基于BIM技術(shù)的橋梁工程設(shè)計(jì)的應(yīng)用

陳 交

(蘭州交通大學(xué)，甘肅 蘭州 730070)

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基于BIM技術(shù)的橋梁工程設(shè)計(jì)的應(yīng)用

陳 交

(蘭州交通大學(xué)，甘肅 蘭州 730070)

通過(guò)建立BIM數(shù)字化模型，選取BIM核心建模軟件Autodesk Revit建立全橋各個(gè)構(gòu)件族庫(kù)，利用建立完的族庫(kù)建立了完整的全橋信息化模型，在族庫(kù)的應(yīng)用以及全橋模型建立和應(yīng)用過(guò)程中完成了項(xiàng)目的設(shè)計(jì)檢查、工程量計(jì)算、生成二維施工圖以及施工模擬等工作，指出BIM技術(shù)的應(yīng)用，減少了返工現(xiàn)象、提高了施工效率，實(shí)現(xiàn)了橋梁工程的信息化管理。

BIM技術(shù)，Revit族庫(kù)，橋梁設(shè)計(jì)

0 引言

近些年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,大型橋和特大橋項(xiàng)目越來(lái)越多，如中國(guó)杭州灣大橋、湖南矮寨大橋等。由于橋梁結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，受力分析要求高等多種原因，這就要求橋梁設(shè)計(jì)與施工需要更高的要求，使用傳統(tǒng)的方式很難辦到或者成本很高，而BIM技術(shù)能夠很好地解決這些問(wèn)題。目前，橋梁結(jié)構(gòu)除了在計(jì)算方面采用三維分析計(jì)算模型進(jìn)行分析，在整體與構(gòu)件設(shè)計(jì)方面仍然以二維設(shè)計(jì)的方式為主。由于橋梁工程自身復(fù)雜性的特點(diǎn)，如果僅依靠傳統(tǒng)的二維圖紙很難檢測(cè)或發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的沖突問(wèn)題，這些設(shè)計(jì)問(wèn)題通常只有在施工階段才能發(fā)現(xiàn)，從而影響施工進(jìn)度與成本，也將影響施工安全。因此，在橋梁工程設(shè)計(jì)中保證橋梁的可造性和施工方案的可行性很重要。

建筑信息模型(Building Information Modeling)作為一種實(shí)現(xiàn)建設(shè)項(xiàng)目的物理功能特性的數(shù)字描述和管理的新型技術(shù)，是以三維數(shù)字化技術(shù)為基礎(chǔ)，集成了建設(shè)工程項(xiàng)目各種相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)模型。它的目標(biāo)是為建設(shè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和施工提供有效的支持，為項(xiàng)目的各參與方提供一個(gè)協(xié)同工作與交流的平臺(tái)[1],從而減少設(shè)計(jì)與施工返工，提高了項(xiàng)目工程質(zhì)量，并縮短了建設(shè)工期和減少了建造成本。

本文是基于楊家壩中橋，對(duì)BIM技術(shù)在楊家壩中橋設(shè)計(jì)中的應(yīng)用方法以及橋梁工程族庫(kù)的建立方法進(jìn)行研究，選取BIM的核心建模軟件Revit Structure建立楊家壩橋各個(gè)構(gòu)件族庫(kù)，利用建立完的族庫(kù)逐步建立完整橋梁的信息化模型。在族的應(yīng)用和全橋模型建立和應(yīng)用的過(guò)程中，研究BIM技術(shù)在橋梁工程中減少設(shè)計(jì)與施工返工，提高工程質(zhì)量，并節(jié)約工程建造與工期等方面的應(yīng)用。

1 模型建立

1.1 族庫(kù)的建立

Autodesk Revit[2]是BIM[3]核心建模軟件之一，Autodesk Revit針對(duì)構(gòu)件提供族的功能[4]，族是組成項(xiàng)目的構(gòu)件，同時(shí)是參數(shù)信息的載體，開發(fā)了一個(gè)面向?qū)ο蟮臉蛄汗こ藼IM建模系統(tǒng)[5]。Autodesk Revit系列軟件中族的概念就是參數(shù)化構(gòu)件，使用者可以自行創(chuàng)建構(gòu)件族。雖然Autodesk Revit具有強(qiáng)大的族編輯功能，但由于橋梁結(jié)構(gòu)復(fù)雜性的特點(diǎn)，現(xiàn)階段的橋梁族庫(kù)還沒有建立起來(lái)，然而因其具有開放的接口，可以通過(guò)外部導(dǎo)入的方式進(jìn)行完善。

族庫(kù)的特點(diǎn)是可以通過(guò)已建好的參數(shù)化樣板族直接建模，只需調(diào)整族的參數(shù)即可，這樣就可以縮短建模的時(shí)間。將已建的構(gòu)件族保存到族庫(kù)，以后遇到類似的構(gòu)件族就只需更改相應(yīng)的參數(shù)，從而極大地減少了重復(fù)性工作。

