橋梁工程設(shè)計(jì)BIM技術(shù)應(yīng)用探索

安惠娟

山西蘇交科炳坤工程勘察設(shè)計(jì)有限公司

1 橋梁設(shè)計(jì)中BIM技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

1.1 協(xié)同設(shè)計(jì)

由于橋梁建設(shè)中的參與方較多，一旦彼此之間的溝通協(xié)作受阻，就會(huì)對(duì)施工產(chǎn)生直接影響，引發(fā)各種質(zhì)量與安全方面的問題。利用BIM 技術(shù)就可以滿足工程設(shè)計(jì)要求，確保設(shè)計(jì)單位和施工單位都可以直接參與設(shè)計(jì)，提前解決施工可能面臨的問題，形成優(yōu)良的設(shè)計(jì)方案。在橋梁工程的施工中，通過應(yīng)用BIM 模型也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)的協(xié)同處理，促進(jìn)橋梁工程建設(shè)質(zhì)量與效率的全面提高。

1.2 助力設(shè)計(jì)成果轉(zhuǎn)化

在開展橋梁工程作業(yè)的過程中，考慮到包含橋墩預(yù)埋件等構(gòu)件，其不僅擁有諸多種類，并且結(jié)構(gòu)也非常復(fù)雜，進(jìn)一步增大施工的難度。所以使用BIM 技術(shù)之后，通過建立三維模型就可以直接展示橋墩構(gòu)件的具體情況，從而滿足預(yù)判處理的要求。另外，通過及時(shí)優(yōu)化施工方案，基于三維技術(shù)做好技術(shù)交底處理，能促使施工人員真正領(lǐng)會(huì)橋梁工程設(shè)計(jì)者的意圖，最終讓其轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的成品。

2 傳統(tǒng)橋梁工程設(shè)計(jì)方法存在的主要問題

2.1 無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工機(jī)械動(dòng)態(tài)運(yùn)行過程中的碰撞問題

從當(dāng)前我國(guó)橋梁工程的施工現(xiàn)狀可以看出，大多數(shù)橋梁工程對(duì)預(yù)制構(gòu)件的需求量都比較大，而且都是采用從工廠直接定制或者在施工過程中進(jìn)行預(yù)制的方法來滿足施工需求，這就要求確保這些預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸?shù)募皶r(shí)性。與此同時(shí)，由于預(yù)制構(gòu)件的需求量較高，各構(gòu)件的體積又比較大，對(duì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)、運(yùn)輸環(huán)節(jié)與施工環(huán)節(jié)的要求都非常高。施工企業(yè)不但要加強(qiáng)對(duì)構(gòu)件數(shù)量與質(zhì)量的控制，同時(shí)還要選擇適當(dāng)?shù)奈恢脤?duì)其進(jìn)行存放，以免在放置過程中出現(xiàn)變質(zhì)。在實(shí)際進(jìn)行橋梁工程建設(shè)的時(shí)候，構(gòu)件運(yùn)輸、吊裝和澆注過程都需要用到各種各樣的機(jī)械設(shè)備，且這些設(shè)備處于動(dòng)態(tài)化運(yùn)行的狀態(tài)下，若采用傳統(tǒng)的二維平面圖紙進(jìn)行工程施工圖設(shè)計(jì)，必然無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工機(jī)械設(shè)備動(dòng)態(tài)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的各類碰撞問題，這就會(huì)給整個(gè)工程項(xiàng)目的施工帶來極大的安全風(fēng)險(xiǎn)。

3 橋梁工程設(shè)計(jì)中BIM技術(shù)的應(yīng)用

研究對(duì)象為舊路改造工程，其橋梁跨越河流，該河流上已有一座既有橋梁，新建橋位置和該橋大體相同?，F(xiàn)有橋梁的總長(zhǎng)為137.7 m，采用簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)，八跨，每跨采用15片梁，跨度為15 m。橋面的寬度為9.76 m，行車道寬7.1 m，兩側(cè)人行道寬1.33 m。下部結(jié)構(gòu)采用實(shí)心墩，基礎(chǔ)采用預(yù)制打入樁，橋臺(tái)采用擴(kuò)大基礎(chǔ)。因現(xiàn)有橋梁當(dāng)重車經(jīng)過時(shí)沒有顯著的震感，所以采取直接加寬措施，在舊橋的外側(cè)與舊橋緊靠新建一座橋梁，以此和舊橋組成新橋。該新橋的中心里程樁號(hào)為K5+790.388，其技術(shù)指標(biāo)包括:（1）設(shè)計(jì)荷載取公路I 級(jí)；（2）設(shè)計(jì)時(shí)速取80 km/h；（3）所在位置不通航；（4）區(qū)域無地震記錄，現(xiàn)代地震不活躍，可不考慮地震造成的影響；（5）洪水頻率取1/100。新舊橋斷面設(shè)計(jì)如圖1所示?，F(xiàn)圍繞本項(xiàng)目實(shí)際情況，對(duì)其設(shè)計(jì)過程中的BIM 技術(shù)具體應(yīng)用做如下深入分析。

