基于BIM的橋梁工程設(shè)計(jì)與施工優(yōu)化研究

赫競

摘要：橋梁工程施工技術(shù)不斷發(fā)展，大跨度橋梁的應(yīng)用逐漸增多，因此其使用功能備受關(guān)注。橋梁建設(shè)過程中，存在諸多安全隱患，施工成本相對(duì)較高。 BIM能夠?qū)崿F(xiàn)三維建模，借助可視化技術(shù)，對(duì)工程進(jìn)行直觀展示，該種技術(shù)在橋梁工程中應(yīng)用，能夠有效提升工程施工效率，提高各項(xiàng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，因此對(duì)該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行研究意義深遠(yuǎn)。本文根據(jù)筆者工作實(shí)踐，對(duì)基于BIM的橋梁工程設(shè)計(jì)與施工優(yōu)化進(jìn)行了分析和探討。

關(guān)鍵詞： BIM;橋梁工程;設(shè)計(jì);施工

1 橋梁工程施工可視化

通過建立完備的路橋隧三維數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)長大線路測量內(nèi)外業(yè)一體化及施工測量的精準(zhǔn)管控，是現(xiàn)代路橋施工測量與管控技術(shù)發(fā)展的主要方向，相關(guān)的研究與應(yīng)用可有效提高項(xiàng)目施工測量工作效率，降低或杜絕項(xiàng)目施工測量錯(cuò)誤，提高項(xiàng)目施工測量管控及信息化和標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用水平;另外，能夠建立統(tǒng)一的路橋三維數(shù)據(jù)模型，并提供豐富的臨時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的專家技術(shù)支持，也是路橋施工行業(yè)BIM 技術(shù)應(yīng)用的重要內(nèi)容?？梢暬饕鞘褂糜?jì)算機(jī)先進(jìn)技術(shù)——圖像顯示技術(shù)、圖像處理技術(shù)等，對(duì)抽象的信息進(jìn)行適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換，使其形成直觀的圖像展示在人們面前。當(dāng)前，現(xiàn)代化技術(shù)迅速發(fā)展，而可視化技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了一定的突破，二維平面技術(shù)已經(jīng)不能滿足人們的需求，而三維立體技術(shù)取而代之。三維立體模型的表現(xiàn)比較真實(shí)，可以把全部信息直觀的展示在用戶面前?？梢暬潭仁枪こ虝r(shí)效的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)，傳統(tǒng)可視化技術(shù)多數(shù)為二維的CAD圖像，三維3DMAX模型。當(dāng)下發(fā)展的BIM技術(shù)可視化程度相對(duì)較高，和3DMAX相互對(duì)比，該技術(shù)操作起來較為簡單，模型所占據(jù)的內(nèi)存相對(duì)較小。 BIM技術(shù)所搭建的三維模型，包含的項(xiàng)目中全部真實(shí)信息，例如建筑的幾何尺寸、相關(guān)參數(shù)等。 BIM技術(shù)搭建過程中，也是對(duì)工程建設(shè)進(jìn)行模擬的過程，可以促使施工各個(gè)參與方得到各自的信息，從而直接參與到施工活動(dòng)當(dāng)中去，提升建設(shè)進(jìn)度，同時(shí)還能夠提高相互之間的溝通、討論和決策。

2 基于BIM技術(shù)的橋梁施工可視化技術(shù)

基于BIM技術(shù)的橋梁施工可視化技術(shù)主要是搭建三維可視化模型，對(duì)建筑工程建設(shè)過程進(jìn)行成果展示。該項(xiàng)技術(shù)所借助的媒介為BIM建模軟件和BIM應(yīng)用平臺(tái)。主要構(gòu)成模塊為數(shù)據(jù)層、平臺(tái)層和應(yīng)用層。其中的數(shù)據(jù)層是一種數(shù)據(jù)庫，其中包含各種類型的信息，如幾何信息、物理信息，在施工過程中所附加的相關(guān)信息和管理信息等。在相應(yīng)的平臺(tái)層主要是對(duì)信息當(dāng)中的不同信息作出有效的分析和組合，比較常見的軟件平臺(tái)有Naviworks、DELMIA等軟件。應(yīng)用層屬于在對(duì)工程項(xiàng)目進(jìn)行管理和決策過程中的一種支撐源泉，而應(yīng)用層主要是借助施工優(yōu)化系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)、施工碰撞檢測系統(tǒng)等提供支撐。

