BIM模型在橋梁施工中的應(yīng)用研究

李立功，牛麗娟，張?jiān)３芪目?/p>

(1. 陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 陜西 渭南 714099； 2. 中鐵一局集團(tuán)第五工程有限公司，陜西 寶雞 721006)

0 前 言

BIM是建筑信息模型(Building Information Modeling)的簡(jiǎn)稱(chēng)，BIM技術(shù)倡導(dǎo)在建筑物的建造過(guò)程中，使用“綠色、共享、協(xié)同”的工作機(jī)制完成建筑物各個(gè)階段的相關(guān)工作，所以建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)是BIM模型的基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行建筑模型的創(chuàng)建，將建筑物的其他信息作為屬性數(shù)據(jù)添加到模型中，如：材質(zhì)、體積、面積等，通過(guò)數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實(shí)信息[1-3]。模型創(chuàng)建完成后，建筑物的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)維護(hù)都在同一模型上進(jìn)行設(shè)計(jì)、修改和應(yīng)用，減少了不同環(huán)節(jié)之間在處理現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題時(shí)的溝通和交流障礙，提升了工作效率，節(jié)約了生產(chǎn)成本。

BIM技術(shù)的價(jià)值應(yīng)用及推廣基礎(chǔ)是模型的數(shù)據(jù)，模型數(shù)據(jù)質(zhì)量的高低決定了BIM技術(shù)應(yīng)用和推廣的深度。要實(shí)現(xiàn)建筑物全過(guò)程：設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)營(yíng)及維護(hù)階段協(xié)同推進(jìn)，共享共創(chuàng)的BIM技術(shù)應(yīng)用理念，前期必須建立豐富的建筑物BIM模型，并為建筑物的BIM模型添加工程豐富的屬性信息，包括材料、質(zhì)量、體積以及建筑物內(nèi)部的水電暖通結(jié)構(gòu)等等，建筑物BIM模型的信息愈加豐富，數(shù)據(jù)越精細(xì)，深層次的BIM技術(shù)應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)就越有基礎(chǔ)。BIM技術(shù)的推廣和應(yīng)用帶來(lái)了建筑業(yè)的第三次革命，徹底改變了建筑行業(yè)的面貌，BIM技術(shù)不再單單是一個(gè)像CAD一樣的軟件，而是一種管理手段，是實(shí)現(xiàn)建筑業(yè)精細(xì)化，信息化管理的重要工具。

當(dāng)前國(guó)內(nèi)比較主流的BIM建模軟件有revit，CATIA，bentley，魯班，廣聯(lián)達(dá)等，但是這些建模軟件中設(shè)計(jì)的BIM技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域主要在建筑業(yè)，對(duì)于基礎(chǔ)工程建設(shè)項(xiàng)目的涉及比較少，這也是國(guó)內(nèi)基礎(chǔ)建設(shè)工程領(lǐng)域BIM技術(shù)應(yīng)用比較少，且層次不高的原因。本文結(jié)合具體的工程項(xiàng)目，應(yīng)用revit建模軟件，進(jìn)行橋梁模型創(chuàng)建，并利用Fuzor、lumion軟件對(duì)模型進(jìn)行后處理，并在此基礎(chǔ)上對(duì)基礎(chǔ)工程建設(shè)項(xiàng)目中的橋梁施工項(xiàng)目中的BIM技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行研究，為基礎(chǔ)建設(shè)領(lǐng)域BIM技術(shù)的應(yīng)用提出了一些建議[4-5]。

1 模型創(chuàng)建

結(jié)合我國(guó)西部地區(qū)某鐵路線路建設(shè)橋梁段施工的項(xiàng)目進(jìn)行研究，文中橋梁BIM模型的創(chuàng)建，采用歐特克公司的Revit建模軟件，Revit建模軟件是建筑行業(yè)的BIM建模軟件，功能非常強(qiáng)大，是我國(guó)建筑業(yè)BIM體系中使用最廣泛的軟件之一。在使用Revit建模時(shí)，可選擇樣板文件，以便對(duì)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行快速創(chuàng)建，Revit的項(xiàng)目樣板文件在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中起到非常重要的作用，它統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置為設(shè)計(jì)提供了便利，在滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)大大提高了設(shè)計(jì)師的效率。項(xiàng)目樣板提供項(xiàng)目的初始狀態(tài)。 每一個(gè)Revit軟件中都提供幾個(gè)默認(rèn)的樣板文件，也可以創(chuàng)建自己的樣板。基于樣板的任意新項(xiàng)目均繼承來(lái)自樣板的所有族、設(shè)置(如單位、填充樣式、線樣式、線寬和視圖比例)以及幾何圖形。樣板文件是一個(gè)系統(tǒng)性文件，其中的很多內(nèi)容來(lái)源于設(shè)計(jì)中的日積月累。除了樣板文件外，Revit還有一個(gè)強(qiáng)大的功能就是族，Revit族庫(kù)就是把大量Revit族按照特性、參數(shù)等屬性分類(lèi)歸檔而成的數(shù)據(jù)庫(kù)。在以后的工作中，遇到類(lèi)似的工程可直接調(diào)用族庫(kù)數(shù)據(jù)，并可根據(jù)實(shí)際情況修改參數(shù)，調(diào)整模型尺寸、形狀等屬性，以提高工作效率。Revit族庫(kù)可以說(shuō)是一種無(wú)形的知識(shí)生產(chǎn)力，族庫(kù)質(zhì)量的好壞，是相關(guān)行業(yè)企業(yè)或組織的核心競(jìng)爭(zhēng)力的一種體現(xiàn)[6]。

