BIM技術(shù)在鐵路橋梁建設(shè)中的應(yīng)用

薛洲

（貴州安六鐵路有限責(zé)任公司，貴州六盤水 553000)

1 鐵路橋梁建設(shè)BIM 技術(shù)相關(guān)軟件

1.1 BIM 4D 模擬軟件

目前，在Fuzor 平臺當(dāng)中應(yīng)用了全新的即時(shí)預(yù)覽技術(shù)，可以將Autodesk Revit 的核心設(shè)計(jì)內(nèi)容和建筑咨詢內(nèi)容完整呈現(xiàn)出來，確保相關(guān)工程人員能夠在設(shè)計(jì)中同步預(yù)覽建筑材料的材質(zhì)、物料和燈光等內(nèi)容在不同天氣和時(shí)間中的變化，從而獲得最符合標(biāo)準(zhǔn)的建筑設(shè)計(jì)方案[1]。同時(shí)，F(xiàn)uzor 平臺操作具有人性化和便捷化優(yōu)點(diǎn)，工程設(shè)計(jì)人員和承包商都可以通過Fuzor平臺預(yù)覽鐵路橋梁工程的整體設(shè)計(jì)方案，不僅減少了彼此之間的溝通障礙，也提高了整個(gè)設(shè)計(jì)工作流程的效率。

1.2 BIM 運(yùn)行維護(hù)軟件

目前在鐵路橋梁工程項(xiàng)目中應(yīng)用的ArchiBUS 不僅是最高效的運(yùn)營管理軟件，并且提供的運(yùn)營管理服務(wù)也是BIM 技術(shù)未來重點(diǎn)發(fā)展方向[2]。

1.3 BIM 建模核心軟件

在BIM 技術(shù)具體應(yīng)用的過程中，核心要點(diǎn)就是信息，信息在表達(dá)過程中一般會通過建模來完成。比如，在Autodesk 企業(yè)中應(yīng)用的CAD 技術(shù)就為民用建筑市場發(fā)展奠定了良好基礎(chǔ)，將其開發(fā)的Revit 軟件應(yīng)用在建筑領(lǐng)域當(dāng)中，可以呈現(xiàn)巨大的優(yōu)勢。而且Revit 是一款十分成熟的軟件，能夠?qū)AD 對象系統(tǒng)作為基礎(chǔ)，呈現(xiàn)三維化和智能化特點(diǎn)。在Revit 建筑信息模型中，可以將鐵路橋梁工程的相關(guān)信息存放在對應(yīng)的位置，任意位置發(fā)生改變，其余位置也會發(fā)生相應(yīng)的變化。因此，在整個(gè)信息模型中可以清晰呈現(xiàn)信息更改的內(nèi)容，從而對整個(gè)信息庫進(jìn)行良好的控制[3]。此外，Revit 軟件還可以為研發(fā)人員提供更加全面的設(shè)計(jì)方案和開發(fā)方案，為他們提供更自由的空間，以便為客戶設(shè)計(jì)出更加優(yōu)質(zhì)的方案，確保客戶能夠從不同的方案當(dāng)中挑選出最為適合的方案。

2 鐵路橋梁施工BIM 技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

2.1 多維設(shè)計(jì)與復(fù)核

以往的二維設(shè)計(jì)一般都是從靜態(tài)的角度去看待鐵路橋梁工程，設(shè)計(jì)人員只是采用了不同的繪圖線條描述整個(gè)鐵路橋梁工程結(jié)構(gòu)，不同視圖和不同專業(yè)之間的橋梁結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)性需要人為構(gòu)建，加大了關(guān)鍵信息提取的難度，也無法為后期工程設(shè)計(jì)提供可靠的支持。采用BIM 協(xié)同設(shè)計(jì)能夠?qū)⒄麄€(gè)鐵路橋梁工程構(gòu)件作為主要對象，從發(fā)展和關(guān)聯(lián)的角度出發(fā)開展橋梁工程設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)人員可以靈活調(diào)整各個(gè)構(gòu)件和屬性之間的關(guān)聯(lián)，從而順利完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，為后續(xù)數(shù)據(jù)的深入挖掘創(chuàng)造了有利條件。另外，采用BIM 協(xié)同設(shè)計(jì)還具有自動校對和糾錯(cuò)功能，工程設(shè)計(jì)與復(fù)核效率得到了明顯提升。

