BIM 技術(shù)在橋梁設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用研究

任鋼

（遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，沈陽(yáng)110166）

1 引言

隨著我國(guó)大型基礎(chǔ)建設(shè)行業(yè)的飛速發(fā)展，各類(lèi)型的橋梁工程項(xiàng)目的數(shù)量在持續(xù)增加，復(fù)雜程度也在逐漸增大，對(duì)橋梁設(shè)計(jì)和施工工藝也提出了更高的要求。在目前的多數(shù)大型橋梁設(shè)計(jì)中，還是采用傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)圖，而且施工制度主由項(xiàng)目管理人員根據(jù)施工管理經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行制定[1]。但是橋梁工程的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，結(jié)構(gòu)構(gòu)件較多，如若僅依靠二維圖紙，設(shè)計(jì)方案中的許多問(wèn)題通常只能在施工階段才被發(fā)現(xiàn)，大大影響了施工進(jìn)度，增加了工程成本，也為施工安全留下了隱患。而B(niǎo)IM技術(shù)（建筑信息模型）可以利用數(shù)字模型對(duì)建筑項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工，并對(duì)運(yùn)營(yíng)全過(guò)程進(jìn)行管理。充分利用基于BIM 技術(shù)的共享平臺(tái)，能夠提高橋梁工程的施工效率、節(jié)約成本、減少不合理設(shè)計(jì)[2]。目前，在橋梁工程建設(shè)中應(yīng)用BIM 技術(shù)的案例相對(duì)較少，所以，挖掘BIM 技術(shù)在橋梁工程中的應(yīng)用具有重大意義。

2 BIM 理論及特點(diǎn)

2.1 BIM 基本理論

BIM（Building Information Modeling），即建筑信息模型，在1975 年由Eastman 教授首先提出。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，BIM 技術(shù)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，在實(shí)際工程建設(shè)中也獲得了廣泛的重視與應(yīng)用[3]。BIM 技術(shù)的三維數(shù)字化設(shè)計(jì)和三維協(xié)同理念的提出與應(yīng)用大大提高了工程設(shè)計(jì)行業(yè)的工作效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量。BIM 主要包含3 個(gè)方面的內(nèi)容：

1）“B”即 Building，泛指建筑，但又不僅限于此，其包含了所有土建類(lèi)基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃、建設(shè)及運(yùn)維管理等，代表了BIM技術(shù)的應(yīng)用廣度。

2）“I”即 Information，即信息，此為 BIM 技術(shù)的核心，其既包括工程建設(shè)中的各種信息，如材料參數(shù)、項(xiàng)目進(jìn)度等，也包括工程建設(shè)領(lǐng)域中各階段、各部分所要采用的信息化方法和手段，如電腦、網(wǎng)絡(luò)等；它代表了BIM 的深度，是以項(xiàng)目全生命周期管理（BLM）為支撐的信息化過(guò)程。

3）“M”即模型，表示可視化的信息，其包括三維可視化設(shè)計(jì)中的模型以及模型中各部分對(duì)應(yīng)的空間位置信息等。

2.2 BIM 技術(shù)的特點(diǎn)

2.2.1 可視化設(shè)計(jì)

在傳統(tǒng)的二維平面設(shè)計(jì)中，當(dāng)項(xiàng)目的構(gòu)造復(fù)雜，平面種類(lèi)和繪制的二維平面數(shù)量較多時(shí)，會(huì)大大增加繪圖量，并且容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。通過(guò)BIM 技術(shù)可以根據(jù)設(shè)計(jì)方案建立項(xiàng)目的三維數(shù)字化模型，向業(yè)主更加直觀地、全方位、立體化地展示設(shè)計(jì)方案、印證設(shè)計(jì)意圖，同時(shí)，可以對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行探討，對(duì)投資和回報(bào)進(jìn)行計(jì)算。

2.2.2 協(xié)同設(shè)計(jì)

BIM 技術(shù)的三維可視化模型設(shè)計(jì)是將眾多二維平面匯聚起來(lái)，形成一個(gè)三維模型，為跨專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)提供了一個(gè)全面、精細(xì)的平臺(tái)，可以展現(xiàn)各部件和結(jié)構(gòu)從初始到后期各階段的形態(tài)、尺寸、受力、變形等情況，其數(shù)據(jù)信息也會(huì)隨施工進(jìn)度進(jìn)行實(shí)時(shí)變化，從而提高信息的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，且參建方還可以對(duì)該信息隨時(shí)進(jìn)行識(shí)別和讀取。

2.2.3 性能化分析

通過(guò)BIM 建立數(shù)字信息模型時(shí)，各類(lèi)數(shù)據(jù)信息均已輸入程序。對(duì)實(shí)際工程中某結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行分析時(shí)，可通過(guò)調(diào)用已有參數(shù)建立聯(lián)系，進(jìn)而使用相應(yīng)的性能分析軟件進(jìn)行分析，節(jié)省了大量的人力和物力，也提高了設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。

2.2.4 工程量統(tǒng)計(jì)

BIM 建模過(guò)程中，會(huì)根據(jù)工程實(shí)際勘測(cè)數(shù)據(jù)錄入數(shù)據(jù)信息，通過(guò)相關(guān)造價(jià)軟件即可快速得到準(zhǔn)確的工程量統(tǒng)計(jì)和預(yù)算，并可進(jìn)一步將概預(yù)算與投資預(yù)期指標(biāo)進(jìn)行對(duì)照，從而進(jìn)行投資風(fēng)險(xiǎn)控制。