本文以高鐵線路橋梁工程施工為例，進(jìn)行橋梁施工BIM技術(shù)應(yīng)用的一般探索。新建鐵路線路在跨越既有線(公路、鐵路等構(gòu)筑物)或大型溝谷、河流時(shí)，往往需要建造連續(xù)梁，實(shí)現(xiàn)橋梁工程較大跨度的跨越，本文的橋梁模型以連續(xù)梁為例來(lái)進(jìn)行研究。

在創(chuàng)建橋梁模型之前，先要結(jié)合項(xiàng)目中橋梁的結(jié)構(gòu)及施工組織，對(duì)橋梁模型的創(chuàng)建進(jìn)行研究和分析，制定建模的技術(shù)路線，本項(xiàng)目的連續(xù)梁結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖1所示。

圖1 連續(xù)梁結(jié)構(gòu)

本項(xiàng)目中的連續(xù)梁是采用掛籃法進(jìn)行施工的，整個(gè)連續(xù)梁分成了多個(gè)梁塊，以圖1為例，連續(xù)梁共有23個(gè)梁塊，沿連續(xù)梁T構(gòu)中心線左右對(duì)稱(chēng)，中間為0號(hào)梁塊，1～11號(hào)梁塊梁段的梁截面尺寸不一致，頂?shù)装寮案拱宓暮穸纫膊槐M相同，如果采用手工方法單個(gè)創(chuàng)建模型，可能會(huì)帶來(lái)比較大的工作量，不利于橋梁模型的快速創(chuàng)建以指導(dǎo)施工。又因?yàn)樵赗evit軟件中，并沒(méi)有與橋梁工程對(duì)應(yīng)的可直接調(diào)用的族進(jìn)行橋梁模型的創(chuàng)建，所需要的橋梁模型必須采用族功能單獨(dú)進(jìn)行創(chuàng)建(見(jiàn)圖2)，同時(shí)兼顧建模效率，所以考慮采用參數(shù)化建模方法進(jìn)行。

圖2 連續(xù)梁0號(hào)塊模型

參數(shù)化建模的方法如下：在進(jìn)行橋梁模型創(chuàng)建時(shí)，先考慮橋梁結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，找出相同類(lèi)型的參數(shù)和變化的參數(shù)，然后選取各梁段中任意一個(gè)梁段進(jìn)行模型創(chuàng)建，創(chuàng)建完模型后，需要根據(jù)上一步的參數(shù)分析，繪制參照線，見(jiàn)圖3。

圖3 梁段模型及參照線

按照參照線標(biāo)注參數(shù)，需要注意的是，此時(shí)的參數(shù)必須能夠惟一定義一個(gè)梁塊，設(shè)置完參數(shù)后，即可導(dǎo)入族類(lèi)型參數(shù)。

選擇已經(jīng)根據(jù)施工圖紙計(jì)算好的梁段的參數(shù)，把所有梁段族的參數(shù)都導(dǎo)入到梁段的族中，就可以生成相應(yīng)的梁段。

創(chuàng)建完梁塊模型后，按照各梁段的位置及高程關(guān)系可以進(jìn)行梁塊的拼接和調(diào)整，形成全橋模型，見(jiàn)圖4。

圖4 全橋模型

2 模型處理

連續(xù)梁BIM模型創(chuàng)建完成后，Revit軟件可以實(shí)現(xiàn)縱橫斷面出圖、三維漫游展示、坐標(biāo)設(shè)置及提取、材料量的計(jì)算、碰撞檢查等多項(xiàng)功能。但是為了增強(qiáng)工程模型的精細(xì)效果和震撼程度，一般的BIM項(xiàng)目都會(huì)對(duì)工程項(xiàng)目制作一個(gè)渲染動(dòng)畫(huà)，全景的展示工程竣工時(shí)的樣貌。而在更好的描述BIM技術(shù)應(yīng)用，加大BIM技術(shù)的推廣力度方面，BIM模型渲染軟件使用最廣泛的就是Fuzor和Lumion，下面就Fuzor和Lumion分別對(duì)BIM模型進(jìn)行渲染的效果及過(guò)程進(jìn)行分析和展示。

