大跨度斜拉橋設(shè)計(jì)中BIM技術(shù)的應(yīng)用

王 捷

(貴州路橋集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550001)

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大跨度斜拉橋設(shè)計(jì)中BIM技術(shù)的應(yīng)用

王 捷

(貴州路橋集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550001)

基于目前大跨度斜拉橋設(shè)計(jì)建設(shè)過(guò)程中存在的工作量大、時(shí)間長(zhǎng)且成本消耗大等問(wèn)題，文章分析了研究大跨徑斜拉橋設(shè)計(jì)應(yīng)用BIM技術(shù)的重要性以及優(yōu)勢(shì)，并提出了技術(shù)應(yīng)用的方式方法，其目的是為相關(guān)建設(shè)人員提供一些理論依據(jù)。

大跨度斜拉橋；BIM技術(shù)；Revit Structure；Bentley-Bentley Architecture

1 研究大跨度斜拉橋設(shè)計(jì)中BIM技術(shù)應(yīng)用重要性

建筑信息模式(Building Information Modeling，BIM)最早是由美國(guó)學(xué)者在20世紀(jì)70年代提出來(lái)的。就目前的美國(guó)BIM技術(shù)行業(yè)市場(chǎng)，已經(jīng)形成了相對(duì)完整的BIM技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，即NBIMS，(National Building Information Model Stand-ard)。具體來(lái)說(shuō)，就是將BIM技術(shù)作為三維數(shù)字技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)，從而建立起各類工程建設(shè)的數(shù)據(jù)模型。此過(guò)程,BIM技術(shù)是實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目設(shè)施實(shí)體以及工程特性數(shù)字化表達(dá)的重要載體。橋梁作為特殊的建筑結(jié)構(gòu)，其具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、受力要求高以及形式多樣化等特點(diǎn)，這就使得其設(shè)計(jì)應(yīng)用受諸多因素的影響，尤其是大跨度斜拉橋的設(shè)計(jì)。因其結(jié)構(gòu)的特殊性，設(shè)計(jì)過(guò)程極易出現(xiàn)錯(cuò)漏或是造成施工浪費(fèi)問(wèn)題的出現(xiàn)。

2 大跨度斜拉橋設(shè)計(jì)中應(yīng)用BIM技術(shù)優(yōu)勢(shì)分析

BIM技術(shù)應(yīng)用于大跨度斜拉橋的優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在基于核心建模軟件Revit Structure 建立的構(gòu)件族庫(kù)。具體來(lái)說(shuō)，大跨度斜拉橋構(gòu)件族庫(kù)的建立，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)工程信息化模型的完整性，還能在設(shè)計(jì)過(guò)程中通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)減少工作量。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的精確性，使大跨度斜拉橋設(shè)計(jì)誤差得到了有效控制。這種情況，BIM技術(shù)的應(yīng)用成功解決了大跨度斜拉橋梁工程建模水平和速度不高問(wèn)題。此外，BIM技術(shù)的應(yīng)用還能通過(guò)斜拉橋的信息化模型導(dǎo)出對(duì)應(yīng)的二維施工設(shè)計(jì)圖紙，進(jìn)而生成三維圖紙。這樣一來(lái)，就能對(duì)存在問(wèn)題的圖紙進(jìn)行自動(dòng)修改，從而節(jié)省大跨度斜拉橋設(shè)計(jì)施工的時(shí)間。值得注意的是，基于BIM技術(shù)的大跨度斜拉橋設(shè)計(jì)還能減少以往設(shè)計(jì)方法造成的原材料浪費(fèi)問(wèn)題，從而大幅度降低大跨度斜拉橋施工建設(shè)的造價(jià)成本。為此，相關(guān)建設(shè)人員應(yīng)將該技術(shù)內(nèi)容、應(yīng)用方式重視起來(lái)，并通過(guò)不斷優(yōu)化其應(yīng)用，以適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)大跨度斜拉橋施工建設(shè)提出的安全穩(wěn)定性要求。

