基于BIM的橋梁工程設(shè)計(jì)與施工優(yōu)化研究

郭勝

摘要：隨著時(shí)代發(fā)展，道橋工程的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)生了大規(guī)模提升，逐漸成為了道路橋梁工程中的重要一員。由于道路橋梁工程的設(shè)計(jì)與施工過程復(fù)雜精細(xì)，要考慮因素較多，所以BIM在橋梁工程中得到了部分應(yīng)用。作為一個(gè)近兩年興起的技術(shù)，BIM在整體設(shè)計(jì)、施工與管理方面的優(yōu)化方面有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。本文通過對橋梁工程特點(diǎn)的分析，進(jìn)行對BIM的橋梁工程設(shè)計(jì)與施工優(yōu)化的研究，并得出BIM在橋梁工程項(xiàng)目中的作用性。該研究旨在對大型橋梁工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用BIM技術(shù)起到一定參考作用。

關(guān)鍵詞：BIM；橋梁工程設(shè)計(jì)；施工優(yōu)化

前言

隨著近年來國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步增長和持續(xù)發(fā)展，大型橋梁工程項(xiàng)目數(shù)量在逐步增加，而大型橋梁自身結(jié)構(gòu)的復(fù)雜和施工現(xiàn)場的多元化情況更是對施工單位能力的考驗(yàn)。目前橋梁工程的設(shè)計(jì)普遍還在采用AutoCAD繪制二維圖紙，施工技術(shù)人員和管理人員只能通過多圖結(jié)合對比的方式分析設(shè)計(jì)，很多設(shè)計(jì)中的問題難以發(fā)現(xiàn)，從而影響施工效率，浪費(fèi)資金；同時(shí)由于設(shè)計(jì)圖中問題無法提前發(fā)現(xiàn)，只能在施工過程中發(fā)現(xiàn)并解決，所以也間接增加了人力資源成本和施工管理成本。所以橋梁工程設(shè)計(jì)與優(yōu)化都需要BIM來提高設(shè)計(jì)可行性，并讓現(xiàn)場的技術(shù)與管理人員直觀的發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的問題，從而避免資金浪費(fèi)[1]。

BIM作為一種國內(nèi)新興的管理理念，目前在歐美國家的建筑業(yè)使用頻繁。BIM一方面可以滿足對橋梁建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)與施工的支持，另一方面可以為項(xiàng)目各方提供協(xié)同工作的平臺，從而提高工程效率。本研究通過分析研討，從多方面實(shí)證BIM應(yīng)用在橋梁工程設(shè)計(jì)與施工方面的可行性。

1橋梁工程特點(diǎn)

橋梁工程作為一種相對復(fù)雜的工程類型，其復(fù)雜的設(shè)計(jì)方案與現(xiàn)場狀況是最大的特點(diǎn)。

1.1 結(jié)構(gòu)復(fù)雜

由于橋梁工程的力學(xué)結(jié)構(gòu)，橋梁工程的設(shè)計(jì)普遍較為復(fù)雜，尤其是力學(xué)結(jié)構(gòu)上的各個(gè)應(yīng)力點(diǎn)，所以在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中經(jīng)常出現(xiàn)各種沖突，而且在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式中，二維圖紙的修改統(tǒng)一性差，導(dǎo)致即使發(fā)現(xiàn)問題也難以迅速解決；同時(shí)復(fù)雜的橋體結(jié)構(gòu)導(dǎo)致施工環(huán)境與施工條件復(fù)雜，從而使得工程施工管理困難，難以達(dá)到理想的施工效果[2]。

