公路橋梁項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段BIM技術(shù)實(shí)踐分析

于鵬

（浙江省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，杭州310000）

1 引言

公路的里程長(zhǎng)，經(jīng)過(guò)的環(huán)境多樣，所以，在公路工程中需要使用多種橋型。裝配式橋梁多適用于主線橋梁構(gòu)造物，懸索橋、斜拉橋、大跨徑剛構(gòu)橋多在跨越大河深谷時(shí)常用到，小半徑曲線箱梁橋經(jīng)常用于互通式立體交叉中。公路工程中的橋梁有多種類(lèi)型，BIM 技術(shù)則可以在復(fù)雜節(jié)點(diǎn)精細(xì)化、鋼結(jié)構(gòu)橋梁工業(yè)化制造以及比選與擬定橋梁方案等過(guò)程中起到很好的作用。

2 BIM技術(shù)在公路橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2.1 基于BIM技術(shù)搭建協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)

BIM 模型的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是激光掃描、航測(cè)遙感、無(wú)人機(jī)傾斜攝影等先進(jìn)的測(cè)量技術(shù)，環(huán)境模型則以協(xié)形同平臺(tái)建立。通過(guò)自主研發(fā)的BIM 設(shè)計(jì)軟件，專業(yè)設(shè)計(jì)人員會(huì)根據(jù)數(shù)字化勘察設(shè)計(jì)成果進(jìn)行設(shè)計(jì)，得出設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)并生成橋梁方案的BIM 模型，最后需要以協(xié)同平臺(tái)為依托，組裝融合環(huán)境模型與BIM 模型，從而得到有大場(chǎng)景的BIM 模型。依托橋梁專業(yè)設(shè)計(jì)人員的工作，各專業(yè)設(shè)計(jì)人員則需要以整體模型為基準(zhǔn)，結(jié)合自己的專業(yè)特點(diǎn)，驗(yàn)證橋梁方案是否合理可行，并且還要完成模型協(xié)同處理與推送各設(shè)計(jì)專業(yè)銜接問(wèn)題的信息等工作。為了防止數(shù)據(jù)不同帶來(lái)的失誤，需要以協(xié)同平臺(tái)為依托，保證各參與專業(yè)數(shù)據(jù)源的惟一性。與此同時(shí)，各專業(yè)設(shè)計(jì)人員還要依托BIM協(xié)同平臺(tái)進(jìn)行確認(rèn)，然后才能把數(shù)字化成果傳遞給下一階段，最終保證設(shè)計(jì)信息傳遞無(wú)誤【1】。

2.2 BIM技術(shù)在橋梁方案比選中的應(yīng)用

在橋梁設(shè)計(jì)階段，常規(guī)橋梁方案的擬定需要投入較多工作量，因?yàn)檠b配式橋梁在橋梁工程中占有極大比例。1∶2000 地形圖和路線設(shè)計(jì)資料經(jīng)常被運(yùn)用在傳統(tǒng)公路橋梁方案中，運(yùn)用這種方式，能夠在較快時(shí)間內(nèi)制定出橋梁方案，但也不可避免地產(chǎn)生一些問(wèn)題，例如，橋梁構(gòu)造物與被跨越物體的位置關(guān)系難以直觀呈現(xiàn)、不能清晰表達(dá)設(shè)計(jì)意圖等。

在公路設(shè)計(jì)中，對(duì)本院自主研發(fā)的路線軟件升級(jí)，便能在路線設(shè)計(jì)之后批量設(shè)置常規(guī)橋梁的中心樁號(hào)、孔徑信息，能一鍵生成路線、常規(guī)方案橋梁模型，而無(wú)須再增加其他工作量。地形模型的生成要依靠航片、衛(wèi)星圖像、激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)等，生成的地形模型與BIM 方案相結(jié)合，對(duì)橋梁方案進(jìn)行有效評(píng)估。如此便能較為清晰地核實(shí)上下橋梁結(jié)構(gòu)選型、孔徑布置和通航情況等是否合理。

