BIM技術(shù)在公路橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

溫志劍

（江西省交通設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，江西南昌330052）

0 引言

在社會(huì)的不斷發(fā)展中，公路橋梁作為我國基礎(chǔ)性的建設(shè)工程，其本身對社會(huì)的發(fā)展、人們的生活有著至關(guān)重要的作用，而且在時(shí)代的不斷變化中人們對公路工程建設(shè)質(zhì)量也有了更高的要求，對施工方面也給予了更多的關(guān)注。這就需要相關(guān)工程人員不斷加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)工程質(zhì)量、工程效益的全面提升。BIM技術(shù)是在三維數(shù)字技術(shù)基礎(chǔ)上衍生出的一種建筑信息模型技術(shù)，被廣泛應(yīng)用到公路橋梁工程中，極大地促進(jìn)了工程質(zhì)量、工程效益的提升。

1 BIM技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢

1.1 可以實(shí)現(xiàn)公路橋梁工程可視化

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，現(xiàn)階段人們對公路橋梁建設(shè)有了更高的要求，公路橋梁工程不僅要滿足基本的交通需求，同時(shí)還要滿足城市規(guī)劃需求，符合人們審美需求，這也使得公路橋梁結(jié)構(gòu)逐漸走向復(fù)雜化特點(diǎn)。在這種環(huán)境下，傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)圖形已經(jīng)不能滿足公路橋梁工程建設(shè)需求，而且無法對公路橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬展示，只能通過圖紙進(jìn)行想象，不僅難以第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的不足，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致施工中經(jīng)常出現(xiàn)各種設(shè)計(jì)不符的問題，不僅影響了施工進(jìn)度，還會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)返工、工程變更等情況，極大地增加了施工成本。而BIM建?？梢詫?shí)現(xiàn)公路橋梁工程的可視化管理，針對不同階段、不同時(shí)期的過程可以進(jìn)行建模處理，從而提高設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量。

1.2 具有一定的協(xié)調(diào)性優(yōu)勢

BIM技術(shù)除了可以實(shí)現(xiàn)公路橋梁工程的可視化處理外，還具有極強(qiáng)的協(xié)調(diào)性。在一項(xiàng)大型的公路橋梁工程建設(shè)中，通常包含多項(xiàng)施工內(nèi)容，而設(shè)計(jì)上也同樣需要綜合多方面進(jìn)行考量，這也就導(dǎo)致傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案中經(jīng)常出現(xiàn)和現(xiàn)實(shí)脫軌的問題，導(dǎo)致設(shè)計(jì)方案不合理，而且也會(huì)發(fā)生不同專業(yè)領(lǐng)域信息不兼容等問題，如洞口預(yù)留尺寸不合理、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不滿足橋梁受力需求等。而BIM技術(shù)則很好地解決了這種問題，可以直接建立一個(gè)信息處理平臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)不同專業(yè)領(lǐng)域人員的實(shí)時(shí)交流，并能綜合分析設(shè)計(jì)方案，更直觀地指出方案中的不合理性，以此減少設(shè)計(jì)問題的發(fā)生。

1.3 BIM技術(shù)可以為工程管理提供良好的技術(shù)支持

在公路橋梁工程施工現(xiàn)場受各種因素的影響和制約，往往使得施工工作存在一定的隱患，這就需要管理人員事先做好施工準(zhǔn)備工作，要加強(qiáng)現(xiàn)場管理力度，避免施工過程中出現(xiàn)安全隱患和質(zhì)量問題。因此，BIM技術(shù)的全面應(yīng)用可以幫助施工管理人員更加科學(xué)地進(jìn)行資源配置，實(shí)現(xiàn)對施工人員、材料、設(shè)備的合理劃分，根據(jù)施工模擬的方式確認(rèn)施工工序，以及施工工藝的選擇。另外，BIM系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)和數(shù)碼設(shè)備的連接，從而實(shí)現(xiàn)對施工現(xiàn)場的遠(yuǎn)程操控，施工負(fù)責(zé)人可以通過控制系統(tǒng)隨時(shí)對現(xiàn)場情況進(jìn)行了解，并科學(xué)指揮現(xiàn)場作業(yè)，從而提高施工的安全性，提升施工效率和質(zhì)量，為公路橋梁的高質(zhì)量落實(shí)做好準(zhǔn)備。