2.2 施工碰撞檢查

在鐵路橋梁工程建設(shè)過程中，BIM 模型利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對工程施工期間的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行模擬，通過navisworks 功能完成自碰撞檢驗(yàn)，生成相應(yīng)的碰撞報(bào)告。比如，通過鋼筋碰撞檢查、鋼絞線預(yù)留管道檢查等，可以清楚了解預(yù)留管道和鋼筋碰撞的具體位置，便于對鋼筋的敷設(shè)位置進(jìn)行改正，確保后期施工方案的可靠安全。同時(shí)，在鐵路橋梁工程承臺施工中，還可以利用BIM 模型對冷卻水管實(shí)施三維布置，通過碰撞檢驗(yàn)分析冷卻水管與鋼筋之間是否在布置過程中發(fā)生了碰撞，提高鐵路橋梁工程施工方案的整體可行性。在墩身施工期間，預(yù)埋件位置和通風(fēng)孔、預(yù)埋件與墩身鋼筋等位置存在相互干擾的關(guān)系。采用碰撞檢驗(yàn)功能，能夠以三維模型的方式表達(dá)出這種關(guān)系，便于在施工之前做出調(diào)整，在施工期間，提醒相關(guān)作業(yè)人員在每次循環(huán)施工中埋設(shè)相應(yīng)的管道和預(yù)埋件。

2.3 可視化交底與工序模擬

一方面，在部分施工結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的方案編制過程中，由于鐵路橋梁工程的整體結(jié)構(gòu)模型十分復(fù)雜，給建筑工程的優(yōu)化工作帶來了不少困難。對此，采用可視化技術(shù)能夠?qū)?fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)模型以動態(tài)漫游的方式呈現(xiàn)出來，為建筑設(shè)計(jì)方案優(yōu)化提供有力支持。如果在技術(shù)方案交底工作中不夠清楚、無法細(xì)化，就無法解決實(shí)際工程問題。利用4D 虛擬動畫技術(shù)，可以將整體設(shè)計(jì)方案更加直觀地呈現(xiàn)給施工方。施工方在分析和觀察技術(shù)方案的前提下，對技術(shù)應(yīng)用期間的關(guān)鍵要點(diǎn)給予重視，提前了解可能出現(xiàn)的問題，保證鐵路橋梁工程的整體質(zhì)量。另一方面，通過BIM 技術(shù)可以將三維模型和施工方法結(jié)合在一起，讓施工人員清楚了解各個(gè)施工工序之間可能出現(xiàn)的問題，判斷現(xiàn)有的施工工序和橋梁工程預(yù)制構(gòu)件吊裝程序是否合理，從而能夠在短時(shí)間內(nèi)作出調(diào)整，形成一個(gè)高效可行的施工方案，提高整體的施工質(zhì)量。

