基于BIM的橋梁設(shè)計(jì)及施工優(yōu)化問題研究

馬冬

摘要：在工程建筑中，橋梁占有相當(dāng)重要的地位，它也是人文景觀的重要體現(xiàn)，橋梁工程可以更好地舒緩城市交通，凸顯出城市的人文水平以及經(jīng)濟(jì)水準(zhǔn)。本文針對(duì)橋梁工程設(shè)計(jì)特點(diǎn)進(jìn)行分析，包括結(jié)構(gòu)組成相對(duì)復(fù)雜、預(yù)制結(jié)構(gòu)體積較大、施工環(huán)境相對(duì)復(fù)雜等，結(jié)合基于BIM的橋梁工程優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過研究工序優(yōu)化、進(jìn)度優(yōu)化、管理優(yōu)化等措施，目的在于提高橋梁工程施工質(zhì)量，延長(zhǎng)橋梁工程的使用壽命。

關(guān)鍵詞：BIM;橋梁;設(shè)計(jì);優(yōu)化

1 BIM技術(shù)基本概述

BIM技術(shù)又稱為建筑信息模型技術(shù)，是一種應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)建造管理的數(shù)據(jù)化工具。通過參數(shù)模型整合各種項(xiàng)目的相關(guān)信息，在項(xiàng)目策劃、運(yùn)行以及管理方面為建設(shè)單位在提高生產(chǎn)效率、節(jié)約成本和縮短工期方面發(fā)揮重要作用。BIM技術(shù)最早從歐美國(guó)家傳到中國(guó)，是一種共享的知識(shí)資源，在我國(guó)不同領(lǐng)域有著特定的發(fā)展空間，在橋梁工程中的應(yīng)用更是前景廣闊。該項(xiàng)技術(shù)能夠在橋梁工程所有的步驟中進(jìn)行，有效地推動(dòng)工程信息的使用和數(shù)據(jù)共享，同時(shí)還能夠達(dá)到信息同步。其可視性特點(diǎn)以及模型信息的完備性應(yīng)用于橋梁設(shè)計(jì)中，對(duì)推動(dòng)我國(guó)橋梁工程設(shè)計(jì)及優(yōu)化施工有著重要的意義^[1]。

2橋梁工程的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

2.1施工環(huán)境復(fù)雜

與大多數(shù)建筑工程類似，工程項(xiàng)目所處的施工環(huán)境相對(duì)復(fù)雜。包括水文條件、地質(zhì)條件、氣候條件等。水文條件和地質(zhì)條件的復(fù)雜程度將會(huì)影響到橋梁工程路基的施工難度，例如部分橋梁工程所處作業(yè)區(qū)域環(huán)境為軟土路基環(huán)境，由于軟土路基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性較差，因此在施工過程中，需要采取相應(yīng)的施工技術(shù)對(duì)其進(jìn)行處理，從而提高整個(gè)結(jié)構(gòu)施工過程的穩(wěn)定性。而氣候條件則會(huì)增加現(xiàn)場(chǎng)施工負(fù)擔(dān)，若此時(shí)出現(xiàn)降雨天氣，會(huì)直接打濕水泥材料，導(dǎo)致材料提前凝結(jié)，降低水泥材料的既定強(qiáng)度，增加了資源浪費(fèi)。有時(shí)在外界溫度過高時(shí)，若現(xiàn)澆混凝土沒有做好表層溫度控制工作，那么也會(huì)造成結(jié)構(gòu)凝結(jié)速度加快，在水化熱作用下，出現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫的情況，從而降低工程結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量。

