基于BIM技術(shù)的橋梁工程設(shè)計與施工優(yōu)化分析

馬進(jìn)文

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BIM全稱“Building Information Modeling”，即建筑信息模型。該技術(shù)以數(shù)字化的三維模型為核心，可實現(xiàn)建筑工程中建筑物幾何信息、現(xiàn)場狀態(tài)信息、施工運動行為信息等一系列重要信息的立體化、動態(tài)化呈現(xiàn)。將BIM 技術(shù)運用到建筑工程的建設(shè)體系中，對相關(guān)實踐活動具有顛覆性的變革改善作用。據(jù)此，我們有必要對基于BIM 的橋梁工程設(shè)計與施工優(yōu)化展開探究討論。

1 基于BIM 技術(shù)的橋梁工程設(shè)計優(yōu)化

1.1 橋梁工程設(shè)計成圖形式的優(yōu)化

在傳統(tǒng)時期，受到技術(shù)條件與工作理念的限制，橋梁工程設(shè)計人員通常會采取人工化、平面化的圖紙繪制與圖紙檢驗方式。這樣一來，一方面使得設(shè)計人員在獲取充足的工程數(shù)據(jù)后，還需要進(jìn)行繁復(fù)、大量的數(shù)據(jù)整理與手工繪圖工作，進(jìn)而形成大量的時間、人力與材料成本消耗。同時，若設(shè)計人員在繪圖、檢驗時處于疲勞或存在疏忽，還可能導(dǎo)致圖紙偏誤的情況出現(xiàn)，繼而降低設(shè)計圖紙的可靠性與價值性。另一方面，由手工或CAD 繪制的平面圖紙很難直觀體現(xiàn)空間感，相關(guān)人員在繪圖、用圖時，需要立足專業(yè)素養(yǎng)進(jìn)行空間想象，很難對橋梁工程的幾何形態(tài)、三維結(jié)構(gòu)形成清晰認(rèn)知。

在運用BIM 技術(shù)進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化后，上述傳統(tǒng)問題可得到有效解決。在BIM 軟件平臺當(dāng)中，會形成有多個“族”，即橋梁建筑物的常見結(jié)構(gòu)部位。同時，在公共網(wǎng)絡(luò)的支持下，還會有其他設(shè)計人員將自己制作的族共享到平臺當(dāng)中?；诖耍嚓P(guān)人員將橋梁工程的各項數(shù)據(jù)輸入到BIM 軟件平臺當(dāng)中，數(shù)據(jù)便會在多個族的作用下進(jìn)行協(xié)同配置，從而生成三維立體的橋梁建筑物與施工現(xiàn)場模型。例如，在設(shè)計某高低塔單鎖面混凝土斜拉橋時，設(shè)計人員即可選擇該類型的族模塊作為建模成圖基礎(chǔ)，并將“高塔塔柱：全高185m，斜拉索共29 副”、“低塔塔柱：全高121m，斜拉索14 副”、“引橋：東引橋全長277m，西引橋全長1033m”等數(shù)據(jù)輸入到相應(yīng)欄目中，即可實現(xiàn)橋梁模型的自動化構(gòu)筑與可視化呈現(xiàn)。

1.2 橋梁工程設(shè)計方案調(diào)整的優(yōu)化

在BIM 技術(shù)的應(yīng)用背景下，橋梁工程設(shè)計人員可直接對已生成的三維模型進(jìn)行形態(tài)檢驗、沖突排查，并通過數(shù)據(jù)修改、圖塊編輯等方式，進(jìn)行設(shè)計成果的直接調(diào)整。例如，設(shè)計人員可將已設(shè)計完成的橋梁工程土建模型與安裝模型同步提交、導(dǎo)入到BIM 軟件平臺當(dāng)中，并啟用平臺的碰撞檢查模塊，對同一工程背景下兩類專業(yè)模型的匹配情況進(jìn)行排查檢驗。在模塊運行完成后，碰撞檢查的結(jié)果會自動輸出到可視化界面上，并提供出具體細(xì)致的報告文本，其內(nèi)容包括碰撞點總數(shù)、硬碰撞點數(shù)量、間隙碰撞數(shù)量以及碰撞部分的具體點位、圖紙編號、處理建議等。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計人員即可根據(jù)碰撞檢查報告對三維模型的相關(guān)參數(shù)、結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。其后，對于調(diào)整后的三維模型，重復(fù)進(jìn)行碰撞檢查與優(yōu)化調(diào)整，直至無碰撞情況存在，即代表圖紙方案達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)，不會在橋梁工程的建設(shè)過程中出現(xiàn)土建施工與安裝施工相沖突的問題［1］。