3 BIM 技術(shù)在鐵路橋梁建設(shè)中的具體應(yīng)用

3.1 BIM 技術(shù)在設(shè)計(jì)過程中的應(yīng)用

與傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)方法相比，BIM 技術(shù)能夠有效提高團(tuán)隊(duì)效率、設(shè)計(jì)質(zhì)量和材料統(tǒng)計(jì)的精準(zhǔn)性，改善了傳統(tǒng)方法的不足。首先，BIM 技術(shù)在應(yīng)用過程中主要是以橋梁構(gòu)件為主要對象，從發(fā)展彼此關(guān)聯(lián)方面展開設(shè)計(jì)。從目前實(shí)際情況來看，構(gòu)建BIM 構(gòu)件庫主要采用了兩種方式：一是采用先進(jìn)的商業(yè)化軟件參數(shù)建模功能，將整體設(shè)計(jì)過程封裝為參數(shù)構(gòu)件庫，以此來保證設(shè)計(jì)工作的質(zhì)量和效率。二是采用編程的方法，在對軟件進(jìn)行二次開發(fā)的前提下，利用編程手段構(gòu)建參數(shù)構(gòu)件庫。第一種方法雖然較為簡單，但是能夠?qū)崿F(xiàn)的功能非常少，對計(jì)算機(jī)硬件要求非常高。從橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)角度來看，鐵路橋梁結(jié)構(gòu)和線路、測繪與地質(zhì)模型之間的關(guān)聯(lián)性十分重要，建立起這些關(guān)聯(lián)關(guān)系能夠通過編程提高效率。

其次，以往的設(shè)計(jì)資料與會審方式都會在不同專業(yè)人員的協(xié)同配合下進(jìn)行，要求審核人員必須具備豐富的經(jīng)驗(yàn)，可以與工程設(shè)計(jì)人員展開交流，共同檢驗(yàn)構(gòu)件的合理性。但是這樣的方式會出現(xiàn)以下幾個(gè)方面問題：一是不同的設(shè)計(jì)人員只能針對自己的方案進(jìn)行調(diào)整。二是在具體評審和修改過程中，實(shí)際提交時(shí)間會存在滯后性。三是不同專業(yè)的設(shè)計(jì)人員缺少專業(yè)協(xié)調(diào)性，設(shè)計(jì)修改內(nèi)容經(jīng)常會出現(xiàn)無法及時(shí)得到響應(yīng)的問題。除此之外，在BIM 協(xié)同設(shè)計(jì)中，其關(guān)鍵要點(diǎn)就是要求模型可以在不同的專業(yè)之間流轉(zhuǎn)和重用。在BIM 協(xié)同設(shè)計(jì)過程中，專業(yè)接口也是核心內(nèi)容。只有將鐵路橋梁工程BIM 模型和測繪、線路等模型結(jié)合在一起，才能夠?qū)こ痰娜照蘸团潘瓤臻g進(jìn)行全面分析。經(jīng)過BIM 協(xié)同設(shè)計(jì)之后，專業(yè)設(shè)計(jì)人員可以利用BIM 參數(shù)化調(diào)節(jié)最終的設(shè)計(jì)結(jié)果，生成能夠影響最終結(jié)果的專業(yè)BIM 模型。

最后，二維設(shè)計(jì)在鐵路橋梁工程設(shè)計(jì)碰撞檢查過程中，可以打印不同專業(yè)的設(shè)計(jì)圖紙，利用人工方式展開檢驗(yàn)。這樣的方法不僅效率很低，而且圖紙精準(zhǔn)度也無法得到保證。伴隨著BIM 技術(shù)的廣泛應(yīng)用，可以通過計(jì)算機(jī)技術(shù)配合檢查工作，在三維模式下展開分析，不僅更加便捷，而且精準(zhǔn)程度較高，甚至還可以滿足標(biāo)準(zhǔn)施工要求。對于空間結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，優(yōu)勢十分突出。

