基于BIM的橋梁工程設(shè)計(jì)與施工優(yōu)化研究

文/袁遠(yuǎn) 徐州市市政設(shè)計(jì)院有限公司 江蘇徐州 221002

基于BIM的橋梁工程設(shè)計(jì)與施工優(yōu)化研究

文/袁遠(yuǎn) 徐州市市政設(shè)計(jì)院有限公司 江蘇徐州 221002

將建筑信息模型（BIM）引入到橋梁工程中，可以有效提高設(shè)計(jì)和施工效率。本文通過對(duì)橋梁工程設(shè)計(jì)和施工進(jìn)行分析，提出了基于 BIM 的橋梁工程設(shè)計(jì)和施工優(yōu)化解決方案，包括設(shè)計(jì)和施工的各個(gè)程序，例如，初步設(shè)計(jì)優(yōu)化、施工設(shè)計(jì)優(yōu)化、施工工序優(yōu)化 、施工進(jìn)度優(yōu)化以及施工管理優(yōu)化等。本文對(duì)橋梁工程的設(shè)計(jì)與施工特點(diǎn)進(jìn)行描述，并分析了BIM在橋梁工程與施工設(shè)計(jì)優(yōu)化中的應(yīng)用。

BIM；橋梁工程設(shè)計(jì)；橋梁工程施工；優(yōu)化

近年來，為滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，大型橋梁的建設(shè)工程項(xiàng)目逐漸增多，這就對(duì)橋梁的設(shè)計(jì)和施工工作提出了更高的要求。傳統(tǒng)的大型橋梁工程的設(shè)計(jì)主要依靠二維圖紙來完成，施工規(guī)劃也是以項(xiàng)目管理人員的經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行。近年來大型橋梁增多，項(xiàng)目設(shè)計(jì)復(fù)雜性增強(qiáng)，設(shè)計(jì)構(gòu)建較多，傳統(tǒng)的二維圖紙很難實(shí)現(xiàn)，這些在設(shè)計(jì)過程中不能發(fā)現(xiàn)就會(huì)影響施工。

建筑信息模型（簡(jiǎn)稱BIM）的管理理念，始于19世紀(jì)70年代，在發(fā)達(dá)國(guó)家得到廣泛推廣，今年在我國(guó)也得到一定的應(yīng)用。不僅有效支持項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與施工，還能為各協(xié)作和參與方提供交流的平臺(tái)，提高工程效率，節(jié)約時(shí)間和成本。

1、橋梁工程設(shè)計(jì)與施工特點(diǎn)

橋梁項(xiàng)目一般以大型的工程居多，設(shè)計(jì)和施工都較為復(fù)雜。其特點(diǎn)主要表現(xiàn)在三方面：一是，構(gòu)件多、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜。在橋梁工程設(shè)計(jì)中涉及大量的構(gòu)件，為保障結(jié)構(gòu)安全，橋梁工程設(shè)計(jì)會(huì)比較復(fù)雜，尤其在構(gòu)件的連接處，因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上會(huì)出現(xiàn)沖突問題。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，僅需要依靠二維圖紙進(jìn)行檢測(cè)，但是由于工程的復(fù)雜性難以僅依靠圖紙進(jìn)行檢測(cè)，很多問題直到施工中才能發(fā)現(xiàn)，這就會(huì)造成工期的延誤。二是，預(yù)制構(gòu)件多、體積龐大。橋梁工程都涉及大量的預(yù)制構(gòu)件。這些構(gòu)件或現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制或工廠中生產(chǎn)，之后再運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)安裝，容易導(dǎo)致尺寸不匹配。預(yù)制構(gòu)件體積和重量較大，且數(shù)量多，構(gòu)件的生產(chǎn)、運(yùn)輸和吊裝等也存在潛在的問題。三是，施工環(huán)境復(fù)雜多變相對(duì)于一般的建筑工程項(xiàng)目，橋梁工程的施工環(huán)境比較復(fù)雜多變，如跨河、跨海、跨山谷、凍土地帶等。為了保證施工順利進(jìn)行及施工的安全性，必須針對(duì)不同的環(huán)境制定相應(yīng)的施工方案。因此， 橋梁工程對(duì)施工方法、 施工管理等要求較高。