3 大跨度斜拉橋設(shè)計(jì)中BIM技術(shù)應(yīng)用方法

3.1 優(yōu)化技術(shù)軟件選擇

就目前的市場(chǎng)環(huán)境，可供大跨度斜拉橋BIM技術(shù)設(shè)計(jì)應(yīng)用的軟件類型有四種分別是：Autodesk--Revit 、Bentley-Bentley Architecture、GraPhisoft/Nemetschek AG-Ar-chiCAD 以及Tekla Corp． - Tekla Strueture，Xsteel。其中兩類使用較為常見(jiàn)，Autodesk-Revit 軟件的作用優(yōu)勢(shì)為，具有應(yīng)用平臺(tái)獨(dú)立性以及操作便捷性。但由于該類軟件是由第三方進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)的，其創(chuàng)建的文件形式，使其無(wú)法與其他軟件平臺(tái)進(jìn)行互通。對(duì)于需要轉(zhuǎn)換模型的設(shè)計(jì)，該軟件應(yīng)用存在一定劣勢(shì)。而Bentley-Bentley Architecture軟件，具有功能強(qiáng)大且設(shè)計(jì)范圍較廣特點(diǎn)，但其操作難度大，因此，僅適用于對(duì)此軟件使用較為熟練的橋梁工程設(shè)計(jì)人員。由此可以看出，Revit 系列軟件無(wú)論是從功能上還是使用上均具有不可替代的優(yōu)勢(shì)，因此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)優(yōu)先采用該軟件進(jìn)行族庫(kù)模型建立。

3.2 全橋模型建立方法

首先，當(dāng)大跨度橋梁各部分構(gòu)件族庫(kù)建立完成后，設(shè)計(jì)人員應(yīng)將其建立一個(gè)結(jié)構(gòu)項(xiàng)目文件。其次，將建立好的構(gòu)件族庫(kù)載入到結(jié)構(gòu)項(xiàng)目樣板文件中，從而調(diào)整各個(gè)構(gòu)件在項(xiàng)目中的位置，進(jìn)而提高模型變化的真實(shí)合理性。最后，設(shè)計(jì)人員就可應(yīng)用二維或三維模型，對(duì)工程建設(shè)的實(shí)際情況進(jìn)行可視化分析，進(jìn)而提高橋梁工程設(shè)計(jì)應(yīng)用的科學(xué)合理性。此過(guò)程，要求設(shè)計(jì)人員要充分考慮大跨度斜拉橋多處的地形條件和地質(zhì)條件，并將地層、索塔、基礎(chǔ)、主梁以及斜拉索等族庫(kù)載入項(xiàng)目文件中，以得到完整的項(xiàng)目模型。在實(shí)際進(jìn)行設(shè)計(jì)建模過(guò)程中，由于族庫(kù)建立具有有效性和便捷性特點(diǎn)，為此，設(shè)計(jì)人員可通過(guò)參數(shù)調(diào)整和可載入族，來(lái)降低整個(gè)工程施工建設(shè)的造價(jià)成本。這種把構(gòu)件族庫(kù)資源共享化的科學(xué)技術(shù)，是未來(lái)橋梁工程施工建設(shè)研究的主要方向。因?yàn)椋ＴO(shè)計(jì)應(yīng)用過(guò)程中，還存在許多技術(shù)難題，為此，相關(guān)人員應(yīng)不斷完善工程建設(shè)族庫(kù)模型的構(gòu)建，以擴(kuò)大BIM技術(shù)應(yīng)用的更大價(jià)值。

3.3 應(yīng)用實(shí)例

以某大跨度斜拉橋工程設(shè)計(jì)為例，在建立墩柱族庫(kù)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員現(xiàn)在Revit中建立空心截面，并通過(guò)拉伸使其達(dá)到實(shí)際構(gòu)件高度。其次，將工程墩臺(tái)的基礎(chǔ)尺寸、標(biāo)高以及材料設(shè)置輸入到空白截面中。最后，對(duì)倒角的細(xì)部構(gòu)造進(jìn)行處理，就完成了墩柱族庫(kù)模型的建立。