3.2 BIM 技術(shù)在鋼梁制造中的應(yīng)用

在鐵路橋梁建設(shè)工程中，鋼桁梁制造加工步驟主要包括加工數(shù)控代碼、鋼板下料、焊接、試拼裝以及制孔等。將BIM 技術(shù)應(yīng)用在鋼梁制造過程中，能夠在BIM 模型中生成數(shù)控代碼，完成數(shù)字化預(yù)拼裝，減少了加工步驟的同時(shí)提高了整體的加工效率。從具體層面來看，將條形碼技術(shù)應(yīng)用在鐵路橋梁工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，能夠?qū)φ麄€(gè)工程實(shí)現(xiàn)全周期管理。鋼構(gòu)件在出廠之后，就已經(jīng)擁有了獨(dú)一無二的條形碼，可以和BIM 模型相匹配。施工單位直接采取掃碼的方式可以獲取構(gòu)件的具體位置、施工需求和技術(shù)條件等施工信息，為后期判斷鋼構(gòu)件是否滿足拼裝施工需求提供了可靠的信息數(shù)據(jù)支持。同時(shí)，板材利用效率的高低由板材面積的使用程度決定。在板材消耗工藝定額具體制定過程中，必須要充分結(jié)合BIM 模型三維空間與材料信息內(nèi)容，制定出更加合理的方案，通過計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)來減少板材的實(shí)際消耗量，提高板材利用率，使鐵路橋梁施工企業(yè)可以獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益，最大限度地降低生產(chǎn)成本。在鐵路橋梁工程鋼梁制造過程中，因?yàn)樵O(shè)計(jì)階段沒有考慮實(shí)際施工工藝問題，導(dǎo)致設(shè)計(jì)與具體制造不相符。采用BIM 技術(shù)之后，可以實(shí)現(xiàn)技術(shù)制造一體化發(fā)展，改變了以往的設(shè)計(jì)理念，其內(nèi)容也可以和整個(gè)市場工藝需求相吻合。利用BIM 技術(shù)實(shí)現(xiàn)鋼梁制造一體化，將BIM 模型數(shù)據(jù)和數(shù)控機(jī)床聯(lián)系在一起，減少了人工二次轉(zhuǎn)換的工作量，提高了鋼梁制造的精準(zhǔn)性。以BIM 技術(shù)為基礎(chǔ)的鋼梁制造一體化流程如圖1所示。

圖1 以BIM 技術(shù)為基礎(chǔ)的鐵路鋼梁制造一體化流程

由于鐵路橋梁鋼構(gòu)件的形式十分復(fù)雜，構(gòu)件之間的空間關(guān)系也十分緊密，對制造精度要求十分嚴(yán)格。所以，為了能夠確?，F(xiàn)場安裝需求得到滿足，通常都會在工廠完成預(yù)拼裝工作。應(yīng)用BIM 模型完成的數(shù)字化拼裝不會受吊裝設(shè)備和施工周期等因素的影響，效率非常高。在完成桿件制造之后，可以采用三維數(shù)字?jǐn)z影技術(shù)或激光掃描技術(shù)來探測實(shí)物尺寸，獲取精度更好的數(shù)字化模型。之后利用仿真檢測技術(shù)對BIM 標(biāo)準(zhǔn)模型進(jìn)行復(fù)模。隨后，將模擬構(gòu)件放入三維坐標(biāo)系統(tǒng)，以軸線交點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)擺放所有模擬構(gòu)件，完成構(gòu)件預(yù)拼裝。最終完成虛擬拼裝檢查。

3.3 BIM 技術(shù)在建設(shè)管理中的應(yīng)用

將BIM 技術(shù)應(yīng)用在鐵路橋梁工程管理中，可以將工程運(yùn)維過程、鐵路設(shè)計(jì)施工和相關(guān)數(shù)據(jù)集成一個(gè)多維度的數(shù)據(jù)庫，經(jīng)過計(jì)算處理、共享和數(shù)據(jù)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)BIM 實(shí)時(shí)化和共享化管理，提高BIM 模型在整個(gè)工程項(xiàng)目中的精細(xì)化程度，確保施工質(zhì)量、投資、施工進(jìn)度和安全性得到精細(xì)化管控。在此基礎(chǔ)上，利用BIM 模型還可以對橋梁設(shè)計(jì)進(jìn)行動態(tài)可視化展示，為參與建設(shè)的各方提供直觀的設(shè)計(jì)方案，從而對整個(gè)設(shè)計(jì)過程進(jìn)行優(yōu)化。

