BIM技術(shù)在橋梁工程設(shè)計(jì)與施工中的應(yīng)用研究

朱紅軍 孫建鋒

（蘇交科集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 211112）

0 引言

BIM技術(shù)屬于新一代的設(shè)計(jì)技術(shù)與設(shè)計(jì)理念，其已經(jīng)被歐美國家用于各種建設(shè)項(xiàng)目中，被譽(yù)為繼CAD之后的又一次重大變革。然而，對于橋梁工程建設(shè)而言，BIM技術(shù)處于初步探索環(huán)節(jié)，其應(yīng)用的案例比較少，應(yīng)用成功的案例有新白沙沱長江大橋、滬昆客專北盤大橋。首先，我們應(yīng)充分了解BIM技術(shù)的基本概念，以便更好地開展后續(xù)的分析與研究工作。

1 BIM技術(shù)的基本概述

BIM即建筑信息化模型，其是一個(gè)比較完整的信息化模型，可將建筑工程全生命周期每個(gè)階段的資源、工程信息都集中在一個(gè)模型之中，然后被項(xiàng)目參與方所應(yīng)用[1]。其借助三維數(shù)字技術(shù)來模擬建筑工程的真實(shí)信息，可為項(xiàng)目設(shè)計(jì)與施工提供有效的信息模型，以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)施工一體化的效果。據(jù)估測，預(yù)計(jì)在未來的幾年內(nèi)，我國BIM技術(shù)的應(yīng)用率比較高的企業(yè)數(shù)量會(huì)呈現(xiàn)出108.0%的態(tài)勢增長。

2 BIM技術(shù)在橋梁工程設(shè)計(jì)施工中產(chǎn)生的作用

2.1 提升設(shè)計(jì)方案的精準(zhǔn)度

在橋梁設(shè)計(jì)和施工過程中，應(yīng)重視對BIM技術(shù)的應(yīng)用，這樣可構(gòu)建比較完善的信息化模型，且此種三維橋梁模型設(shè)計(jì)和二維橋梁模型是存在一定差異的，三維效果更加理想、直觀，便于相關(guān)工作人員更好地調(diào)整參數(shù)。也就是說，在構(gòu)建建筑工程信息化模型時(shí)，可真實(shí)地模擬橋梁建設(shè)情況，便于提升計(jì)算的精準(zhǔn)度[2]。同時(shí)，BIM技術(shù)的應(yīng)用能減少計(jì)算過程中的誤差，可以從本質(zhì)上提高整個(gè)方案的精準(zhǔn)度與可行性。

2.2 提高生產(chǎn)效率

當(dāng)發(fā)現(xiàn)圖紙存在問題應(yīng)該 經(jīng)過討論與商量后才能修改，問題處理效率低。將BIM技術(shù)應(yīng)用到橋梁工程施工過程中，可以替代以往的運(yùn)行模式，使橋梁工程信息更加豐富，即使發(fā)生問題，也能及時(shí)對橋梁模型信息予以修改，使工程滿足具體的需求，降低風(fēng)險(xiǎn)，從而大大提高生產(chǎn)效率。

2.3 提高橋梁后期的維護(hù)與管理水平

BIM技術(shù)在橋梁工程施工中的應(yīng)用，能對橋梁的具體建設(shè)情況進(jìn)行及時(shí)的更新，可以提高人員參與率，在參與項(xiàng)目的過程中會(huì)加深對項(xiàng)目的了解。應(yīng)用BIM技術(shù)能更好地開展安全管理與養(yǎng)護(hù)維護(hù)工作，使得維護(hù)與管理工作的可行性更強(qiáng)，可以開展針對性的質(zhì)量管理和監(jiān)督管理，這是確保橋梁工程施工質(zhì)量的重要途徑。

3 BIM技術(shù)在橋梁工程設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用

BIM數(shù)據(jù)庫主要分為BIM設(shè)計(jì)、BIM施工與BIM運(yùn)維，3個(gè)平臺(tái)相互協(xié)調(diào)才能確保整個(gè)BIM底層平臺(tái)運(yùn)行的高效性。在BIM設(shè)計(jì)階段，也就是建模平臺(tái)，需要結(jié)合橋梁工程實(shí)況來打造三維協(xié)同化的設(shè)計(jì)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)族庫積累，還要將BIM技術(shù)和分析軟件進(jìn)行有機(jī)的整合，然后通過BIM的二次開發(fā)，從而得出最終的橋梁施工圖紙，如圖1所示。