圖1 新舊橋斷面設(shè)計(jì)

3.1 模型的構(gòu)建

BIM技術(shù)在橋梁工程中的應(yīng)用首先需要構(gòu)建一個(gè)科學(xué)完善的模型，具體來說，主要涉及以下兩個(gè)環(huán)節(jié)：第一個(gè)環(huán)節(jié)是借助AutodeskRevit 軟件為橋梁構(gòu)件提供族的協(xié)同作用。例如，某橋梁工程的基礎(chǔ)形式為樁基礎(chǔ)，參照其平面圖紙，AutodeskRevit應(yīng)用程序可通過其自帶的架構(gòu)基礎(chǔ)族模板建構(gòu)一個(gè)完整的基礎(chǔ)族庫(kù)，同時(shí)還可以及時(shí)而準(zhǔn)確地導(dǎo)入所有相關(guān)數(shù)據(jù)，并在三維立體圖形中檢驗(yàn)基礎(chǔ)模型的構(gòu)建是否存在缺陷或漏洞。第二個(gè)環(huán)節(jié)是獲取橋梁完整的建模形態(tài)。在完成基礎(chǔ)構(gòu)件族的建構(gòu)工作之后，可借助該軟件構(gòu)建一個(gè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)文件，并將已經(jīng)建構(gòu)好的族庫(kù)直接導(dǎo)入到這一項(xiàng)目文件之中，然后再對(duì)各基礎(chǔ)構(gòu)件的具體方位進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，最終獲得準(zhǔn)確完整的橋梁工程數(shù)字化建模信息。

3.2 實(shí)現(xiàn)各設(shè)計(jì)對(duì)方的實(shí)時(shí)溝通、精誠(chéng)合作

與傳統(tǒng)技術(shù)相比，BIM 技術(shù)的一大顯著優(yōu)勢(shì)就是可實(shí)現(xiàn)橋梁工程設(shè)計(jì)者之間的實(shí)時(shí)溝通與交流，使其保持良好的合作關(guān)系，從而有效避免重復(fù)設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)沖突等問題的出現(xiàn)，這對(duì)整個(gè)橋梁工程各階段設(shè)計(jì)質(zhì)量的提升來說是大有好處的。借助BIM技術(shù)自帶的協(xié)同操作平臺(tái)，還可將項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中的所有參與方聚集到這一平臺(tái)之上，充分發(fā)揮出BIM 數(shù)字化系統(tǒng)模型的優(yōu)勢(shì)，使高質(zhì)量、高效率的設(shè)計(jì)目標(biāo)從幻想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

3.3 將BIM與相關(guān)分析軟件相整合

在以往的橋梁工程設(shè)計(jì)之中，計(jì)算模型與圖紙模型往往是相互獨(dú)立的，在進(jìn)行設(shè)計(jì)方案優(yōu)化的時(shí)候往往只能參照模型的計(jì)算結(jié)果，這就導(dǎo)致圖紙修改的工作量大幅增加。而BIM 技術(shù)的應(yīng)用則能有效解決這一問題。立足于BIM 技術(shù)，對(duì)其進(jìn)行二次開發(fā)，可生成完整的三維模型，然后再使其他分析軟件和BIM模型實(shí)現(xiàn)相互連通，把BIM 模型中的相關(guān)數(shù)據(jù)直接導(dǎo)入分析軟件進(jìn)行計(jì)算處理，這樣就能實(shí)現(xiàn)橋梁工程設(shè)計(jì)效率與質(zhì)量的大幅提升。

3.4 統(tǒng)計(jì)橋梁工程量

運(yùn)用BIM 技術(shù)統(tǒng)計(jì)橋梁工程量，則需要先運(yùn)用CAD 圖紙來計(jì)算工程量，細(xì)化橋梁工程施工所需要的混凝土量、鋼筋量以及其他材料數(shù)量，同時(shí)，要根據(jù)橋梁工程信息與整體模型，統(tǒng)計(jì)橋梁工程施工成本，而且，設(shè)計(jì)師應(yīng)協(xié)同橋梁工程造價(jià)管理人員運(yùn)用BIM 技術(shù)制定科學(xué)合理的施工成本計(jì)劃。從宏觀層次來分析，成本計(jì)劃是依據(jù)橋梁工程項(xiàng)目開發(fā)目標(biāo)所制定的目標(biāo)成本，具體規(guī)定在期限內(nèi)為完成施工作業(yè)所支出的一切成本費(fèi)用，并細(xì)化實(shí)現(xiàn)成本目標(biāo)的具體措施。需要注意的是，成本計(jì)劃是降低橋梁工程施工成本的具體目標(biāo)，也是實(shí)施成本控制、成本分析與成本考核的依據(jù)。