3 基于BIM的橋梁工程設(shè)計(jì)與施工優(yōu)化

3.1 BIM 與初步設(shè)計(jì)

在對(duì)橋梁工程進(jìn)行初步設(shè)計(jì)時(shí)，需要確定橋梁方案 ，明確橋梁的總體結(jié)構(gòu) ，其中包括：對(duì)橋梁平面、立面和斷面進(jìn)行規(guī)劃布置，確立橋梁位置和橋梁上、下部結(jié)構(gòu)等。 在使用 BIM 技術(shù)時(shí)，設(shè)計(jì)師可以用不同的設(shè)計(jì)構(gòu)想構(gòu)建數(shù)字化和參數(shù)化的三維模型，根據(jù)模型生成對(duì)應(yīng)的平面圖，BIM 技術(shù)可以直觀地表現(xiàn)出設(shè)計(jì)方案存在的問題，再通過參數(shù)對(duì)方案進(jìn)行調(diào)整、優(yōu)化，使橋梁工程具備一定的實(shí)用性。另外，使用 BIM 技術(shù)建立方案模型，可以為業(yè)主提供良好的溝通平臺(tái)，確保滿足業(yè)主的實(shí)際需求。

3.2 基于BIM三維模型的測量應(yīng)用

利用RBCCE創(chuàng)建的橋梁三維數(shù)據(jù)模型，可以方便得到以下計(jì)算成果：（1）橋梁平面布置圖，包括承臺(tái)、樁基、給定高度的墩身、墩頂、墊石、支座、主梁平面圖，從該平面圖上可以檢查到橋梁布置的左右梁縫、曲線偏心、縱向偏心及預(yù)偏心（本橋沒有預(yù)偏心）、橋臺(tái)雙偏心等橋梁布置的特征數(shù)據(jù);（2）查詢到承臺(tái)、樁基、墩身、墩帽、墊石、主梁上任意點(diǎn)三維坐標(biāo)，并以EXCELL表格形式批量輸出，可以用于橋梁施工的坐標(biāo)放樣及測點(diǎn)檢查，將 RBCCE 應(yīng)用軟件裝載在平板電腦上，可以實(shí)現(xiàn)基于統(tǒng)一模型內(nèi)外業(yè)一體化測量作業(yè)。

3.3 基于BIM施工現(xiàn)場布置

對(duì)橋梁項(xiàng)目進(jìn)行具體施工過程中，多數(shù)處于偏遠(yuǎn)山區(qū)，或者在一些丘陵地帶，施工所在地的地形相對(duì)復(fù)雜，這種情況下，對(duì)場地進(jìn)行有效布置，屬于施工準(zhǔn)備階段的重要內(nèi)容。利用RBCCE平臺(tái)對(duì)BIM技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，建立三維模型，能夠比較直觀和形象的展示工程施工場地的布置情況，技術(shù)人員使用吊裝設(shè)備，對(duì)施工道路進(jìn)行合理規(guī)劃，能夠促使施工現(xiàn)場機(jī)械設(shè)備覆蓋率有所提高，并且還能夠降低材料運(yùn)輸以及起吊費(fèi)用。使用現(xiàn)場三維BIM模型，對(duì)模擬材料進(jìn)行直觀展示，對(duì)鋼梁進(jìn)場、起吊過程以及運(yùn)輸空間需求等進(jìn)行模擬，從而反應(yīng)項(xiàng)目四周的真實(shí)情況，對(duì)場地進(jìn)行科學(xué)合理的布置。

3.4 基于BIM可視化施工模擬

利用BIM技術(shù)進(jìn)行可視化模擬，主要是對(duì)現(xiàn)場施工方案和BIM技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，創(chuàng)建的三維數(shù)據(jù)模型可以作為橋梁臨時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算、連續(xù)梁橋及剛構(gòu)橋懸臂施工仿真計(jì)算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，再利用 RBCCE 提供的各種大小模式，完成常見臨時(shí)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化與結(jié)構(gòu)的查詢計(jì)算，或自動(dòng)生成三維MIDAS模型進(jìn)行三維空間計(jì)算，目前可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算對(duì)象包括各種梁柱式支架計(jì)算、掛籃計(jì)算、托架計(jì)算、模板計(jì)算、鋼板樁及碗扣滿堂支架、鋼便橋等常用臨時(shí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模優(yōu)化設(shè)計(jì)，并得到相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果及臨時(shí)結(jié)構(gòu)的三維造型，可以對(duì)項(xiàng)目施工技術(shù)管理及項(xiàng)目挖潛增效帶來的積極影響。