2.2結(jié)構(gòu)組成相對(duì)復(fù)雜

建筑體系的不斷成熟，使得橋梁工程的施工規(guī)模也在不斷擴(kuò)大，與此同時(shí)，橋梁工程在設(shè)計(jì)過程中，會(huì)涉及眾多施工構(gòu)件的應(yīng)用，如鋼筋結(jié)構(gòu)、工字鋼、混凝土結(jié)構(gòu)等，此類構(gòu)件在施工過程中相互關(guān)聯(lián)，共同分擔(dān)橋梁結(jié)構(gòu)的整體承壓。而且在實(shí)際應(yīng)用過程中，很多結(jié)構(gòu)都會(huì)成為隱藏類結(jié)構(gòu)，如樁基結(jié)構(gòu)、止水帶結(jié)構(gòu)等，這樣也增加了施工結(jié)構(gòu)組件的管理難度。為了確保結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量，需要對(duì)構(gòu)件進(jìn)行詳細(xì)評(píng)估，同時(shí)對(duì)其進(jìn)行綜合受力分析，從而減少施工不規(guī)范所導(dǎo)致的應(yīng)用安全問題。在傳統(tǒng)橋梁工程設(shè)計(jì)過程中，技術(shù)人員基本上都會(huì)結(jié)合以往的施工經(jīng)驗(yàn)對(duì)橋梁工程設(shè)計(jì)情況進(jìn)行檢查，這也意味著結(jié)構(gòu)分析中人為計(jì)算的容錯(cuò)率會(huì)提高，從而影響到整個(gè)施工活動(dòng)的順利開展^[2]。

2.3預(yù)制結(jié)構(gòu)體積較大

在建筑技術(shù)不斷完善的背景下，有關(guān)橋梁工程的施工技術(shù)水平也在不斷提升。目前應(yīng)用比較廣泛的施工方式為裝配式結(jié)構(gòu)安裝。即會(huì)委托其他廠家進(jìn)行箱梁和其他結(jié)構(gòu)的提前預(yù)制，在完成結(jié)構(gòu)制作之后，將其運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行統(tǒng)一裝配，該施工方法能夠有效提高工程的施工速度，而且可以避免現(xiàn)澆混凝土施工技術(shù)過程中的相關(guān)問題。但是，提前進(jìn)行預(yù)制的結(jié)構(gòu)體積非常巨大，并且單位體積非常大，在實(shí)際施工過程中，需要保持非常慢的速度進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)。尤其是在裝配過程中，其移動(dòng)速度需要控制在3m/min，而且還需要在梁結(jié)構(gòu)處提前布置緩沖結(jié)構(gòu)，避免沖擊力過大導(dǎo)致結(jié)構(gòu)間碰撞，出現(xiàn)破損的情況。

3基于BIM的橋梁工程優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 BIM與初步設(shè)計(jì)

在對(duì)橋梁工程進(jìn)行初步設(shè)計(jì)時(shí)，需要確定橋梁方案，明確橋梁的總體結(jié)構(gòu)，其中包括：對(duì)橋梁平面、立面和斷面進(jìn)行規(guī)劃布置，確立橋梁位置和橋梁上、下部結(jié)構(gòu)等。在使用BIM技術(shù)時(shí)，設(shè)計(jì)師可以用不同的設(shè)計(jì)構(gòu)想構(gòu)建數(shù)字化和參數(shù)化的三維模型，根據(jù)模型生成對(duì)應(yīng)的平面圖，BIM技術(shù)可以直觀地表現(xiàn)出設(shè)計(jì)方案存在的問題，再通過參數(shù)對(duì)方案進(jìn)行調(diào)整、優(yōu)化，使橋梁工程具備一定的實(shí)用性。另外，使用BIM技術(shù)建立方案模型，可以為業(yè)主提供良好的溝通平臺(tái)，確保滿足業(yè)主的實(shí)際需求^[3]。

3.2 BIM與技術(shù)設(shè)計(jì)

確立完施工方案之后，就需要對(duì)橋梁工程進(jìn)行技術(shù)和施工設(shè)計(jì)。技術(shù)設(shè)計(jì)主要是針對(duì)斷面或者配筋等問題，這一設(shè)計(jì)方法適合運(yùn)用到大型橋梁或者一些復(fù)雜橋梁設(shè)計(jì)中去;施工設(shè)計(jì)主要是分析和研究橋梁結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性問題。利用BIM技術(shù)可以對(duì)橋梁工程設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，比如，在對(duì)橋梁進(jìn)行分析時(shí)，利用BIM技術(shù)，將已經(jīng)確立好的橋梁方案、BIM模型和設(shè)計(jì)圖紙相結(jié)合，進(jìn)行三維模式的深化，自動(dòng)生成分析報(bào)告;通過分析報(bào)告可以發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中是否存在問題，一旦發(fā)現(xiàn)問題，要及時(shí)修改設(shè)計(jì)圖紙，并且再次進(jìn)行檢測(cè)，直到所有問題都能得到解決。