其次，要運(yùn)用BIM技術(shù)做好成本預(yù)算工作，即通過分析模型數(shù)據(jù)對(duì)施工期間所支出的成本費(fèi)用進(jìn)行全面預(yù)算，準(zhǔn)確定位橋梁工程項(xiàng)目成本的支出動(dòng)向，同時(shí)，要科學(xué)調(diào)控費(fèi)用成本，確保在具體成本預(yù)算執(zhí)行過程中能全面預(yù)估控制力與執(zhí)行力。對(duì)于成本控制工作中所出現(xiàn)的任何問題，必須全面分析該問題的成因，并及時(shí)解決，努力確保成本控制工作的順利執(zhí)行。需要注意的是，前期的成本預(yù)算管理工作非常重要，后期的成本監(jiān)督工作也不容忽視。因此，橋梁工程設(shè)計(jì)師應(yīng)協(xié)同施工管理人員加大后期的成本監(jiān)督力度，確?？偝杀局С雠c成本預(yù)算結(jié)果相符。

另外，橋梁工程設(shè)計(jì)師應(yīng)注意運(yùn)用BIM 技術(shù)協(xié)助施工企業(yè)做好成本分析與考核工作，通常，成本分析是依據(jù)成本預(yù)算所提供的成本數(shù)據(jù)和相關(guān)資料，聯(lián)同計(jì)劃成本和本企業(yè)之前的橋梁工程項(xiàng)目成本歷史以及先進(jìn)成本管理經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行比較，正確認(rèn)知成本差異，科學(xué)判斷成本超支的原因，并根據(jù)具體原因制定成本控制對(duì)策。成本考核工作以成本分析為基礎(chǔ)，并對(duì)成本計(jì)劃的執(zhí)行結(jié)果進(jìn)行全面評(píng)估。在成本考核工作中，應(yīng)注意細(xì)分成本指標(biāo)與成本責(zé)任，以此確保成本考核的客觀性。

4 提升BIM技術(shù)在橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用效用的建議

BIM 技術(shù)的使用有許多好處，但是如果不能正確使用具體的施行辦法，就可能導(dǎo)致問題的產(chǎn)生，不利于提高橋梁設(shè)計(jì)的效率，影響設(shè)計(jì)周期。就目前國(guó)內(nèi)該技術(shù)的使用，必須進(jìn)行相關(guān)人員的專業(yè)素質(zhì)培訓(xùn)，組織技術(shù)的應(yīng)用點(diǎn)，提高BIM技術(shù)使用的效率和價(jià)值。首先橋梁設(shè)計(jì)人員可以通過更新仿真和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的方式方法，并且結(jié)合以創(chuàng)新的思維將該技術(shù)引進(jìn)中國(guó)的橋梁設(shè)計(jì)工作中，其次積極的關(guān)注應(yīng)用相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，通過提高數(shù)據(jù)的可靠性實(shí)現(xiàn)橋梁設(shè)計(jì)的可行性。最后施工單位要更新管理模式和工作模式，一方面能夠有效地降低成本，另一方面也能提高工程建設(shè)的效率，實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)的最大化。因此BIM 技術(shù)的使用必須以提高橋梁設(shè)計(jì)效率和施工質(zhì)量為目標(biāo)，在控制相關(guān)施工因素的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)圖紙的構(gòu)建，并在模型的不斷建設(shè)中提高后期橋梁設(shè)計(jì)的效率，而且也能夠保障后期的施工質(zhì)量。

5 結(jié)束語

綜上所述，借助BIM技術(shù)對(duì)本項(xiàng)目實(shí)施設(shè)計(jì)與施工模擬，構(gòu)建相應(yīng)的族庫(kù)，使模型利用率得到大幅提升，本項(xiàng)目研究具有很好通用性，能提高設(shè)計(jì)的實(shí)用性與可行性，最終為后續(xù)類似項(xiàng)目的實(shí)際設(shè)計(jì)工作與施工模擬都積累寶貴經(jīng)驗(yàn)。相信通過不斷地完善和積累，BIM 技術(shù)的應(yīng)用能為企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力起到重要作用。