2、基于 BIM 的橋梁工程設(shè)計(jì)優(yōu)化

橋梁工程設(shè)計(jì)包括三個(gè)部分：初步設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)、施工組織設(shè)計(jì)。BIM與橋梁設(shè)計(jì)優(yōu)化的結(jié)合需要有三維建模作為基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用二維圖紙，因此首先需要應(yīng)用BIM技術(shù)將二維圖紙轉(zhuǎn)換為三維模型，在三維模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化。圖1就展示了BIM對(duì)項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)的優(yōu)化過程。

圖1 基于 BIM 的橋梁工程設(shè)計(jì)優(yōu)化流程

如圖所示，BIM技術(shù)主要應(yīng)用在設(shè)計(jì)方案的建模與檢測(cè)分析以及問題的反饋與檢測(cè)上。項(xiàng)目人員在收集圖紙資料進(jìn)行三維建模，模型建立，通過BIM系統(tǒng)檢測(cè)分析，出現(xiàn)的問題交由技術(shù)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行解決，修改并重新分析檢測(cè)，直到圖紙沒有問題，這種方法能在設(shè)計(jì)之初將問題消滅，減少工程返工情況。

2.1 BIM 與初步設(shè)計(jì)

在橋梁工程中，初步設(shè)計(jì)的主要目的是確定橋式方案和總體構(gòu)想。比如橋梁平面布置、立面布置及橫斷面布置，確定橋位。這一過程需要經(jīng)過約業(yè)主的不斷磋商與協(xié)調(diào)。利用BIM技術(shù)可以建立三維模型，更直觀的展示橋梁的方案和構(gòu)想。圖2就展示了某一橋梁工程的BIM模型，在模型的基礎(chǔ)上還可以分離出各個(gè)斷面的圖片，這樣更為直觀，便于分析優(yōu)缺點(diǎn)。同時(shí)模型的修改與調(diào)整也更便捷。

圖2 橋梁工程的 BIM 模型

2.2 BIM 與施工圖設(shè)計(jì)、施工組織設(shè)計(jì)

施工圖設(shè)計(jì)是對(duì)初步設(shè)計(jì)的細(xì)化，在確認(rèn)的總體方案的基礎(chǔ)上對(duì)局部進(jìn)行細(xì)化。施工設(shè)計(jì)則是對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)字分析和計(jì)算，畫出施工圖紙。BIM針對(duì)技術(shù)、施工設(shè)計(jì)的復(fù)雜性也提供了良好的優(yōu)化方法，在整體橋梁的BIM模型基礎(chǔ)上，建立結(jié)構(gòu)細(xì)化模型，對(duì)細(xì)化模型進(jìn)行對(duì)沖分析，自動(dòng)生成分析報(bào)告，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的問題，及時(shí)進(jìn)行修改和檢測(cè)，直至問題全部解決。BIM對(duì)設(shè)計(jì)的優(yōu)化是一個(gè)循環(huán)過程，不斷的分析檢測(cè)直至圖紙無需修改，設(shè)計(jì)方案也就浮出水面，最終塵埃落定。BIM使得所有可能的設(shè)計(jì)問題在設(shè)計(jì)過程中及時(shí)被發(fā)現(xiàn)，避免代入到施工過程，影響工程進(jìn)度。

3、基于 BIM 的橋梁工程施工優(yōu)化

橋梁施工的優(yōu)化主要目的是建立可行的施工方案。施工過程優(yōu)化建立在上述BIM的模型基礎(chǔ)上，借助可視化的施工過程模擬，分析施工進(jìn)度、供需、物資采購(gòu)等過程，并在模擬中不斷優(yōu)化施工方案。基于BIM技術(shù)對(duì)橋梁工程施工的優(yōu)化過程見圖3。這一優(yōu)化過程需要施工人員與BIM技術(shù)人員共同來進(jìn)行，以施工管理人員的經(jīng)驗(yàn)來確認(rèn)對(duì)方案修改的必要性。