4基于BIM的橋梁工程施工優(yōu)化研究

4.1工序優(yōu)化

BIM技術(shù)能夠更好的將施工流程展現(xiàn)出來，讓技術(shù)人員和工作人員都能夠直接看到方案實(shí)施的可行之處和不可行之處。在這之中，若是有問題產(chǎn)生還可以在BIM上直接進(jìn)行修改，并且進(jìn)行二次模擬，直到該次施工方式滿足施工標(biāo)準(zhǔn)和施工要求，進(jìn)而最大程度上保障橋梁工程的質(zhì)量和效率^[4]。

4.2工序優(yōu)化進(jìn)度優(yōu)化

BIM在實(shí)際項(xiàng)目中，大多數(shù)是進(jìn)行施工進(jìn)度模擬分析。那么借助BIM展開有效的3D建模，進(jìn)而對(duì)施工整體進(jìn)度進(jìn)行初步估測(cè)，再加上橋梁工程中的各項(xiàng)負(fù)責(zé)人對(duì)工期進(jìn)行準(zhǔn)確的改正和確認(rèn)，能夠有效地對(duì)進(jìn)度進(jìn)行優(yōu)化。在該項(xiàng)工作開始之際，技術(shù)人員要對(duì)項(xiàng)目進(jìn)度進(jìn)行第一次模擬，模擬的主要內(nèi)容是施工步驟。同時(shí)，施工要依照設(shè)計(jì)來進(jìn)行，進(jìn)而找到比較科學(xué)的施工方案。當(dāng)方案批準(zhǔn)實(shí)施后，則要進(jìn)行有關(guān)的精細(xì)化處理，BIM人員要能夠?qū)IM中的方案進(jìn)行修改，進(jìn)而完善最終方案。這種方式能夠?yàn)闃蛄汗こ痰氖┕肀Ｕ?，同時(shí)也能夠加強(qiáng)方案的合理性以及安全性。

4.3進(jìn)度優(yōu)化

由于BIM模擬施工的能力十分強(qiáng)大，在施工進(jìn)行時(shí)容易產(chǎn)生的問題，在施工之前就能夠給予有效的方式解決，因此，在這種情況下，橋梁工程中的管理方式也要針對(duì)性地進(jìn)行調(diào)整，由等待問題轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)現(xiàn)問題。除此之外，在施工時(shí)可視化也能夠作為施工現(xiàn)場(chǎng)的指導(dǎo)方法，這樣能夠讓施工工作人員更為清晰地了解到橋梁整個(gè)工程中的步驟和存在的安全隱患，能夠降低施工問題發(fā)生的概率，同時(shí)也對(duì)現(xiàn)場(chǎng)管理進(jìn)行了改善，讓管理人員能夠更好的提高工作效率。

結(jié)語(yǔ)

本文主要研究了橋梁工程設(shè)計(jì)與施工優(yōu)化，在BIM技術(shù)的前提下，第一步是對(duì)BIM展開了剖析，第二步對(duì)橋梁工程的有關(guān)工程步驟進(jìn)行了簡(jiǎn)述，最后將BIM技術(shù)應(yīng)用于橋梁工程中的各項(xiàng)優(yōu)化措施進(jìn)行了整合。可以幫助施工人員梳理具體的施工操作流程，進(jìn)行施工進(jìn)程優(yōu)化，可以明確施工過程中的重點(diǎn)環(huán)節(jié)，進(jìn)行施工管理優(yōu)化，能夠提高施工人員的重視程度。通過將BIM技術(shù)應(yīng)用到橋梁工程中，對(duì)于提升橋梁施工過程的穩(wěn)定性，加快施工進(jìn)度有著積極的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]? 陳利民，劉錦軍，劉光輝，俞侃敏.大型公鐵兩用橋梁維修改造施工組織設(shè)計(jì)優(yōu)化研究[J].四川建筑，2020，40（03）：81-84.

[2]? 黃慧敏，陳寶健，范冰輝，劉益寶.基于BIM技術(shù)的橋梁工程施工前期管理應(yīng)用[J].山西建筑，2019，45（11）：178-179.

[3]? 周銳.基于BIM的橋梁工程設(shè)計(jì)優(yōu)化研究[J].中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化，2019（24）：170-171.

[4]? 趙艷峰，王雷.基于BIM的橋梁工程設(shè)計(jì)與施工優(yōu)化[J].工程技術(shù)研究，2019，4（24）：223-224.

（作者單位：成都西南交通大學(xué)設(shè)計(jì)研究院有限公司中南分院）