對(duì)于索塔族庫(kù)的建立，設(shè)計(jì)人員要分三部分進(jìn)行模型建立，即下塔柱、上塔柱以及鋼錨梁。對(duì)于下塔柱來(lái)說(shuō)，由于該斜拉橋主塔塔柱是變截面的空心結(jié)構(gòu)，且下部塔柱存在向外傾斜特點(diǎn)。為此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)將上部塔柱設(shè)計(jì)為豎直構(gòu)造，即將下部塔柱與中塔柱的交點(diǎn)處作為第一道橫梁位置，將中部塔柱與上部塔柱交點(diǎn)作為第二道橫梁位置。此外，由于公制結(jié)構(gòu)柱樣板文件自身就攜帶一些參數(shù)，這就使得建模設(shè)計(jì)人員要考慮多方面的問(wèn)題影響。在對(duì)上塔柱進(jìn)行墩柱族庫(kù)建立過(guò)程中，由于索塔上塔柱的橫梁和塔尖構(gòu)造較為復(fù)雜，這就使得設(shè)計(jì)人員要注重上塔柱塔尖的截面變化。對(duì)于索塔上的鋼錨梁設(shè)計(jì)，由于其是斜拉索在塔柱結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)索力傳遞的重要構(gòu)件，為此設(shè)計(jì)人員要特別注意BIM模型的設(shè)計(jì)應(yīng)用。具體來(lái)說(shuō)，在索塔的頂部及橫梁與塔柱相交的地方均要留有供維修人員作業(yè)的孔洞，即人孔。由于人孔做法是繪制出人孔的形狀后使用“實(shí)心/空心”功能來(lái)進(jìn)行調(diào)整的。因此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)將其最終的功能實(shí)現(xiàn)調(diào)整為空心，并用剪切功能將洞口模型建立起來(lái)。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，大跨度斜拉橋設(shè)計(jì)中BIM技術(shù)應(yīng)用具有降低工程設(shè)計(jì)工作量、造價(jià)成本以及繁瑣性作用優(yōu)勢(shì)。然而，其在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，由于族庫(kù)構(gòu)件模型眾多，設(shè)計(jì)人員很難實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確性的有效控制，為此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)工程建設(shè)的實(shí)際情況選擇具有應(yīng)用效率的軟件，從而簡(jiǎn)化二維或三維構(gòu)件模型的生成。此外，BIM技術(shù)應(yīng)用不僅實(shí)現(xiàn)了橋梁各部分構(gòu)件的真實(shí)模擬，還為設(shè)計(jì)人員提供了構(gòu)件調(diào)整的平臺(tái)。這樣一來(lái)，設(shè)計(jì)人員只要結(jié)合工程所處的實(shí)際情況就能大幅度提高設(shè)計(jì)應(yīng)用的有效性。這是滿足大跨度斜拉橋建設(shè)使用安全性、耐久性的重要課題內(nèi)容，相關(guān)人員應(yīng)將其作為重點(diǎn)研究對(duì)象，以作用于實(shí)踐。

[1] 宋福春,陳沖,張興,趙寧.BIM技術(shù)在大跨度斜拉橋設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].沈陽(yáng)建筑大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2016,(1):115-123.

[2] 史瑞英,賀洪波,張現(xiàn)林.BIM技術(shù)在永川長(zhǎng)江大橋施工中的應(yīng)用研究[J].圖學(xué)學(xué)報(bào),2016,(4):556-560.

[3] 劉偉.基于建養(yǎng)一體化的大跨度斜拉橋BIM應(yīng)用技術(shù)[J].廣東公路交通,2016,(4):45-49.

2016-12-28

王捷(1989-)，男，貴州納雍人，助理工程師，研究方向：公路橋梁。

U442

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1008-3383(2017)05-0094-02