1.1.1 基礎(chǔ)族的創(chuàng)建

楊家壩中的基礎(chǔ)采用柱基礎(chǔ)，根據(jù)二維圖紙，利用Autodesk Revit軟件，通過(guò)調(diào)用Revit自帶的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)族樣板文件，建立基礎(chǔ)族庫(kù)，輸入基礎(chǔ)的各個(gè)參數(shù)，在平面及立面視圖下檢查基礎(chǔ)模型是否正確，得到的基礎(chǔ)模型三維視圖如圖1～圖3所示。

1.1.2 墩臺(tái)族的創(chuàng)建

由于橋址處烈陽(yáng)公路及公路旁河溝與本線法線斜交約30°，為避免壓縮河道的泄洪斷面，減少本線施工對(duì)公路的干擾，承臺(tái)橋墩順渠道斜置，扭轉(zhuǎn)角度30°。在Autodesk Revit中通過(guò)拉伸及融合功能建立墩臺(tái)族，其效果如圖4，圖5所示。

1.1.3 主梁族的創(chuàng)建

楊家壩中橋采用等高度鋼筋混凝土鋼構(gòu)連續(xù)梁，在建模過(guò)程中要注意梁體定位準(zhǔn)確性，要注意梁體截面縱坡的處理，其效果如圖6所示。

1.2 全橋模型

各個(gè)構(gòu)件族建立完成后，利用建立完的族庫(kù)在Revit Structure中建立一個(gè)結(jié)構(gòu)的項(xiàng)目文件，然后將建立好的族庫(kù)載入到建立的結(jié)構(gòu)項(xiàng)目文件中，調(diào)整好各個(gè)構(gòu)件的位置，得到全橋的信息化模型。

根據(jù)實(shí)際的地質(zhì)地形條件，分別將建立好的地形、基礎(chǔ)、墩臺(tái)梁體等族庫(kù)載入到項(xiàng)目文件中，調(diào)整好各個(gè)構(gòu)件在項(xiàng)目文件中的位置即可建立模型，如圖7所示。

2 二維圖紙的自動(dòng)導(dǎo)出

傳統(tǒng)的CAD二維施工圖紙如果有一處改動(dòng)，整套圖紙都需要人工改動(dòng)，這樣不僅極大的浪費(fèi)時(shí)間、降低工作效率，而且很容易遺漏需要修改的工作，采用BIM技術(shù)生成的二維圖形最大的優(yōu)點(diǎn)就是能夠達(dá)到實(shí)時(shí)更新的效果。如果修改圖形中任何一處，相應(yīng)的二維圖形都會(huì)實(shí)時(shí)更新，自動(dòng)修改，無(wú)需像傳統(tǒng)的CAD二維圖形一樣，需要對(duì)各個(gè)圖形進(jìn)行一一修改，這樣極大地減少了修改的時(shí)間，提高了工作效率。在橋梁工程中，由于其自身的復(fù)雜性，一旦需要修改，在傳統(tǒng)的CAD二維圖形修改中就很容易遺漏需要修改的工作。

在傳統(tǒng)的CAD二維施工圖繪制中，不僅平面圖、立面圖、剖面圖都必須一一手工繪制，而且還要繪制相應(yīng)的詳圖，工作量很大。由于橋梁工程細(xì)部構(gòu)造比較多，這部分的圖紙比較容易出現(xiàn)錯(cuò)誤和遺漏，這樣不僅會(huì)嚴(yán)重影響圖紙的質(zhì)量，甚至?xí)绊懙绞┕?，出現(xiàn)返工或設(shè)計(jì)變更，給項(xiàng)目增加不必要的工期和費(fèi)用。

在BIM技術(shù)中使用Autodesk Revit系列軟件，在三維模型建立完成后，其平面、立面、剖面、細(xì)部詳圖等都能根據(jù)工程需要自動(dòng)生成,與傳統(tǒng)的CAD二維繪圖技術(shù)相比較，這就更加體現(xiàn)了BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。這樣三維模型不僅能滿足復(fù)雜多變的空間需求，還能自動(dòng)生成二維圖紙。而且能夠快速、準(zhǔn)確的生成細(xì)部構(gòu)造圖，并能夠方便的顯示其在整個(gè)模型或圖紙中的位置，比較復(fù)雜的、用平面或平面圖難以讓施工人員理解的構(gòu)件，可以采用BIM技術(shù)以三維的形式呈現(xiàn)給施工單位。以下是由Autodesk Revit Structure建立的三維模型導(dǎo)出二維的DWG格式的圖紙，如圖8所示。

3 自動(dòng)統(tǒng)計(jì)工程量

基于BIM技術(shù)的橋梁工程的所有信息都可以存儲(chǔ)在模型數(shù)據(jù)庫(kù)中，這些數(shù)據(jù)可以被計(jì)算機(jī)直接讀取，并且可以有效的對(duì)構(gòu)件進(jìn)行工程量分析，減少了因重復(fù)人工操作帶來(lái)的錯(cuò)誤，同時(shí)實(shí)現(xiàn)工程量隨設(shè)計(jì)變更實(shí)時(shí)輸出真實(shí)有效的工程量數(shù)據(jù)。

