橋梁工程BIM技術(shù)應(yīng)用研究

錢 楓

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,西安 710043)

橋梁工程BIM技術(shù)應(yīng)用研究

錢 楓

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,西安 710043)

建筑信息模型(Building Information Modeling)是以建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎(chǔ),進(jìn)行建筑模型的建立,通過數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實(shí)信息,它具有可視性、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性五大特點(diǎn)。而BIM技術(shù)在橋梁工程建設(shè)領(lǐng)域的應(yīng)用目前正處于前期階段,初步探索在設(shè)計(jì)、施工、后期運(yùn)營養(yǎng)護(hù)維修的全生命周期中如何利用BIM技術(shù)來提高設(shè)計(jì)效率、改善設(shè)計(jì)質(zhì)量、加強(qiáng)施工組織及后期運(yùn)營管理,具體的實(shí)現(xiàn)方法以及應(yīng)用BIM技術(shù)所能帶來的效益,希望能對BIM技術(shù)在橋梁工程方面的應(yīng)用拓展思路。

橋梁工程；BIM；建筑信息模型；全生命周期

1 概述

近幾年國內(nèi)建筑工程領(lǐng)域的最熱門技術(shù)非BIM莫屬，在建筑行業(yè)取得了不錯的應(yīng)用成效后，國家開始大力推進(jìn)BIM技術(shù)在工程領(lǐng)域如鐵路、公路、水利水電行業(yè)應(yīng)用研究，而橋梁工程在工程建設(shè)領(lǐng)域所占的比重又相當(dāng)大，尤其是高速鐵路、山區(qū)鐵路、公路等，橋梁占比往往較大，在橋梁工程中應(yīng)用BIM技術(shù)對整個工程項(xiàng)目的意義重大，本文將從設(shè)計(jì)、施工、后期運(yùn)維項(xiàng)目全生命周期的三個階段分別研究BIM技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用需求及效果。

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

設(shè)計(jì)階段分為前期設(shè)計(jì)及后期設(shè)計(jì)兩個階段，前期設(shè)計(jì)主要包括項(xiàng)目立項(xiàng)、可行性研究及方案比選等部分內(nèi)容，通過利用Revit等參數(shù)化建模工具建立的橋梁三維實(shí)體模型可以很方便的根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整尺寸，并將實(shí)際成橋效果實(shí)時動態(tài)展現(xiàn)，達(dá)到所見即所得，能夠直觀地將設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)效果直接以三維可視化模型為載體傳遞給項(xiàng)目決策者，極大地方便設(shè)計(jì)方案的調(diào)整，根據(jù)修改意見及時修改并呈現(xiàn)，并且可通過添加成本控制信息及時了解改動后的投資增減情況，使前期橋型橋式方案的快速確定十分便捷高效。圖1為某鐵路橋矮塔斜拉橋主橋模型，建模采用Revit軟件，需要根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)建立專門的族庫，對于復(fù)雜的橋梁結(jié)構(gòu)利用BIM模型三維表達(dá)較傳統(tǒng)二維圖紙更清楚、更易理解。

圖1 某鐵路橋梁全橋BIM模型三維透視圖

模型建立完成后可通過三維渲染軟件以真實(shí)場景渲染圖的形式表達(dá)，或者生產(chǎn)三維漫游動畫，方便業(yè)主決策方充分理解設(shè)計(jì)意圖、設(shè)計(jì)理念，真實(shí)地反映項(xiàng)目與周圍環(huán)境的立體關(guān)系。圖2為某公路橋梁方案設(shè)計(jì)階段采用BIM模型生成的模擬真實(shí)場景的橋梁三維漫游動畫，匯報(bào)方案時生動、直觀，遠(yuǎn)比以往呆板的三維渲染圖信息量大、效果好，并且普通設(shè)計(jì)人員即可完成。

圖2 某公路橋梁三維可視化漫游動畫

后期設(shè)計(jì)階段建立詳細(xì)的橋梁BIM模型以滿足設(shè)計(jì)碰撞檢查、糾錯以及出圖需求。由于橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部三向預(yù)應(yīng)力管道、斜拉索等空間相對關(guān)系錯綜復(fù)雜，而二維CAD圖紙通常在不同的圖紙表示不同的構(gòu)件，容易導(dǎo)致設(shè)計(jì)時考慮不周發(fā)生管道碰撞、部件位置沖突等現(xiàn)象，項(xiàng)目不同人員之間溝通、協(xié)同也比較困難，設(shè)計(jì)質(zhì)量得不到保證；部分特殊結(jié)構(gòu)的復(fù)雜部位二維表示困難，具體實(shí)施時施工單位難以理解設(shè)計(jì)意圖，造成不必要的損失；圖紙表達(dá)造成的信息傳遞丟失，設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)信息不能完整地傳遞至施工單位、運(yùn)營管理部門；圖3可以清楚地看到橋梁的縱、橫、豎三向預(yù)應(yīng)力鋼束按原布置方式發(fā)生的位置沖突，設(shè)計(jì)人員可以及時進(jìn)行調(diào)整以避免后期設(shè)計(jì)變更，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。