1.4 可以為公路橋梁工程設(shè)計(jì)、造價(jià)、工程管理提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)依據(jù)

BIM技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對工程量的精準(zhǔn)預(yù)測。在三維立體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，BIM技術(shù)可以將不同結(jié)構(gòu)部分的設(shè)計(jì)進(jìn)行緊密聯(lián)系，從而為工程設(shè)計(jì)以及管理人員提供基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)支持，減少工程施工中出現(xiàn)較大起伏的概率，還可以進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，為綠色施工提供保障。同時(shí)，基于BIM技術(shù)的支持下，可以實(shí)現(xiàn)對各個(gè)階段、各項(xiàng)數(shù)據(jù)以及資料的采集，為工程設(shè)計(jì)、工程造價(jià)管理等提供更科學(xué)的依據(jù)，從而促進(jìn)工程造價(jià)的合理性，有效約束工程各環(huán)節(jié)的成本支出，幫助企業(yè)節(jié)約資金，減少資源浪費(fèi)，從而促進(jìn)工程的順利落實(shí)。

2 BIM技術(shù)的應(yīng)用對公路橋梁設(shè)計(jì)建模特征的積極影響

2.1 滿足了公路橋梁建模多元化的需求

橋梁既是公路工程的重要組成部分，也是公路工程建設(shè)施工中的難點(diǎn)和重點(diǎn)。公路橋梁施工質(zhì)量、公路橋梁結(jié)構(gòu)以及設(shè)計(jì)等各方面的要求更高，公路橋梁形式也具有多樣性的特點(diǎn)，其中最常見的包括拱橋、懸索橋、鋼架橋、梁式橋等。

在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候需要結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡匦蔚孛蔡攸c(diǎn)，科學(xué)選擇橋梁形式，這在一定程度上也加大了設(shè)計(jì)工作的難度。而BIM技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了對公路橋梁工程的建模處理，無論是哪種橋梁結(jié)構(gòu)都可以通過BIM系統(tǒng)進(jìn)行模擬展示，這樣就可以滿足不同公路橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需求，幫助設(shè)計(jì)人員更好地分析設(shè)計(jì)中的重難點(diǎn)問題，并結(jié)合工程的實(shí)際需求給出合理的設(shè)計(jì)方案[1-2]。

2.2 符合公路橋梁設(shè)計(jì)建模規(guī)模化的需求

公路橋梁工程是一項(xiàng)十分龐大的工程項(xiàng)目，和公路施工以及其他建筑工程都有所不同。公路橋梁是對兩個(gè)地點(diǎn)的連接，其中會(huì)涉及高空作業(yè)、危險(xiǎn)作業(yè)等，再加上我國有很多公路橋梁工程長度超出百米范圍，而且這些橋梁結(jié)構(gòu)有著面廣、線長、點(diǎn)多等特點(diǎn)，而在這種大型的公路橋梁工程中利用BIM技術(shù)可以很好地解決公路橋梁設(shè)計(jì)上的難度，將規(guī)模龐大的公路橋梁工程通過精準(zhǔn)的比例計(jì)算，在BIM系統(tǒng)中進(jìn)行建模處理，從而使設(shè)計(jì)更合理。

2.3 滿足公路橋梁設(shè)計(jì)的高質(zhì)量要求

公路橋梁工程投入的資金成本是十分大的，所以無論是對施工還是設(shè)計(jì)都有著極高的要求，一旦建成在短時(shí)間是不可能重復(fù)投資建設(shè)的，這也使得公路橋梁具有唯一性特點(diǎn)。如果設(shè)計(jì)不合理會(huì)導(dǎo)致投入的資金、資源出現(xiàn)高度浪費(fèi)和消耗的情況，會(huì)為工程企業(yè)帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