2.3 BIM技術(shù)在鋼橋細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

常規(guī)裝配式橋梁能廣泛地應(yīng)用于主線橋梁構(gòu)造中，但無(wú)法滿足路段交通量大的情況，無(wú)法適用于大河、深谷及其他跨線橋。遇到這些情況，懸索橋、斜拉橋、大跨徑剛構(gòu)橋和鋼箱梁頂推跨越的方案則更為適合。因橋梁結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中，這類(lèi)橋型往往會(huì)遇到比較復(fù)雜的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。而且橋梁各構(gòu)件的位置關(guān)系復(fù)雜，不能依靠傳統(tǒng)的二維圖紙將位置關(guān)系明確表現(xiàn)出來(lái)。

鋼桁架主梁節(jié)點(diǎn)錨栓、索鞍是在大跨徑懸索橋中經(jīng)常用到的部件，它們的空間構(gòu)造比較復(fù)雜，如果使用常規(guī)二維碼圖紙顯示，則很可能出現(xiàn)錯(cuò)誤。這樣，施工階段就無(wú)法接收到準(zhǔn)確的橋梁設(shè)計(jì)意圖。在某公路大橋設(shè)計(jì)時(shí)，主跨采用1 000m的雙跨、單跨鋼桁架懸索橋，并通過(guò)Tekla 及Revit 軟件建立起索鞍和鋼桁架的細(xì)節(jié)模型，這樣，能明晰地表達(dá)設(shè)計(jì)中的細(xì)節(jié)信息，從而提高工程品質(zhì)，加強(qiáng)設(shè)計(jì)與施工的銜接度【2】。

2.4 BIM技術(shù)在鋼箱梁細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

跨線設(shè)計(jì)在目前的公路工程中經(jīng)常用到，可以最大程度降低跨越路段造成的交通影響，許多公路工程使用鋼箱梁頂推方案。鋼箱梁的組成部分有頂板、底板、腹板、縱隔板、橫隔板和加勁肋等，這些部件一般經(jīng)過(guò)工廠化節(jié)段制造后，在現(xiàn)場(chǎng)焊接安裝。因其內(nèi)部構(gòu)造復(fù)雜，需要極為精細(xì)的加工。一般的二維圖紙是用典型的橫斷面來(lái)顯示鋼箱梁的上部結(jié)構(gòu)組成和它的加工方案，鋼結(jié)構(gòu)加工廠還需要深化和加工二維圖紙，針對(duì)設(shè)計(jì)意圖信息不準(zhǔn)確的地方，與圖紙?jiān)O(shè)計(jì)單位再次進(jìn)行溝通和信息傳遞。

某高速公路跨線橋采用44m+70m+36m 鋼箱梁，基于BIM技術(shù)把三維設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相結(jié)合，鋼箱梁的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)借助Tekla 軟件完成，鋼箱梁構(gòu)件的位置關(guān)系則借助三維模型呈現(xiàn)。通過(guò)三維模型，可以對(duì)預(yù)拼裝后的鋼箱梁進(jìn)行碰撞測(cè)試，發(fā)現(xiàn)檢測(cè)過(guò)程中不合理的部件位置或位置關(guān)系，并及時(shí)進(jìn)行糾正，得到三維軸測(cè)安裝圖。施工單位根據(jù)三維軸側(cè)安裝圖進(jìn)行拼裝，使數(shù)控加工機(jī)床與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)信息對(duì)接，從而優(yōu)化下料信息，最終提高設(shè)計(jì)的質(zhì)量【3】。

2.5 BIM技術(shù)在橋梁可視化技術(shù)交底中的應(yīng)用

設(shè)計(jì)人員與施工單位最直接的溝通主要是通過(guò)技術(shù)交底環(huán)節(jié)完成，通過(guò)技術(shù)交底，設(shè)計(jì)人員能夠有效傳遞橋梁的整體設(shè)計(jì)意圖與注意事項(xiàng)。但是，技術(shù)交底文件畢竟是在描述和表達(dá)一個(gè)未經(jīng)建造出來(lái)的物體，常規(guī)表達(dá)方式往往會(huì)因?yàn)楸硎霾磺?、理解不透而給施工帶來(lái)阻礙，甚至造成橋梁施工過(guò)程中的安全隱患。