3 BIM 技術(shù)在橋梁工程中的應(yīng)用分析

3.1 參數(shù)化建模

橋梁工程具有一定的特殊性，橋梁工程的設(shè)計(jì)者需要先對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。因而在設(shè)計(jì)階段，一方面需要進(jìn)行方案的設(shè)計(jì)，另一方面還需要進(jìn)行建模。目前，對(duì)模型的調(diào)整與優(yōu)化需要在二維圖紙中，整個(gè)過(guò)程需要反復(fù)進(jìn)行多次，導(dǎo)致效率較低。應(yīng)用BIM 技術(shù)后，可以將建模模型與計(jì)算模型相互關(guān)聯(lián)，有效解決了以上問(wèn)題，還可以利用所建立的族庫(kù)快速完成設(shè)計(jì)工作，優(yōu)化樁基礎(chǔ)、承臺(tái)、上部結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)的三維模型，在施工之前解決設(shè)計(jì)問(wèn)題，盡可能地減少設(shè)計(jì)變更，大幅度提高橋梁設(shè)計(jì)的效率。

3.2 進(jìn)行施工現(xiàn)場(chǎng)平面布置

模型計(jì)算主要分為整體和局部?jī)纱髩K。對(duì)于橋梁施工模型，地質(zhì)地形模型是整體模型的基礎(chǔ)，通過(guò)引入地質(zhì)模型能夠盡早規(guī)劃施工場(chǎng)地的平面布置，主要包括拌和站、項(xiàng)目部駐地、施工隊(duì)駐地、鋼筋加工區(qū)域等前期臨時(shí)用地，實(shí)現(xiàn)前期對(duì)場(chǎng)地平面的合理布置，最大限度地節(jié)約施工用地，也可以減少臨時(shí)設(shè)施的投入，節(jié)約成本。此外，還能對(duì)運(yùn)輸路線方案進(jìn)行模擬，從而減少材料的二次搬運(yùn)，并減少社會(huì)車(chē)輛對(duì)施工車(chē)輛的影響。此外，臨時(shí)辦公、生活設(shè)施、用水、用電、倉(cāng)庫(kù)材料、加工工廠等需要根據(jù)進(jìn)度進(jìn)行動(dòng)態(tài)的管理。通過(guò)BIM 技術(shù)能夠?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)的情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的模擬，包括模擬材料不同的擺放位置，找到最合適的最佳方案，進(jìn)行動(dòng)態(tài)的管理。

3.3 鋼筋布設(shè)

橋梁工程中主要的設(shè)計(jì)內(nèi)容之一是鋼筋的布設(shè)，鋼筋布設(shè)是否合理能夠直接對(duì)橋梁的結(jié)構(gòu)安全以及施工進(jìn)度造成影響。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法中，鋼筋的布設(shè)均是通過(guò)二維平面施工圖體現(xiàn)的，設(shè)計(jì)人員不能看到所有鋼筋的實(shí)際形狀，所以，在配筋過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生沖突，施工時(shí)可能會(huì)存在返工的現(xiàn)象，費(fèi)時(shí)費(fèi)工。而應(yīng)用BIM 技術(shù)可以通過(guò)立體模型呈現(xiàn)所有鋼筋的分布和形狀，檢查鋼筋是否發(fā)生了碰撞，有利于合理地進(jìn)行鋼筋的布設(shè)。

3.4 碰錯(cuò)漏檢查

傳統(tǒng)的方法對(duì)不能直觀地呈現(xiàn)構(gòu)件的連接方式，而且各個(gè)構(gòu)件的平面圖分別由各不同專業(yè)單獨(dú)完成，相互之間并沒(méi)有進(jìn)行溝通，常導(dǎo)致構(gòu)件之間存在碰撞與沖突，并且在設(shè)計(jì)階段很難發(fā)現(xiàn)。但是通過(guò)BIM 技術(shù)可以對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行碰撞檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并及早解決此類(lèi)問(wèn)題。

3.5 圖紙輸出

目前，設(shè)計(jì)院交給施工企業(yè)的施工圖是二維的，生產(chǎn)流程與管理也是圍繞著二維施工圖進(jìn)行，而二維圖紙對(duì)一些結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的表達(dá)較為有限，需要施工企業(yè)的技術(shù)人員有較強(qiáng)的空間想象能力。BIM 技術(shù)能更為精確地表達(dá)橋梁的幾何特征，降低施工圖的表達(dá)難度。

3.6 工程量統(tǒng)計(jì)與造價(jià)管理

傳統(tǒng)的CAD 二維圖紙僅有點(diǎn)、線、面等基本信息，不能對(duì)構(gòu)件以及工程量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，所以，需要依靠人工根據(jù)CAD二維施工圖進(jìn)行工程量的統(tǒng)計(jì)與計(jì)算，不僅耗時(shí)耗力，還容易出現(xiàn)計(jì)算錯(cuò)誤。通過(guò)BIM 技術(shù)，能夠根據(jù)方案模型準(zhǔn)確計(jì)算工程數(shù)據(jù)，如果方案有所調(diào)整，程序會(huì)根據(jù)變化后的模型重新計(jì)算工程量，提高了工程量計(jì)算的效率，并且結(jié)果較為精確。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所屬，BIM 技術(shù)是目前工程建設(shè)行業(yè)的新技術(shù)，具有可視化設(shè)計(jì)、協(xié)同設(shè)計(jì)、性能化分析、工程量統(tǒng)計(jì)等多個(gè)方面的特點(diǎn)，應(yīng)用BIM 技術(shù)能夠使工程建設(shè)過(guò)程更加智能化、自動(dòng)化、高效化，從而及時(shí)解決橋梁在設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的問(wèn)題。相關(guān)人員應(yīng)深入研究BIM 技術(shù)在橋梁工程及其他建設(shè)領(lǐng)域中的應(yīng)用，以促進(jìn)我國(guó)工程建設(shè)行業(yè)的快速發(fā)展。