Fuzor的突破性技術(shù)是與Revit，ArchiCAD等建模軟件的實(shí)時(shí)雙向同步，最重要的是，F(xiàn)uzor為AEC專(zhuān)業(yè)人員提供了一個(gè)集成的設(shè)計(jì)環(huán)境來(lái)實(shí)現(xiàn)工作流程的無(wú)縫對(duì)接。在Fuzor中，可以整合Revit、Sketchup、FBX等不同格式的文件，然后在2D、3D和VR模式下查看完整的項(xiàng)目，并在Fuzor中對(duì)模型進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，最終交付高質(zhì)量的設(shè)計(jì)成果[7]。

Fuzor包含VR、多人網(wǎng)絡(luò)協(xié)同、4D施工模擬、5D成本追蹤等4大功能板塊?？梢灾苯蛹虞dNavisworks、P6或微軟的進(jìn)度計(jì)劃表，也可在Fuzor中創(chuàng)建，還可以添加機(jī)械和工人，以模擬場(chǎng)地布置及現(xiàn)場(chǎng)物流方案。還可以在VR中查看4D施工模擬及相關(guān)BIM信息，提高管理效率，縮短工期，節(jié)約成本。將Revit中的橋梁模型導(dǎo)入到Fuzor中，或者在Revit中安裝Fuzor插件，都可以實(shí)現(xiàn)該功能。在軟件中，可以對(duì)模型進(jìn)行設(shè)置，調(diào)整視角及觀察位置，設(shè)置路徑來(lái)制作漫游視頻。

Lumion是一款功能十分全面的圖形處理工具。主要用于3D模型的創(chuàng)建和渲染，渲染的效率非常高，節(jié)省更多渲染等待的時(shí)間，整體效果出色，能適用于建筑以及可視化等行業(yè)的需求。將Revit創(chuàng)建的模型導(dǎo)入到Lumion中，調(diào)整材質(zhì)，導(dǎo)入場(chǎng)景，調(diào)節(jié)日照及燈光等條件后，可得到工程模型渲染效果，見(jiàn)圖5。

圖5 Lumion對(duì)橋梁模型的渲染

通過(guò)使用不同的建模軟件對(duì)統(tǒng)一模型進(jìn)行渲染分析，我們可以看出在模型渲染時(shí)間上Fuzor更有優(yōu)勢(shì)，而在場(chǎng)景設(shè)置、材質(zhì)添加及燈光設(shè)置等細(xì)節(jié)的處理上Lumion更勝一籌，具體對(duì)比結(jié)果見(jiàn)圖6，上部分為Fuzor軟件進(jìn)行渲染的模型，下部分為使用Lumion軟件進(jìn)行渲染的模型。

圖6 Fuzor與Lumion軟件渲染模型對(duì)比

3 結(jié) 語(yǔ)

Fuzor和Lumion軟件都是BIM技術(shù)應(yīng)用的軟件集中的軟件，兩者都能完成BIM模型的渲染。功能都很強(qiáng)大，通過(guò)使用兩款軟件對(duì)連續(xù)梁建模的效果進(jìn)行分析，可知：Lumion能夠在很短的時(shí)間內(nèi)制作出高質(zhì)量的靜幀效果圖，讓其他效果圖制作軟件望塵莫及，并且僅需要數(shù)分鐘就能夠制作出工作所需要的動(dòng)畫(huà)，并且能像運(yùn)行三維游戲那樣來(lái)進(jìn)行三維可視化操作，極大地提升了軟件與人的交互度。下面就BIM模型在進(jìn)行渲染時(shí)的注意事項(xiàng)進(jìn)行說(shuō)明：

1)導(dǎo)出模型之前最好將材質(zhì)外觀進(jìn)行微調(diào)，以避免導(dǎo)入渲染軟件進(jìn)行材質(zhì)賦予時(shí)，材質(zhì)外觀差別太小，而導(dǎo)致軟件將其默認(rèn)為同一材質(zhì)，從而無(wú)法將材質(zhì)區(qū)分修改。

2)對(duì)于模型量較大的建筑群，宜逐個(gè)建筑單體分批導(dǎo)入，而后再進(jìn)行拼接，這樣做的好處是方便后期進(jìn)行某個(gè)模型的修改。

3)建議將同一類(lèi)型的物體放在同一圖層內(nèi)，將建筑物、交通設(shè)施、植被、人物等分別放置在不同圖層，可以提升平時(shí)模型操作速度，提升后期針對(duì)某一部分單獨(dú)渲染時(shí)的效率。