1.3 橋梁工程設(shè)計功能拓展的優(yōu)化

在傳統(tǒng)的“2D 時代”當(dāng)中，橋梁工程設(shè)計圖紙的信息體系由點、線、面、數(shù)等平面元素構(gòu)成，因此在使用功能上存在較大限制，無法實現(xiàn)工程信息的深層次、多元化解釋與利用。而在步入依托BIM 技術(shù)的“3D 時代”后，橋梁工程設(shè)計圖紙可表現(xiàn)出突破性的功能拓展。例如，可將BIM 技術(shù)與快速成型技術(shù)結(jié)合起來，把計算機(jī)系統(tǒng)中的橋梁建筑模型打印塑造到現(xiàn)實環(huán)境當(dāng)中，從而幫助相關(guān)人員更加直觀地對工程效果進(jìn)行預(yù)測與評價。再如，BIM 軟件平臺中的三維模型與數(shù)據(jù)信息既能被計算機(jī)系統(tǒng)直接讀取，也能保存、上傳到數(shù)據(jù)庫當(dāng)中。所以，相關(guān)人員在設(shè)計完成橋梁工程的基本模型圖紙后，可運用未來表格、預(yù)算通等輔助工具，進(jìn)行工程量的計算分析，從而為工程設(shè)計經(jīng)濟(jì)性的進(jìn)一步強(qiáng)化、工程成本的精準(zhǔn)預(yù)算提供有力依據(jù)。

2 基于BIM 技術(shù)的橋梁工程設(shè)計優(yōu)化

2.1 橋梁工程施工活動模擬的優(yōu)化

橋梁工程具有環(huán)節(jié)多樣、環(huán)境復(fù)雜、工期較長等特點，因此勢必會在實際施工中面臨多種風(fēng)險問題。對此，通過BIM技術(shù)進(jìn)行施工活動的預(yù)先模擬，可顯著強(qiáng)化施工風(fēng)險的規(guī)避與應(yīng)對能力，為橋梁工程建設(shè)實踐的安全施工、高效施工提供保障。例如，相關(guān)人員可依托BIM 軟件平臺與可穿戴設(shè)備，進(jìn)入到虛擬漫游模塊構(gòu)建出的信息化情境當(dāng)中，從而沉浸式、直觀化地對施工環(huán)境的整體狀態(tài)、現(xiàn)場管理的視野死角、施工現(xiàn)場的高風(fēng)險區(qū)域等進(jìn)行充分感知，并制定出有效的事故應(yīng)急預(yù)案、安全教育方案與施工管理策略。再如，相關(guān)人員可在三維模型的基礎(chǔ)上，啟用BIM 軟件平臺的時間變化模塊，以此模擬出動態(tài)推進(jìn)的施工活動變化周期，從而對不同施工強(qiáng)度、施工效率下施工進(jìn)度的實際情況進(jìn)行考量，由此規(guī)劃出最佳的施工進(jìn)度分配方案，為橋梁工程的按時保質(zhì)完成夯實基礎(chǔ)。

2.2 橋梁工程施工過程管理的優(yōu)化

與傳統(tǒng)中平面化、固定化的圖紙方案不同，BIM 技術(shù)下的數(shù)字化模型圖紙、信息化施工方案是可控制、可流動的。在橋梁工程的建設(shè)實踐中，相關(guān)人員可依托各類傳感裝置對BIM 軟件平臺進(jìn)行現(xiàn)場情況的實施反饋，從而充分發(fā)揮出工程模型對材料進(jìn)場路線規(guī)劃、施工人員現(xiàn)場調(diào)度、施工工序動態(tài)調(diào)整等方面的支持作用。此外，相關(guān)人員還可在工程模型中標(biāo)記出高風(fēng)險區(qū)域，并將配備有傳感裝置的安全帽發(fā)放給一線施工人員。這樣一來，一旦有人員進(jìn)入到高風(fēng)險區(qū)域當(dāng)中，工程模型或安全帽便會出發(fā)告警機(jī)制，從而有力保障橋梁工程施工活動的安全化、穩(wěn)定化運行。

3 結(jié)論

總而言之，將BIM 技術(shù)融入到橋梁工程的建設(shè)實踐中，可在消除傳統(tǒng)時期弊病問題的基礎(chǔ)上，極大程度地實現(xiàn)工程設(shè)計與施工管理的優(yōu)化，從而為橋梁工程施工建設(shè)的安全化、穩(wěn)定化、經(jīng)濟(jì)化、高效化提供充分保障，達(dá)到可觀的技術(shù)應(yīng)用效果。