圖3 碰撞檢查發(fā)現(xiàn)鋼束位置沖突

在設(shè)計(jì)階段利用BIM技術(shù)可以完全避免上述現(xiàn)象的發(fā)生，橋梁結(jié)構(gòu)部件均以真實(shí)的三維實(shí)體表達(dá)，利用軟件自動進(jìn)行碰撞檢查，三維可視化技術(shù)交底等，設(shè)計(jì)信息可以很方便地保存在項(xiàng)目模型中提交給施工單位及業(yè)主，并且施工單位的施工信息和后期養(yǎng)護(hù)維修信息都能夠很方便地添加進(jìn)去，完整地信息傳遞方便了后期對結(jié)構(gòu)部件追溯，及時發(fā)現(xiàn)問題成因。

BIM設(shè)計(jì)從根本上改變了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)習(xí)慣，多專業(yè)、多人員協(xié)同設(shè)計(jì)平臺使得在設(shè)計(jì)過程中，各專業(yè)并行設(shè)計(jì)，溝通及時準(zhǔn)確，避免了大量的重復(fù)性返工，同時由于二維圖紙均基于三維BIM模型所建立并與之相關(guān)聯(lián)，模型局部修改后相關(guān)聯(lián)圖紙自動更新，極大地提高了設(shè)計(jì)效率，使設(shè)計(jì)人員從繁重的修改工作中解脫出來，將更多的精力投入項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化中。

BIM技術(shù)的先進(jìn)性和可擴(kuò)展性決定了從傳統(tǒng)的CAD二維設(shè)計(jì)向BIM設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變是大勢所趨，其意義甚至比當(dāng)年的“甩圖板”即手工繪圖向CAD計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)換更為重大，堪稱勘察設(shè)計(jì)行業(yè)的又一次技術(shù)革命。

3 BIM技術(shù)在橋梁工程施工階段的應(yīng)用

技術(shù)交底期間施工單位可通過BIM模型的可視化和附著信息充分理解設(shè)計(jì)思路，避免了由于圖紙理解偏差造成的問題，同時也能及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案不合理、難以施工等問題并及時與設(shè)計(jì)方協(xié)調(diào)修正，減少后期變更設(shè)計(jì)等造成的廢棄工程和浪費(fèi)。

施工組織設(shè)計(jì)應(yīng)用BIM技術(shù)的4D、5D特性，不僅可以更直觀的三維展現(xiàn)施工進(jìn)度信息，更可以結(jié)合工程量信息整合項(xiàng)目成本控制，在施工備料、人力資源安排、資金與進(jìn)度控制等方面動態(tài)精細(xì)化管理，節(jié)約工程成本，提高項(xiàng)目總體收益和工程施工質(zhì)量。圖4為橋梁施工過程的動態(tài)模擬(Navisworks軟件截圖)，以動畫形式模擬橋梁施工步驟，方便施工技術(shù)交底及計(jì)劃進(jìn)度安排等。

圖4 施工過程4D施工模擬

利用BIM模型還可進(jìn)行施工機(jī)具的碰撞檢查以及移動路徑檢查，確定合理的施工方案，更好地與業(yè)主與設(shè)計(jì)單位溝通協(xié)商，減少施工方案引起的工程變更，降低工程成本。施工過程中根據(jù)現(xiàn)場自動化采集的橋梁位移數(shù)據(jù)，利用三維BIM模型對應(yīng)顯示相應(yīng)位置位移值，并與理論計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，對于超出允許范圍的位移及時在BIM模型中給予警示信息，提醒用戶及時采取措施加以修正，并將最終成橋線型與理論數(shù)據(jù)通過圖形+數(shù)據(jù)方式直觀體現(xiàn)。根據(jù)橋梁施工過程中由監(jiān)控單位量測的應(yīng)力、應(yīng)變數(shù)據(jù)實(shí)時反映橋梁的結(jié)構(gòu)安全性以及與理論計(jì)算結(jié)果的差值，及時糾正施工出現(xiàn)的偏差，確保橋梁工程的施工質(zhì)量，降低施工風(fēng)險，橋梁工程監(jiān)控量測及預(yù)警機(jī)制詳細(xì)流程詳見圖5。

圖5 監(jiān)控量測及預(yù)警機(jī)制

施工過程在BIM模型中添加施工信息，對施工過程質(zhì)量管理以及后期項(xiàng)目運(yùn)營階段的養(yǎng)護(hù)維修都十分重要，利用BIM模型作為施工信息的載體，較以往的施工工程日志等更為直觀，更方便查詢管理，可根據(jù)部件的ID信息進(jìn)行快速檢索、分類，及時發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