此外，公路橋梁建設(shè)過程中本身對人力、財(cái)力、物力的需求量是十分大的，而且在這個(gè)過程中對資源的消耗量也十分大，需要各個(gè)部門之間緊密配合，高度協(xié)調(diào)才能保障工程的順利落實(shí)。在BIM技術(shù)的加持下，很多公路橋梁工程中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了造價(jià)管理、施工管理、設(shè)計(jì)管理的統(tǒng)一化和標(biāo)準(zhǔn)化，使各項(xiàng)管理工作都可以在BIM技術(shù)的應(yīng)用中得以優(yōu)化，極大促進(jìn)了管理水平的提升，滿足了現(xiàn)代社會(huì)對公路橋梁工程設(shè)計(jì)的高質(zhì)量需求。

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

3.1 在橋梁方案比選中的應(yīng)用

目前，在我國的公路橋梁工程建設(shè)中，應(yīng)用裝配式橋梁構(gòu)件已經(jīng)成為公路橋梁建設(shè)的主要發(fā)展方向，而且隨著裝配式橋梁占比的逐漸加大，公路橋梁設(shè)計(jì)中常規(guī)橋梁方案的擬定就顯得十分重要。而傳統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)使用的1∶2000地形圖及路線設(shè)計(jì)已經(jīng)不符合現(xiàn)代橋梁構(gòu)造的需求，而且這種設(shè)計(jì)方式存在著設(shè)計(jì)意圖無法被施工人員準(zhǔn)確理解、橋梁構(gòu)造物與被跨運(yùn)物體的位置關(guān)系設(shè)計(jì)不合理等問題?，F(xiàn)階段將BIM技術(shù)應(yīng)用在公路橋梁方案設(shè)計(jì)中可以結(jié)合BIM模型系統(tǒng)和地形模型進(jìn)行組合對比，使公路橋梁整體方案在實(shí)際環(huán)境中得以建模展示，從而幫助工程人員更直觀地對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評價(jià)和對比，以此驗(yàn)證孔徑布置、上下構(gòu)選型，通航情況是否合理、是否達(dá)到工程建設(shè)需求。

3.2 實(shí)現(xiàn)了對公路橋梁節(jié)點(diǎn)板件的優(yōu)化設(shè)計(jì)

公路橋梁的結(jié)構(gòu)是非常復(fù)雜的，節(jié)點(diǎn)處的板件有著多且雜亂的特點(diǎn)，所以在進(jìn)行公路橋梁設(shè)計(jì)中，通常相關(guān)的設(shè)計(jì)人員難以對公路和橋梁之間節(jié)點(diǎn)板件關(guān)系進(jìn)行科學(xué)把握，使得一些細(xì)節(jié)問題難以被察覺，從而為施工帶來了諸多不利的影響。除此之外，橋塔造型的豐富性也是公路橋梁施工建設(shè)中的重難點(diǎn)問題。BIM技術(shù)的應(yīng)用就可以將這些問題輕而易舉地解決，而且通過模型的建立，使得橋梁塔內(nèi)部分的結(jié)構(gòu)更加直觀清晰地展示給工程人員，可以對每一個(gè)細(xì)節(jié)部位、每一個(gè)節(jié)點(diǎn)板架進(jìn)行清晰的可視化觀察，從而確保橋塔內(nèi)部構(gòu)造各構(gòu)件設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)性，減少構(gòu)件碰撞的問題。尤其是在一些大跨徑懸索橋中經(jīng)常用的鋼桁架主梁節(jié)點(diǎn)錨栓、索鞍等部位。這些部位本身的空間結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，在傳統(tǒng)的橋梁設(shè)計(jì)中，二維圖紙對這些部位難以進(jìn)行充分表達(dá)，對各部位的節(jié)點(diǎn)難以進(jìn)行精準(zhǔn)設(shè)計(jì)，所以經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致施工環(huán)節(jié)因?yàn)閷υO(shè)計(jì)圖紙理解不到位或者理解失誤而引發(fā)施工質(zhì)量問題。通過BIM技術(shù)也很好地避免了這一問題，利用相關(guān)的建模軟件可以實(shí)現(xiàn)對懸索橋中鋼桁架和索鞍細(xì)節(jié)的模型建立，從而更真實(shí)準(zhǔn)確地將每一個(gè)細(xì)節(jié)問題進(jìn)行精準(zhǔn)把握，使設(shè)計(jì)更加合理，確保設(shè)計(jì)與施工的高效銜接，從而提升公路橋梁的整體施工質(zhì)量。