1.2 預(yù)制構(gòu)件數(shù)量多體積大

由于預(yù)制構(gòu)件必須在工廠制造完成后運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場再進(jìn)行安裝，所以一旦出現(xiàn)了尺寸設(shè)計(jì)問題，只能重新改變設(shè)計(jì)中的尺寸并讓工廠重新制造匹配的預(yù)制構(gòu)件，從而導(dǎo)致施工速度放慢，也提高了不必要的施工成本；同時(shí)因?yàn)轭A(yù)制構(gòu)件的數(shù)量和體積龐大，在運(yùn)輸和施工現(xiàn)場整理保管時(shí)也面臨著很大的難題，必須從預(yù)制構(gòu)件剛剛到達(dá)施工現(xiàn)場時(shí)便開始反復(fù)驗(yàn)證才能保證現(xiàn)場管理不出現(xiàn)紕漏。其次，大型預(yù)制構(gòu)件的安裝過程較為復(fù)雜，耗時(shí)較多。最后是橋梁工程中使用的工程設(shè)備，強(qiáng)度是否達(dá)標(biāo)，數(shù)量是否能滿足生產(chǎn)需求，都需要現(xiàn)場管理人員經(jīng)過計(jì)算和結(jié)合經(jīng)驗(yàn)得出[3]。

1.3 施工現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜

橋梁工程的施工往往要面對跨海跨河，山谷斷崖等環(huán)境，且每一個(gè)項(xiàng)目的環(huán)境都不相同，所以每一次施工都相當(dāng)于從零做起，難以通過現(xiàn)有的經(jīng)驗(yàn)去完成施工方案的制定與實(shí)施，最終導(dǎo)致工程項(xiàng)目的效率降低，成本增加，施工安全也難以得到保證。

2基于BIM的橋梁工程設(shè)計(jì)優(yōu)化研究

橋梁工程設(shè)計(jì)分為初步設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)和施工設(shè)計(jì)三大階段。傳統(tǒng)的橋梁工程設(shè)計(jì)以AutoCAD和其他附屬平面設(shè)計(jì)軟件為主，設(shè)計(jì)圖構(gòu)型抽象，信息不直觀。所以想要將BIM結(jié)合到橋梁設(shè)計(jì)中，首先需要將設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換為3D建模形式，然后根據(jù)建模來進(jìn)行修改，最終得到最直觀的設(shè)計(jì)方案信息。

2.1 初步設(shè)計(jì)

初步設(shè)計(jì)的目的是敲定橋梁結(jié)構(gòu)和方案。在確定橋梁方案時(shí)，通過BIM技術(shù)將各種橋梁方案轉(zhuǎn)換為3D建模，還可以轉(zhuǎn)換為2D圖紙，在分析比較方案的方面優(yōu)勢明顯，清晰明了；同時(shí)3D參數(shù)化建模對于方案修改也非常輕松。另外通過建立BIM模型的方式來探究方案可行性，可以促進(jìn)業(yè)主等參與方的協(xié)調(diào)溝通，不僅提高效率，還能結(jié)合各個(gè)參與方的建議，得出具有可行性的方案。

2.2 技術(shù)設(shè)計(jì)

技術(shù)設(shè)計(jì)是在初步設(shè)計(jì)結(jié)束，確定可行性方案后將方案進(jìn)行細(xì)化處理，主要用于大型橋梁工程。由于BIM的自身優(yōu)勢，使得技術(shù)設(shè)計(jì)階段對于方案的修改變得簡單快速，通過BIM進(jìn)行設(shè)計(jì)沖突分析，發(fā)現(xiàn)問題后便可以直接進(jìn)行修改，例如碰撞沖突分析，在檢測到碰撞沖突后，系統(tǒng)將自動生成沖突報(bào)告，并可以將有沖突的構(gòu)件表位高亮，方便進(jìn)行修改。修改過后重新進(jìn)行建模后再檢測，最終完成技術(shù)設(shè)計(jì)階段。

2.3 施工設(shè)計(jì)

施工設(shè)計(jì)是在技術(shù)設(shè)計(jì)細(xì)化處理之后進(jìn)行最后的計(jì)算分析，繪制最終施工圖紙的過程。在BIM中進(jìn)行分析計(jì)算，發(fā)現(xiàn)問題后進(jìn)行修改，最終確定方案。由于BIM中，一個(gè)構(gòu)件的修改會將所有有關(guān)的信息一同修改，很大程度解放了設(shè)計(jì)人員的重復(fù)思考，提高了設(shè)計(jì)人員的工作效率。