4 BIM技術(shù)在橋梁運(yùn)營管理階段的應(yīng)用

橋梁工程的結(jié)構(gòu)安全至關(guān)重要，后期的養(yǎng)護(hù)維修、運(yùn)營管理、檔案管理都可以利用BIM技術(shù)強(qiáng)大的信息化、可視化功能來實(shí)現(xiàn)。

設(shè)計(jì)、施工模型與信息經(jīng)由數(shù)字化信息模型無損地傳遞給運(yùn)管部門，對結(jié)構(gòu)使用過程中發(fā)現(xiàn)的風(fēng)險因素分析成因，分清責(zé)任，制定維修整改實(shí)施方案并記錄在BIM模型信息中，所有的數(shù)據(jù)記錄后期都可以很方便地查詢，大到橋梁墩臺、梁部大體積混凝土，小到預(yù)應(yīng)力鋼束的錨具，甚至是橋梁支座的螺栓等都可以根據(jù)其ID信息和可視化圖形界面調(diào)閱，避免低效率的查閱大量二維圖紙、日志記錄等繁瑣工作，對一些易出現(xiàn)問題的部位也可以通過添加提醒功能按期檢查，避免出現(xiàn)不可挽回的損失。

5 結(jié)語

BIM作為一種新興的高新技術(shù)在工程建設(shè)領(lǐng)域得到了越來越多的推廣應(yīng)用，許多大型建筑工程項(xiàng)目如上海中心、深圳機(jī)場等應(yīng)用BIM技術(shù)均取得了不俗的成效。在鐵路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域，由鐵路總公司等部門推進(jìn)的一系列標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范也在緊鑼密鼓的編制中，新建項(xiàng)目的BIM應(yīng)用試點(diǎn)等研究工作也在加緊進(jìn)行，隨著應(yīng)用研究的不斷深入，BIM技術(shù)必將為工程建設(shè)領(lǐng)域帶來一次全新的技術(shù)革命，在橋梁工程等項(xiàng)目的應(yīng)用前景也將十分廣闊，雖然目前還面臨對口軟件、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的缺乏，但隨著開發(fā)研究的不斷深入必將逐步解決上述問題，并取代傳統(tǒng)的建設(shè)方法，只有充分掌握了BIM技術(shù)的企業(yè)才能在日趨激烈的市場競爭中站穩(wěn)腳跟。

[1] 盧祝清.BIM在鐵路建設(shè)項(xiàng)目中的應(yīng)用分析[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2011(10):4-7.

[2] 何關(guān)培.BIM總論[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[3] 逯宗田.鐵路設(shè)計(jì)應(yīng)用BIM的思考[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2013(6):140-143.

[4] 張為和.基于BIM的夜郎河雙線特大橋施工應(yīng)用方案研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2015(3):82-86.

[5] 王青薇，張建平.基于BIM的工程投資控制研究[J].工業(yè)建筑.2011(S1):1016-1019.

[6] 朱江.BIM在鐵路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用初探[J].鐵道工程學(xué)報(bào)，2010(10):104-108.

[7] 龍輝元.BIM技術(shù)應(yīng)用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的探討與案例[J].土木建筑工程信息技術(shù)，2010(12)：89-93.

[8] 劉照球，李云貴.建筑信息模型的發(fā)展及其在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].建筑科學(xué)，2009(1):96-99.

[9] 祝嘉.在城市軌道交通建設(shè)項(xiàng)目中應(yīng)用BIM技術(shù)的設(shè)想[J].建筑經(jīng)濟(jì)，2008(S2):1007-1010.

[10]張建平，范喆，王陽利，黃志剛.基于4D-BIM的施工資源動態(tài)管理與成本實(shí)時監(jiān)控[J].施工技術(shù)，2011(4):37-40.

[11]張春霞.BIM技術(shù)在我國建筑行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展障礙研究[J].建筑經(jīng)濟(jì)，2011(9):96-98.

[12]過俊.BIM在國內(nèi)建筑全生命周期的典型應(yīng)用[J].建筑技藝，2011(Z1):95-99.

Research on Application of BIM technology in Bridge Engineering

QIAN Feng

(China Railway First Survey and Design Institute Group Co., Ltd., Xi’an 710043, China)

The Building Information Modeling is based on various relevant Information data to establish architecture models. It is granted with five main features of visibility, coordination, simulation, optimization and drawing directly by simulating the real Information of building digital information. The BIM technology is now applied at an early stage in the field of bridge engineering. The main purpose of this paper is to improve design efficiency and quality, strengthen construction organization and later operation management. The practical implementation method and application of BIM technology are expected to bring more benefit and serve as

for future projects.

Bridge project; BIM; Building information modeling; Full life cycle

2015-04-29；

2015-05-15

錢 楓(1977—)，男，高級工程師，1998年畢業(yè)于西南交通大學(xué)橋梁工程專業(yè)，E-mail：qfxian@foxmail.com。

1004-2954(2015)12-0050-03

U442.5

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2015.12.012