3.3 在鋼箱梁細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

隨著我國公路工程建設(shè)規(guī)模的不斷壯大，現(xiàn)階段我國公路橋梁工程中出現(xiàn)了越來越多的跨線設(shè)計(jì)，而傳統(tǒng)的跨線設(shè)計(jì)中通常因?yàn)楦鞣N因素使得橋梁工程中出現(xiàn)諸多不合理的問題，造成嚴(yán)重的交通堵塞或者施工質(zhì)量問題。而BIM技術(shù)的應(yīng)用剛好實(shí)現(xiàn)了對公路橋梁結(jié)構(gòu)的模擬展示，可以清晰看到結(jié)構(gòu)構(gòu)件和組成情況，能及時(shí)分析其中的潛在問題。鋼箱梁一般是由頂板、底板、副板、橫隔板、縱隔板等構(gòu)件組成的。由于構(gòu)造的復(fù)雜性，所以在施工中對施工技術(shù)的精準(zhǔn)度和施工人員的專業(yè)能力有較高的要求，同時(shí)在進(jìn)行鋼箱梁加工制造時(shí)，需要相關(guān)制造人員按設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行。如果單靠以往的設(shè)計(jì)方式進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，施工人員就不能正確把握結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)構(gòu)件位置，以及各板塊之間的拼接方式，很容易造成施工質(zhì)量問題，甚至?xí)驗(yàn)閷υO(shè)計(jì)方案掌握不到位，而造成大量的材料浪費(fèi)、資源浪費(fèi)，增加施工成本。因此，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)可以應(yīng)用BIM技術(shù)先將橋梁結(jié)構(gòu)的各部位進(jìn)行可視化展示，再通過該技術(shù)的模擬展示使設(shè)計(jì)和模型構(gòu)造進(jìn)行全面結(jié)合，將設(shè)計(jì)方案以一種三維立體的模式展示出來，直接將鋼箱梁的每一個(gè)構(gòu)件的位置關(guān)系以及內(nèi)部復(fù)雜的結(jié)構(gòu)更清晰、更直觀地展示出來。這樣更有利于工廠進(jìn)行精準(zhǔn)加工和制造。

除此之外，BIM技術(shù)還可以模擬展示鋼箱梁拼裝碰撞檢測過程，可以幫助工程設(shè)計(jì)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案中存在的問題和不合理的地方，以便第一時(shí)間對其進(jìn)行優(yōu)化。

4 公路橋梁中BIM技術(shù)應(yīng)用存在的問題

4.1 軟件技術(shù)不成熟

目前在公路橋梁設(shè)計(jì)和施工管理工作中，BIM軟件大部分是以引進(jìn)國外的基礎(chǔ)軟件為主的。這些軟件由于和中國規(guī)范的貼合度不深，本土性的開發(fā)工作尚未完成，從而導(dǎo)致軟件的開放性較大，在應(yīng)用過程中容易出現(xiàn)功能和實(shí)際需求不符合的情況。由于對軟件技術(shù)的了解不透徹以及技術(shù)應(yīng)用不成熟和二次開發(fā)工作不完善等因素的影響，導(dǎo)致BIM技術(shù)在公路橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用依舊處于基礎(chǔ)階段，并不能最大限度地發(fā)揮軟件優(yōu)勢，為公路橋梁設(shè)計(jì)提供更全面更科學(xué)性的保障，這也是需要盡快解決的重點(diǎn)問題。對此，應(yīng)該參考國內(nèi)外一些優(yōu)秀的案例，結(jié)合我國工程建設(shè)需求，不斷進(jìn)行軟件的創(chuàng)新，使該技術(shù)更好地服務(wù)于工程建設(shè)。

