常涉及到多種橋型的配合使用。一般主線橋多采用裝配式小箱梁、T梁橋型方案，跨越河流、深谷時(shí)多采用連續(xù)剛構(gòu)橋、斜拉橋或者懸索橋等橋型方案，涉及的技術(shù)要點(diǎn)繁多，給設(shè)計(jì)、施工帶來(lái)不少困難。因此，借助BIM這一門(mén)先進(jìn)技術(shù)，做好公路項(xiàng)目橋梁多種橋型的分析，精細(xì)化展示設(shè)計(jì)、施工中復(fù)雜節(jié)點(diǎn)，完成對(duì)多種橋型方案的比選、擬定具有重要的意義。

2.1 建立協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)

應(yīng)用先進(jìn)的測(cè)量技術(shù)，例如無(wú)人機(jī)傾斜攝影、激光掃描技術(shù)等完成BIM模型基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，借助協(xié)同平臺(tái)，建立相應(yīng)的環(huán)境模型。

下圖為協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)的工作流程：

將數(shù)字化的路線設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)上傳到協(xié)同平臺(tái)作為公路橋梁設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。使用橋梁BIM設(shè)計(jì)軟件，生成橋梁方案BIM模型，運(yùn)用協(xié)同平臺(tái)，完成橋梁BIM模型與環(huán)境模型的組裝融合，最終生成大場(chǎng)景化的BIM模型。結(jié)合這一模型，對(duì)橋梁方案設(shè)計(jì)的可行性、合理性展開(kāi)比對(duì)，做好對(duì)各種數(shù)據(jù)的銜接與處理[3]。在這種協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)的支持下，各專業(yè)使用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源是唯一的，避免了因數(shù)據(jù)存在差異導(dǎo)致設(shè)計(jì)方案出現(xiàn)錯(cuò)誤的情況;此外，對(duì)這種協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)的應(yīng)用，還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)信息的有效傳遞，例如各專業(yè)設(shè)計(jì)人員可應(yīng)用平臺(tái)檢查數(shù)字化設(shè)計(jì)成果，確認(rèn)無(wú)誤后再提交給下一階段，為工程設(shè)計(jì)帶來(lái)了許多的方便。

2.2 運(yùn)用BIM技術(shù)，完成對(duì)橋梁方案的比選

為節(jié)約造價(jià)、方便施工，公路橋梁多采用標(biāo)準(zhǔn)跨徑裝配式橋梁方案，橋跨布置綜合考慮地形地貌、填土高度及跨越物等情況進(jìn)行布設(shè)。在傳統(tǒng)的公路橋梁方案設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員通常采用1：2000地形圖、路線縱斷面設(shè)計(jì)圖進(jìn)行橋跨布置，雖然能夠保證設(shè)計(jì)質(zhì)量，但因?yàn)橹庇^性不足，易忽略部分細(xì)節(jié)導(dǎo)致橋型方案不盡合理。例如出現(xiàn)方案設(shè)計(jì)意圖表現(xiàn)不明、橋梁構(gòu)造物與被跨越物體的位置關(guān)系難以確認(rèn)等多種問(wèn)題，而B(niǎo)IM技術(shù)的應(yīng)用能夠有效地解決上述問(wèn)題。

以某公路工程的設(shè)計(jì)為例。應(yīng)用BIM技術(shù)，通過(guò)對(duì)常規(guī)橋梁孔徑信息、跨越物信息、控制信息等的批量設(shè)置，快速生成了常規(guī)橋梁方案模型。將BIM的方案模型與地形模型組合在一起，對(duì)橋梁方案展開(kāi)比選，完成對(duì)孔徑布置、上下構(gòu)選型、跨越情況的合理性驗(yàn)證，取得了良好的設(shè)計(jì)效果。

2.3運(yùn)用BIM技術(shù)，加強(qiáng)對(duì)鋼箱梁細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)