圖3 基于 BIM 的橋梁工程施工優(yōu)化流程

3.1施工工序優(yōu)化

項(xiàng)目工作人員借助BIM技術(shù)和可視模擬技術(shù)，將橋梁三維模型與施工過程進(jìn)行集成，進(jìn)行施工工序的模擬。這個(gè)過程生動(dòng)、直觀的展現(xiàn)了施工過程，施工人員可以準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)工序中存在的問題、預(yù)制構(gòu)件的吊裝程序是否可行，一定存在問題，及時(shí)對(duì)施工方案進(jìn)行修訂，直至獲得可行的、高效的施工方案，確保工程順利完工。

3.2 施工進(jìn)度優(yōu)化

與工序優(yōu)化類似，集成三維模型和進(jìn)度計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)以時(shí)間為維度的進(jìn)度模擬，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)情況及時(shí)調(diào)整進(jìn)度安排，直至獲取最佳方案。此外，還可以提前對(duì)項(xiàng)目的重難點(diǎn)進(jìn)行模擬，提前確定安裝規(guī)劃，避免臨時(shí)抱佛腳。

3.3施工管理優(yōu)化

施工方案的優(yōu)化將問題發(fā)生的可能前置，變被動(dòng)局勢(shì)為主動(dòng)，管理人員可以及時(shí)進(jìn)行管理，避免問題發(fā)生。還可以借助可視化模擬過程指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，提高工作效率，消除安全隱患。由此，BIM和模擬技術(shù)的集成，為橋梁工程管理提供了較好的工具，優(yōu)化了施工過程，減輕管理負(fù)擔(dān)。

結(jié)語：

綜上所述，基于BIM的橋梁工程設(shè)計(jì)與施工優(yōu)化是卓有成效的。希望本文的研究對(duì)大型的橋梁工程建設(shè)有所裨益。隨之BIM技術(shù)的廣泛推廣和應(yīng)用，BIM在土木建設(shè)中的應(yīng)用會(huì)越來越多，對(duì)提高工作效率和管理水平有很大幫助。

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表2 優(yōu)化冷水機(jī)組運(yùn)行策略

這樣執(zhí)行可以讓系統(tǒng)在很大一段時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行，機(jī)組不會(huì)頻繁切換啟動(dòng)。過渡季節(jié)由于圍護(hù)冷負(fù)荷、新風(fēng)負(fù)荷降低很多，很多時(shí)候1臺(tái)30XW0352就可以滿足系統(tǒng)需要，所以維持原運(yùn)行策略不便。在控制過程中同時(shí)還要注意，為防止負(fù)荷細(xì)微變化在成機(jī)組頻繁切換，所有負(fù)荷變化幅度超過限定10%十五分鐘后，才會(huì)進(jìn)行機(jī)組的切換或者加載，由于運(yùn)行策略是建立在機(jī)組負(fù)荷70%的前提下，所以在十五分鐘的加載準(zhǔn)備期，系統(tǒng)的冷量仍然可以保證供給，不會(huì)造成冷量不足的現(xiàn)象出現(xiàn)。

結(jié)論：

根據(jù)本文的計(jì)算、分析，若能在建筑BAS系統(tǒng)設(shè)置之初就考慮到暖通系統(tǒng)對(duì)于此類數(shù)據(jù)的需求，對(duì)于非博物館建筑，也可以參照本項(xiàng)目的控制流程。本項(xiàng)目作為地下空間占建筑面積70%以上的建筑無疑是有其特殊性，但是作為超深基坑技術(shù)日益成熟的今天，地下空間的空調(diào)設(shè)計(jì)的研究存在一定意義。

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