以某橋梁工程為例，主橋部分主要是設(shè)計(jì)成高低塔單索面混凝土斜拉橋，其整體長度是680.0 m，跨徑最大數(shù)值是338.6 m。該橋梁的具體情況如下。1）高塔的塔柱高度達(dá)到180.0 m，總共有29對斜拉索。2）低塔塔柱高度是122.3 m，總共有15對斜拉索。東引橋的總長度是271.5 m，西引橋的總長度是1 024.6 m。將BIM技術(shù)應(yīng)用到該橋梁設(shè)計(jì)中，取得了不錯(cuò)的成效。

0號(hào)節(jié)段長度為26.0 m，寬度是33.5 m，在區(qū)域內(nèi)部未設(shè)計(jì)斜拉索，除了塔身自身的支撐部位，在縱向上形成大約13.0 m的大懸臂式結(jié)構(gòu)[3]。而從橫向來看，懸臂大約為16.0 m。在該方案設(shè)計(jì)中，面臨的難題是從雙向大懸臂模式向上部結(jié)構(gòu)形式轉(zhuǎn)變。

結(jié)合橋梁工程的基本數(shù)據(jù)，BIM建模操作人員應(yīng)對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、整理與分析，與橋梁工程信息化軟件進(jìn)行有效的協(xié)同、合作，借助BIM技術(shù)進(jìn)行開發(fā)，以獲得最終的橋梁設(shè)計(jì)圖紙。通過BIM所提供的三維圖像，我們可以得出具體的設(shè)計(jì)方案。1）落地支架現(xiàn)澆工藝。2）托架現(xiàn)澆工藝。把這2項(xiàng)施工設(shè)計(jì)方案導(dǎo)入到BIM模型，對2組設(shè)計(jì)方案進(jìn)行對比分析。通過BIM模型的三維化模擬與分析，2個(gè)方案操作起來都會(huì)存在一定的難度，還從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，分析其經(jīng)濟(jì)價(jià)值，從而產(chǎn)生了第三個(gè)設(shè)計(jì)方案，即把0號(hào)節(jié)段縱橋向?qū)嵤?次澆筑。可利用BIM模型進(jìn)行真實(shí)情況的模擬，首次澆筑時(shí)，應(yīng)用托架澆筑的方法，長度大約是11.5 m，此種方式能減少工程量，以降低設(shè)計(jì)難度系數(shù)。在開展二次作業(yè)時(shí)，可借助BIM模型嘗試著模擬利用掛籃來開展懸臂施工模式。通過BIM模型的模擬，我們了解到第三種方案既可降低項(xiàng)目的設(shè)計(jì)難度，還能提升技術(shù)的可行性，從而達(dá)到控制成本的目的。此外，還可使用達(dá)索V6開展初期方案設(shè)計(jì)，結(jié)合橋梁的基本結(jié)構(gòu)類型選擇統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)來構(gòu)建構(gòu)件模板，使用程序來實(shí)現(xiàn)模板的自動(dòng)化拼裝與調(diào)整，還對工程的設(shè)計(jì)變更進(jìn)行了模擬，主要是為了驗(yàn)證BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)變更方面的適用性[4]。

而就某鐵路橋梁工程而言，對以CATIA為條件的設(shè)計(jì)流程展開了相關(guān)的分析與研究，這為后期的數(shù)據(jù)查詢、管理模型數(shù)據(jù)提供了方便。還有專家采取CATIA設(shè)計(jì)引橋與Solidworks設(shè)計(jì)主橋的方式，實(shí)現(xiàn)了參數(shù)化建模、碰撞檢查、材料信息賦予、結(jié)構(gòu)仿真分析、指導(dǎo)項(xiàng)目施工工序等目標(biāo)。由于CATIA與Solidworks均屬于達(dá)索公司，因此，能避免出現(xiàn)信息丟失與數(shù)據(jù)割裂的情況[5]。