3.5 基于BIM技術(shù)的橋梁施工可視化管理

當(dāng)前，我國橋梁施工管理主要是將二維方式為主，針對(duì)部分多標(biāo)路段、工序比較繁瑣的工程項(xiàng)目而言，很難全面統(tǒng)籌或者進(jìn)行精細(xì)化管理。以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)，實(shí)施可視化施工管理，主要是使用三維激光掃描、條形碼、二維碼等技術(shù)，對(duì)現(xiàn)場3D模型和施工進(jìn)度計(jì)劃相連，然后和施工資源信息結(jié)合為一體。借助RBCCE平臺(tái)對(duì)工程項(xiàng)目管理中的進(jìn)度計(jì)劃、成本計(jì)劃、進(jìn)度偏差、進(jìn)度執(zhí)行情況等進(jìn)行糾偏。然后以BIM技術(shù)為依據(jù)，對(duì)施工進(jìn)度、人力、設(shè)備、成本、安全等實(shí)施4D動(dòng)態(tài)集成管理。例如可視化交底，對(duì)BIM模型三維截圖和相關(guān)施工模擬視頻、施工進(jìn)度計(jì)劃之間相互連接，然后導(dǎo)入到BIM施工管理平臺(tái)當(dāng)中去，此后借住管理平臺(tái)和手機(jī)客戶端相互連接，對(duì)結(jié)構(gòu)三維形象和相應(yīng)工序操作視頻向現(xiàn)場技術(shù)人員的手機(jī)上發(fā)送，然后現(xiàn)場可以借助手機(jī)直觀的對(duì)結(jié)構(gòu)形式有一個(gè)相應(yīng)的了解，通過這種方式，現(xiàn)場人員可以查詢施工方案、施工計(jì)劃、風(fēng)險(xiǎn)源識(shí)別等技術(shù)文件。

使用 BIM 技術(shù)，可以模擬施工過程，使施工人員充分了解工程結(jié)構(gòu)和施工工序;可以對(duì)工程結(jié)構(gòu)和施工工序的合理性進(jìn)行有效分析，一旦發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)上報(bào)給項(xiàng)目負(fù)責(zé)人， 對(duì)施工方案進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整;然后再進(jìn)行模擬。

通過 BIM 技術(shù)對(duì)橋梁工程進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，可以有效發(fā)現(xiàn)工程中存在的問題， 并且及時(shí)予以解決。這種方式極大地優(yōu)化了施工管理，從傳統(tǒng)被動(dòng)式轉(zhuǎn)為主動(dòng)式，從而降低了施工過程中出現(xiàn)問題的概率，簡化了施工進(jìn)程，通過可視化模擬施工過程中的重點(diǎn)、難點(diǎn)工作，有效提高了管理人員的工作效率，保障了施工人員的人身安全。

4 結(jié)語

總而言之， BIM可視化技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)三維建模，實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁工程的可視化施工和可視化管理，從而提高工程施工質(zhì)量以及施工效率。RBCCE建立的橋梁三維數(shù)據(jù)模型可以作為橋梁臨時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算、連續(xù)梁橋及剛構(gòu)橋懸臂施工仿真計(jì)算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù);可以利用RBCCE提供的各種大小模式，完成常見臨時(shí)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化與結(jié)構(gòu)的查詢計(jì)算，或自動(dòng)生成三維MIDAS模型進(jìn)行三維空間計(jì)算，可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算對(duì)象包括各種梁柱式支架計(jì)算、掛籃計(jì)算、托架計(jì)算、模板計(jì)算、鋼板樁及碗扣滿堂支架、鋼便橋等常用臨時(shí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模優(yōu)化設(shè)計(jì);通過連續(xù)梁橋及剛構(gòu)橋懸臂施工仿真計(jì)算建模操作可以快速得到能夠反映連續(xù)梁橋及剛構(gòu)橋的懸臂施工仿真計(jì)算的MIDAS命令流，可以廣泛應(yīng)用于該類橋梁的線形與應(yīng)力監(jiān)控;得到相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果及臨時(shí)結(jié)構(gòu)的三維造型，可為后續(xù)的 BIM 技術(shù)應(yīng)用提供了有效支持，對(duì)項(xiàng)目施工技術(shù)管理及項(xiàng)目挖潛增效帶來的積極影響。

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