Revit的BIM模型是應(yīng)用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)創(chuàng)建的三維數(shù)據(jù)模型，

Revit的數(shù)據(jù)信息模型是一個(gè)龐大的數(shù)據(jù)集合，包含了不同的構(gòu)件圖元，有模型圖元，視圖圖元，注釋符號(hào)圖元，各種圖元之間存在著相互關(guān)聯(lián)關(guān)系，如圖9所示。目前我們可以通過(guò)Revit提供的API訪問(wèn)Revit文件，也可以獲得Revit的實(shí)體信息，Revit還提供了一種ODBC數(shù)據(jù)庫(kù)接口，通過(guò)這個(gè)接口我們可以獲得所有Revit實(shí)體信息。

通過(guò)BIM獲得工程量統(tǒng)計(jì)可以估算工程成本，從而進(jìn)行方案對(duì)比，選擇。同時(shí)這些工程量可以直接用于施工前的工程量預(yù)算和施工結(jié)束后的工程量結(jié)算。

4 協(xié)同設(shè)計(jì)

協(xié)同設(shè)計(jì)能有效的提高設(shè)計(jì)者之間的交流和協(xié)作以避免設(shè)計(jì)沖突，“協(xié)同”是BIM技術(shù)的核心方法，是實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)提升工程項(xiàng)目全生命周期及各個(gè)階段質(zhì)量和效率的重要保障手段。采用Cloud-BIM協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)[6,7]，將工程中不同參與方集成到同一個(gè)平臺(tái)之上，充分利用BIM信息化模型，避免多次重復(fù)建模，實(shí)現(xiàn)高效化設(shè)計(jì)。

雖然橋梁工程在設(shè)計(jì)階段涉及的專業(yè)相對(duì)建筑專業(yè)涉及的比較少，但是由于橋梁結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，協(xié)同設(shè)計(jì)工作在橋梁設(shè)計(jì)階段也尤為重要。

5 結(jié)語(yǔ)

BIM技術(shù)可以為橋梁工程的設(shè)計(jì)提供有效支持，BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)階段作為輔助設(shè)計(jì)工具能在大多環(huán)節(jié)中發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，隨著BIM技術(shù)的不斷應(yīng)用，其使用價(jià)值會(huì)不斷的體現(xiàn)出來(lái)。雖然，目前BIM技術(shù)有在橋梁設(shè)計(jì)階段軟件平臺(tái)針對(duì)性不強(qiáng)，BIM軟件與傳統(tǒng)橋梁計(jì)算分析銜接不順，以及構(gòu)件模塊較少、參數(shù)化驅(qū)動(dòng)較弱等等問(wèn)題，這些都需要建模軟件逐漸完善和積累經(jīng)驗(yàn)才能解決。但BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)的橋梁全生命周期管理的信息化平臺(tái)，解決各階段、不同專業(yè)之間的信息集成和共享的理念值得進(jìn)行深入的研究。

[1] 李紅學(xué),郭紅領(lǐng),高 巖,等.基于BIM的橋梁工程設(shè)計(jì)與施工優(yōu)化研究[J].工程管理學(xué)報(bào),2012,26(6):48-52.

[2] 靳銘宇.淺析Autodesk Revit在中國(guó)的發(fā)展及局限性[J].建筑設(shè)計(jì)研究,2008(1):83-84.

[3] 何清華,錢麗麗,段運(yùn)峰,等.BIM在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用的現(xiàn)狀及障礙研究[J].工程管理學(xué)報(bào),2012(1)：12-16.

[4] 黃亞斌,徐 欽.Autodesk Revit族詳解[M].北京:水利水電出版社,2013:11-34.

[5] 宋春福，陳 興.BIM技術(shù)在大跨度斜拉橋設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].沈陽(yáng)建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2016,32(1):115-123.

[6] 陳 杰. 基于云BIM的建設(shè)工程協(xié)同設(shè)計(jì)與施工協(xié)同機(jī)制[D].北京:清華大學(xué)，2014.

[7] 陳 杰，武電坤,任劍波，等.基于Cloud-BIM的建設(shè)工程協(xié)同設(shè)計(jì)研究[J].工程管理學(xué)報(bào)，2014，28(5):27-31.

Application study on BIM technology in bridge design stage

Chen Jiao

(LanzhouJiaotongUniversity,Lanzhou730070,China)

Through the establishment of BIM digital model, Autodesk Revit as the kernel modeling software of BIM is used to build the family library of the constructional element of bridge. Then the complete model of bridge is built using the family library. These work including design checking, project quantity counting, 2D design drawing and construction process simulation is accomplished by using the family library and the model of bridge.

BIM technology, Revit family library, bridge designing

1009-6825(2016)31-0186-03

2016-08-21

陳 交(1992- )，男，在讀碩士

U442.5

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