圖1 BIM模型的運(yùn)行系統(tǒng)

4 BIM技術(shù)在橋梁工程施工階段的應(yīng)用

BIM技術(shù)在橋梁工程施工階段的應(yīng)用，主要包含BIM-4D施工進(jìn)度管理與BIM-5D計(jì)量支付管理2個(gè)方面。施工人員可通過BIM模型來跟蹤施工團(tuán)隊(duì)的具體施工進(jìn)度，施工團(tuán)隊(duì)需要及時(shí)將日進(jìn)度計(jì)劃、月進(jìn)入計(jì)劃等以電子數(shù)據(jù)形式傳入到項(xiàng)目信息化管理系統(tǒng)中，BIM技術(shù)操作人員可結(jié)合系統(tǒng)數(shù)據(jù)來追蹤項(xiàng)目的執(zhí)行情況，能實(shí)現(xiàn)4D化的進(jìn)度管理，從而提高進(jìn)度管理水平。例如，橋梁工程橋墩部分施工完畢，施工人員將橋墩部分的施工數(shù)據(jù)、施工進(jìn)度等轉(zhuǎn)化成電子數(shù)據(jù)，上傳至信息化管理系統(tǒng)，此時(shí)，BIM模型就會(huì)對數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的及時(shí)更新。同時(shí)，工作人員還能借助BIM平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對橋梁工程計(jì)量與支付情況的5D化管理，能及時(shí)了解項(xiàng)目工程量與款項(xiàng)支付情況，以便決策人員做出更為高效而合理的決策。從具體的施工效果來看，將BIM技術(shù)滲透到斜拉橋施工環(huán)節(jié)，使得施工難度大大降低，讓施工人員可以借助三維系統(tǒng)平臺(tái)來獲取重要數(shù)據(jù)與信息，會(huì)讓整個(gè)橋梁建設(shè)構(gòu)圖更加立體化、詳細(xì)化，能大大提高施工質(zhì)量。

此外，還有部分專家選用Navisworks來模擬整個(gè)施工過程，使得構(gòu)件預(yù)拼裝、局部與整體模型的碰撞檢查得以完成。同時(shí)，專家們還對以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)的橋梁工程可視化情況進(jìn)行了研究，涉及BIM技術(shù)在碰撞檢測、施工場地布置、施工管理、施工模擬以及交底等方面的具體應(yīng)用。部分專家以某結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的變截面斜拉橋?yàn)槔?，先運(yùn)用一定的軟件構(gòu)建了臨時(shí)施工設(shè)施與橋梁的BIM模型，然后選用Navisworks構(gòu)建4D施工進(jìn)度模型，旨在對整個(gè)施工進(jìn)度情況進(jìn)行模擬。結(jié)果表明，設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)所構(gòu)建的BIM模型無法直接轉(zhuǎn)化成施工應(yīng)用類模型，并且我國的設(shè)計(jì)師還不適應(yīng)BIM模型的三維設(shè)計(jì)模式。

5 結(jié)語

綜上所述，如果要將BIM技術(shù)更好地滲透到橋梁工程領(lǐng)域中，國內(nèi)外學(xué)者與工程人員都進(jìn)行了相關(guān)的探索與開發(fā)，使得BIM技術(shù)的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。在橋梁工程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，還要重視對核心建模軟件的開發(fā)，確保能夠?qū)⒛Ｐ蛿?shù)據(jù)真實(shí)而準(zhǔn)確地傳輸?shù)绞┕きh(huán)節(jié)；而在橋梁工程施工環(huán)節(jié)，應(yīng)該及時(shí)處理好BIM技術(shù)在重要節(jié)點(diǎn)使用中所存在的問題，嘗試將BIM技術(shù)連續(xù)地應(yīng)用到橋梁的整個(gè)施工過程中。同時(shí)，還要重視將BIM技術(shù)應(yīng)用到運(yùn)維階段，以構(gòu)建更加科學(xué)的管理規(guī)范與管理系統(tǒng)，這是確保BIM技術(shù)應(yīng)用效果的重要保障。