在公路橋梁設(shè)計(jì)中，常遇到需跨越通航河流、深谷及公路鐵路等情況，這時(shí)常規(guī)跨徑裝配式橋梁難以滿足跨越要求，需采用大跨徑的剛構(gòu)橋、斜拉橋、懸索橋等方案。在大跨徑橋梁中，鋼箱梁應(yīng)用比較廣泛。鋼箱梁是由頂板、底板、腹板、橫隔板、縱膈板、加勁肋等多個(gè)構(gòu)件共同構(gòu)成，這些構(gòu)件會(huì)在工廠中節(jié)段制造完成，進(jìn)而運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)完成焊接安裝，對(duì)工程設(shè)計(jì)與構(gòu)件加工的精細(xì)化程度都做出了很高的要求。在傳統(tǒng)的公路橋梁設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)用二維圖紙，以節(jié)段劃分的形式，通過(guò)對(duì)幾個(gè)橫斷面圖的展示，完成對(duì)鋼箱梁結(jié)構(gòu)的組成以及對(duì)加工方案的表達(dá)，但這也會(huì)造成一些問(wèn)題，鋼結(jié)構(gòu)加工廠在拿到設(shè)計(jì)圖時(shí)，通常需要對(duì)圖紙進(jìn)行進(jìn)一步的深化設(shè)計(jì)，對(duì)于設(shè)計(jì)意圖表述不清的地方，會(huì)聯(lián)系設(shè)計(jì)單位多次修繕，這就延長(zhǎng)了工程的工期，也帶來(lái)了許多不必要的人力、物力浪費(fèi)，因此工作人員應(yīng)運(yùn)用BIM技術(shù)完善這一設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。

以對(duì)某公路跨線橋的設(shè)計(jì)為例。工程采用了（44+70+36）鋼箱梁，在設(shè)計(jì)階段中，工作人員主要應(yīng)用Tekla軟件，設(shè)計(jì)鋼箱梁的細(xì)節(jié)，再運(yùn)用BIM技術(shù)將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與三維設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái)，清晰地展現(xiàn)出鋼箱梁中各構(gòu)件的位置關(guān)系。工作人員還借助BIM技術(shù)的三維模型，完成了對(duì)各構(gòu)件的預(yù)拼裝，以及碰撞檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中不合理的地方并予以修繕，生成直觀的三維軸側(cè)安裝圖供施工單位參考。構(gòu)件加工也應(yīng)用這一方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與數(shù)控加工機(jī)床的對(duì)接，優(yōu)化了下料信息，提升了構(gòu)件生產(chǎn)的質(zhì)量，減少了因設(shè)計(jì)單位、工廠生產(chǎn)、施工單位溝通協(xié)調(diào)不利帶來(lái)的人力、物力浪費(fèi)，縮短了工程的工期并節(jié)約了工程的造價(jià)。

2.4 運(yùn)用BIM技術(shù)，完成對(duì)懸索橋節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)

在大跨徑懸索橋設(shè)計(jì)中，鋼桁架的應(yīng)用較為常見(jiàn)，其主梁節(jié)點(diǎn)錨栓以及索鞍等部位，空間構(gòu)造較為復(fù)雜，若工作人員應(yīng)用二維圖紙表達(dá)這一部分，通常會(huì)為施工人員造成許多誤解，橋梁的設(shè)計(jì)意圖難以準(zhǔn)確地傳達(dá)到施工階段中，影響工程建設(shè)，而B(niǎo)IM技術(shù)的應(yīng)用能夠解決上述問(wèn)題。

以對(duì)某公路大橋的設(shè)計(jì)為例。這一工程涉及對(duì)1000m雙塔單跨鋼桁架懸索橋的設(shè)計(jì)，工作人員運(yùn)用了Tekla和Revit等軟件，構(gòu)建了鋼桁架、索鞍等部位的細(xì)節(jié)模型，真實(shí)地表達(dá)出了橋梁的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，讓工程的設(shè)計(jì)階段與施工階段能夠順利地銜接到一起，保證了工程的施工質(zhì)量。

2.5 運(yùn)用BIM技術(shù)，完成可視化技術(shù)交底

工程的技術(shù)交底環(huán)節(jié)是設(shè)計(jì)單位與施工單位展開(kāi)緊密溝通，共同探討工程的設(shè)計(jì)意圖以及相應(yīng)施工要點(diǎn)的環(huán)節(jié)，對(duì)保證工程順利、高質(zhì)量建設(shè)完成具有重要的作用。但運(yùn)用常規(guī)的二維手段表達(dá)工程的設(shè)計(jì)意圖往往是存在缺陷的，容易為技術(shù)交底環(huán)節(jié)帶來(lái)諸多的不便，導(dǎo)致施工出現(xiàn)問(wèn)題，為橋梁工程的施工質(zhì)量帶來(lái)很大的隱患，而借助BIM技術(shù)能夠解決上述問(wèn)題。