3基于BIM的橋梁工程施工優(yōu)化研究

施工優(yōu)化主要是施工工序，進(jìn)度及管理的優(yōu)化，根據(jù)設(shè)計(jì)中建立的BIM施工模型和施工規(guī)劃，進(jìn)行模擬施工，分析施工中多方面可行性，最終改良并確定施工方案。施工過程分析由BIM技術(shù)實(shí)施和施工現(xiàn)場管理協(xié)調(diào)溝通，共同決定對方案的修改意見。

3.1 工序優(yōu)化

技術(shù)人員通過BIM的3D建模與數(shù)據(jù)整理技術(shù)將3D模型結(jié)合到施工方案中，通過生動形象的施工流程模擬，讓施工人員可以直觀的看到整個(gè)過程中的方案流程是否可行，同時(shí)發(fā)現(xiàn)問題后直接在BIM上修改方案并再次模擬，直到施工方案達(dá)到可行性要求方可采用，從而確保橋梁工程的施工質(zhì)量和效率。

3.2 進(jìn)度優(yōu)化

BIM在項(xiàng)目施工方面中的作用主要用于施工進(jìn)度模擬分析。在BIM中代入項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃，通過BIM的3D建模進(jìn)行施工項(xiàng)目進(jìn)度模擬，并由項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、BIM建模設(shè)計(jì)師和工程師共同完成進(jìn)度修改并確定方案。在進(jìn)度優(yōu)化初期，首先對施工的項(xiàng)目進(jìn)度進(jìn)行初步施工過程模擬，主要對施工工序，施工按照設(shè)計(jì)進(jìn)度開展的可能性展開研究，并得到初步確定可行的施工方案；初步方案確定之后，施工進(jìn)度計(jì)劃細(xì)化完成，BIM技術(shù)人員與項(xiàng)目管理人員基于之前確定的BIM中施工方案進(jìn)行修改細(xì)化并進(jìn)行模擬，最終得到可行的方案。這種模擬施工進(jìn)程和方案的方式為施工計(jì)劃的順利實(shí)施提供了保障，同時(shí)也提高了方案的可行性。

3.3 管理優(yōu)化

由于BIM模擬施工進(jìn)程和方案的能力，施工過程中才會發(fā)現(xiàn)的問題在方案設(shè)計(jì)之時(shí)就得到了解決，所以管理方式也就相應(yīng)發(fā)生了變化，由等待問題解決問題的管理方式轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)現(xiàn)問題解決問題的管理方式，由被動轉(zhuǎn)換為主動；同時(shí)，施工過程的可視化同樣可以用作在施工現(xiàn)場指導(dǎo)流程和方案的方式，讓工人直觀地看到整個(gè)流程以及每一個(gè)安全隱患，在有效的減少了施工問題的同時(shí)，也解放了施工現(xiàn)場的管理規(guī)模，讓管理人員減少無用的時(shí)間浪費(fèi)，從而提高了整體的管理效率，優(yōu)化了管理的整體流程，最終達(dá)到提高施工管理水平的目的。

結(jié)語

本研究全面分析研究，得出BIM能夠?yàn)闃蛄汗こ痰脑O(shè)計(jì)和施工方面提供支持。通過盡管BIM在橋梁工程項(xiàng)目中的作用只有設(shè)計(jì)三維化，問題監(jiān)測和施工進(jìn)度模擬，但通過對整個(gè)工程項(xiàng)目的保障和幫助仍不可忽視，表明了BIM本身在建筑工程方面的作用性，隨著BIM的廣泛運(yùn)用，BIM的應(yīng)用面定會更廣，技術(shù)性也會更高，BIM在建筑工程方面的發(fā)展空間無比巨大。

參考文獻(xiàn)：

[1]李紅學(xué)，郭紅領(lǐng)，高巖，劉文平，韋笑美，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)，2012.12（6）：48-52.

[2]楊會強(qiáng)，基于BIM的橋梁工程設(shè)計(jì)與施工優(yōu)化研究[J].建筑設(shè)計(jì)，2016（5）：21，26.

[3]何濤，基于BIM的橋梁工程設(shè)計(jì)與施工優(yōu)化研究[J].建材裝飾，2016（9）：240-241.