與此同時(shí)，BIM 在鐵路橋梁工程中的一項(xiàng)重要應(yīng)用就是實(shí)現(xiàn)BIM 可視化交底。傳統(tǒng)施工技術(shù)交底在二維圖紙局限性的影響下，大部分施工圖紙要依靠繪圖規(guī)則和文字描述表達(dá)設(shè)計(jì)意圖，而不同的使用人員業(yè)務(wù)知識也存在明顯差異，會出現(xiàn)不同的理解和應(yīng)用。在具體施工過程中，有時(shí)還會發(fā)生設(shè)計(jì)圖紙誤讀的問題，說明二維圖紙不夠具體和直觀。在應(yīng)用BIM模型之后，可以利用其立體、可視化和全角度等特點(diǎn)，對以往的技術(shù)交底工作進(jìn)行合理優(yōu)化，制定完善的BIM 可視化交底，包括施工指導(dǎo)書、模擬視頻、施工步驟連環(huán)畫等。BIM 可視化交底還可以在短時(shí)間內(nèi)清晰表達(dá)施工步驟，減少了誤讀，避免因安全問題和質(zhì)量問題出現(xiàn)的返工情況。

除此之外，在鐵路橋梁工程全橋模型上附帶施工進(jìn)度計(jì)劃屬性參數(shù)，可以形成較為完善的4D 模型，更加直觀地呈現(xiàn)橋梁在建造過程中的實(shí)際情況。并能夠與設(shè)計(jì)方案進(jìn)行對比，從而了解實(shí)際施工和計(jì)劃方案之間的偏差性，科學(xué)合理地糾正施工進(jìn)度計(jì)劃，確保管理人員可以直觀了解變更方案帶來的影響。還有最重要的一點(diǎn)就是利用BIM 模型信息可以對整個(gè)施工過程的進(jìn)度進(jìn)行模擬演算，對局部方案和大部分節(jié)點(diǎn)工程方案進(jìn)行對比，挑選出最佳的施工方案，從而獲得最理想的施工效果。

在建筑工程成本管理方面，5D BIM 技術(shù)通常都建立在3D 建筑信息模型基礎(chǔ)上，融入時(shí)間進(jìn)度信息和成本造價(jià)信息，形成了全新的五維建筑信息模型。不僅可以更好地統(tǒng)計(jì)工程量，還能夠?qū)⒔ㄖ?gòu)件中的3D 模型和施工進(jìn)度結(jié)合在一起，對整個(gè)工程變化進(jìn)行動態(tài)模擬，確保施工進(jìn)度可以得到精準(zhǔn)控制，實(shí)時(shí)監(jiān)控成本造價(jià)。

同時(shí)，為了提高鐵路橋梁工程的整體質(zhì)量，必須要保證材料質(zhì)量，對相關(guān)資料進(jìn)行整理分析，與樣品一同上交監(jiān)理單位進(jìn)行嚴(yán)格審核。在BIM 質(zhì)量管理過程中，很多材料信息都被記錄在了模型中，與構(gòu)件部位之間的關(guān)系十分密切，材料管理信息變得更加精準(zhǔn)，查閱工作也會變得更加方便。尤其是對于一些較為復(fù)雜的工程項(xiàng)目，必須要盡可能地記載施工內(nèi)容，合理應(yīng)用結(jié)構(gòu)化BIM 數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語

綜上所述，在BIM 技術(shù)快速發(fā)展的背景下，為我國鐵路橋梁設(shè)計(jì)、建造和施工等流程搭建了對話的平臺，利用BIM 協(xié)同設(shè)計(jì)改變傳統(tǒng)生產(chǎn)模式。同時(shí)，將BIM 技術(shù)引入鐵路橋梁工程中的鋼梁制造環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)建造和設(shè)計(jì)一體化發(fā)展，為制造單位提供創(chuàng)新升級的機(jī)會。另外，將BIM 技術(shù)應(yīng)用在鐵路橋梁建設(shè)工程施工管理中，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理，不僅提高了整體生產(chǎn)效率，也會推動鐵路橋梁工程生產(chǎn)模式朝全新的方向變革發(fā)展。