4.2 硬件配置需求高

公路橋梁在建設(shè)過程中會(huì)受到多種因素的影響和制約，需要相關(guān)的設(shè)計(jì)人員綜合地形特點(diǎn)、地質(zhì)情況、氣候、水文條件等綜合因素進(jìn)行考慮，以此才能提高設(shè)計(jì)的合理性和規(guī)范性。基于公路橋梁項(xiàng)目的特殊性，在建模處理的時(shí)候需要較高的硬件配置才可以實(shí)現(xiàn)全過程的三維模擬展示，而且在對公路橋梁架構(gòu)進(jìn)行建模的時(shí)候，必須還原沿線周圍的地貌特點(diǎn)、地質(zhì)情況，結(jié)合這些因素，綜合分析設(shè)計(jì)中存在的問題和不足之處，以此才能進(jìn)一步提升設(shè)計(jì)的合理性和科學(xué)性，提升工程的整體質(zhì)量。但是就目前來看，在公路橋梁設(shè)計(jì)BIM技術(shù)應(yīng)用中硬件配置不足是一個(gè)非常關(guān)鍵性的問題。相關(guān)企業(yè)應(yīng)該高度重視這一問題，并要認(rèn)識(shí)到BIM技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，為該技術(shù)投入更多的資金支持，完善硬件配置，全面發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢。

4.3 缺乏相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和法律

首先，由于BIM技術(shù)的應(yīng)用處于探索階段，還沒有一個(gè)較為統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范性文件對其進(jìn)行有效的約束和指導(dǎo)，因此在公路橋梁工程建設(shè)中應(yīng)用該技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)缺乏一定的規(guī)范性，所應(yīng)用的數(shù)據(jù)接口、數(shù)據(jù)模式也沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。其次，對于知識(shí)產(chǎn)權(quán)方面的保護(hù)力度不足，對于模型設(shè)計(jì)成果缺乏一定的法律保護(hù)，所以在使用權(quán)上存在一定的爭執(zhí)性。

4.4 對BIM從業(yè)人員要求較高

BIM行業(yè)對從業(yè)人員的就業(yè)要求較高，對從業(yè)人員的設(shè)計(jì)能力和信息化能力都有一定的要求。相對于傳統(tǒng)CAD、AI等設(shè)計(jì)軟件來說，BIM軟件有著這類傳統(tǒng)軟件不可比擬的優(yōu)勢，強(qiáng)大的建模功能和信息傳輸功能可以為公路橋梁工程建設(shè)提供更高效的技術(shù)和信息支持。目前，我國傳統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)師群體與建筑師對建模重新學(xué)習(xí)的難度比較大，而市場對專業(yè)人才的需求量的不斷增加使得BIM技術(shù)的人才市場缺口大，這在一定程度上也直接影響了BIM技術(shù)在公路橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

5 結(jié)語

總而言之，公路橋梁工程是我國基礎(chǔ)建設(shè)的重要部分，而BIM技術(shù)的應(yīng)用可以滿足公路橋梁建設(shè)各階段的設(shè)計(jì)需求，能為工程建設(shè)人員和設(shè)計(jì)人員提供良好的技術(shù)支持，但是由于該技術(shù)在我國起步較晚，所以應(yīng)用過程中依舊有很多需要完善的地方，對此還需加大技術(shù)研究，不斷完善硬件配置，引進(jìn)高質(zhì)量的技術(shù)人才，為BIM技術(shù)的高效應(yīng)用提供良好保障。