工作人員可應(yīng)用BIM技術(shù)模擬關(guān)鍵的施工工序，將工程的設(shè)計(jì)意圖以三維可視化的方式展現(xiàn)出來(lái)，對(duì)于施工中應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格注意的地方，可直接標(biāo)示出來(lái)，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)工程設(shè)計(jì)意圖的準(zhǔn)確表達(dá)。也可運(yùn)用BIM技術(shù)制作針對(duì)施工組織設(shè)計(jì)以及施工作業(yè)指導(dǎo)書(shū)中關(guān)鍵步驟的演示動(dòng)畫(huà)，提供給施工單位，為技術(shù)交底環(huán)節(jié)帶來(lái)更多的支持，保證工程施工的品質(zhì)。同時(shí)對(duì)于工程涉及的關(guān)鍵施工工法，以及相關(guān)的施工工藝，可直接制作為技術(shù)交底庫(kù)，為施工階段以及后續(xù)其它類似工程項(xiàng)目的施工帶來(lái)參考。

3? BIM技術(shù)應(yīng)用于公路橋梁設(shè)計(jì)面臨的問(wèn)題

3.1 軟件技術(shù)缺乏成熟

我國(guó)BIM技術(shù)發(fā)展起步較晚，因此在當(dāng)前的公路橋梁工程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)用的BIM軟件仍以國(guó)外的軟件為主，這些國(guó)外軟件的開(kāi)放性較大，與工程的相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的貼合程度不佳，應(yīng)用效果不夠理想。由此可見(jiàn)，對(duì)國(guó)外BIM軟件的本土化工作迫在眉睫，相關(guān)工作者應(yīng)結(jié)合我國(guó)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)習(xí)慣，做好對(duì)BIM技術(shù)相應(yīng)功能的本土化處理以及二次開(kāi)發(fā)，保證其能夠被更好地應(yīng)用到實(shí)際的工程建設(shè)中。同時(shí)，相關(guān)研發(fā)者也應(yīng)做好對(duì)本土軟件的研發(fā)工作，發(fā)掘我國(guó)在BIM技術(shù)發(fā)展方面的潛力，最終實(shí)現(xiàn)以本土化的軟件，助力橋梁工程的設(shè)計(jì)與施工。

3.2 對(duì)硬件配置的要求較高

對(duì)公路橋梁工程的設(shè)計(jì)，本就需要用到大量的工程信息，除公路橋梁自身的信息以外，還包括公路沿線的地質(zhì)情況、地形地貌以及其它自然、人文信息。因此，應(yīng)用BIM技術(shù)在公路橋梁設(shè)計(jì)中生成的模型，體量也是較大的，在建模以及對(duì)相應(yīng)信息的處理上，通常需要較好的硬件配置，如此才能夠順利完成對(duì)BIM技術(shù)的應(yīng)用。

3.3 對(duì)專業(yè)人才的要求較高

公路橋梁工程建設(shè)對(duì)BIM技術(shù)的應(yīng)用，涉及到設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)管理等多個(gè)環(huán)節(jié)。在設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用，就涉及到建立模型、信息傳遞等多個(gè)方面，對(duì)設(shè)計(jì)人員的專業(yè)素質(zhì)提出了很高的要求。設(shè)計(jì)人員必須對(duì)項(xiàng)目各階段的相關(guān)信息具有充分的了解，同時(shí)還能夠運(yùn)用BIM技術(shù)將這些信息直觀地表達(dá)出來(lái)。由此可見(jiàn)，對(duì)BIM技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)專業(yè)人才的要求是較高的，而當(dāng)前在這一方面的專業(yè)人才還是比較稀缺，也影響了對(duì)這一技術(shù)的應(yīng)用效果。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在公路橋梁設(shè)計(jì)中應(yīng)用BIM技術(shù)，能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)人員帶來(lái)諸多的幫助，提升工程設(shè)計(jì)的可行性，促進(jìn)工程設(shè)計(jì)階段與其它階段的有力銜接。此外，應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)在一定程度上還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)工程造價(jià)的節(jié)約，提升工程的經(jīng)濟(jì)效益。因此，相關(guān)工作人員應(yīng)做好對(duì)BIM技術(shù)的研究與學(xué)習(xí)，盡可能將其全面引入到公路橋梁設(shè)計(jì)中，從而促進(jìn)公路工程事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介：張俊生（1973-），男，漢族，遼寧錦州人，碩士，高級(jí)工程師，從事公路橋梁設(shè)計(jì)工作