而B(niǎo)IM 技術(shù)是一種三維表達(dá)方式，依靠BIM 技術(shù)模擬施工工序，能直觀表達(dá)出設(shè)計(jì)人員的意圖，做好施工重點(diǎn)注意地方的特殊提示，根據(jù)施工作業(yè)指導(dǎo)書(shū)、施工組織設(shè)計(jì)的關(guān)鍵步驟來(lái)制作施工動(dòng)畫(huà)，從而提高工程質(zhì)量，增強(qiáng)設(shè)計(jì)人員與施工單位溝通的有效性。對(duì)于成套的施工工藝、核心的施工工法，還要制作出技術(shù)交底庫(kù)，以此作為施工過(guò)程和其他相近項(xiàng)目的參考信息。針對(duì)橋面混凝土鋪裝層施工和擴(kuò)大基礎(chǔ)承臺(tái)等施工步驟，京滬改建工程正是基于BIM 技術(shù)，進(jìn)行了橋梁可視化技術(shù)交底工作，因而成果顯著。

3 BIM技術(shù)在公路橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用難點(diǎn)

1）軟件技術(shù)尚未成熟?，F(xiàn)在運(yùn)用于公路橋梁設(shè)計(jì)階段的BIM軟件主要是國(guó)外的軟件，國(guó)外軟件雖然開(kāi)放性大，但不夠本土化，不能完全符合中國(guó)規(guī)范。我國(guó)技術(shù)人員運(yùn)用時(shí)還要根據(jù)自身設(shè)計(jì)習(xí)慣，對(duì)BIM 軟件的一些功能進(jìn)行本土化開(kāi)發(fā)。

2）硬件配置需求較高。公路橋梁項(xiàng)目既需要有公路橋梁的自身信息，又要了解自然信息、人文信息和沿線地質(zhì)地貌等其他信息。由這些信息建立出來(lái)的模型體量大，高硬件配置才能滿足建模和相應(yīng)信息處理的需求【4】。

3）缺乏相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。該行業(yè)還處于初步探索階段，缺乏統(tǒng)一的行業(yè)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，也沒(méi)有建立起功能探索的整體導(dǎo)向，數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)接口和信息交付標(biāo)準(zhǔn)尚待統(tǒng)一。行業(yè)以業(yè)主的需求為主導(dǎo)，但不利于全行業(yè)的統(tǒng)籌規(guī)劃與管理【5】。

4）對(duì)于BIM 從業(yè)人員要求高。設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)管理等全生命周期的建設(shè)活動(dòng)都需要BIM 技術(shù)的參與，BIM 應(yīng)用傳遞模型信息。因此，相關(guān)從業(yè)人員要掌握各工程建設(shè)活動(dòng)的有關(guān)知識(shí)，還要會(huì)熟練應(yīng)用BIM 相關(guān)軟件，甚至必須能根據(jù)我國(guó)規(guī)范進(jìn)行相關(guān)功能的二次開(kāi)發(fā)。

4 結(jié)語(yǔ)

觀察近年來(lái)的公路橋梁設(shè)計(jì)工程，可以發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)過(guò)程的各個(gè)角度、各個(gè)階段都有BIM 技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用。在BIM 技術(shù)的起步階段，難免會(huì)遇到艱難的探索和改進(jìn)，但正是相關(guān)人員的逐步攻關(guān)才使BIM 技術(shù)向著成熟的方向邁進(jìn)。目前已取得的成果顯示，BIM 技術(shù)的發(fā)展勢(shì)頭越來(lái)越好，對(duì)設(shè)計(jì)階段工程難點(diǎn)的攻破起了重要作用?，F(xiàn)階段，BIM 技術(shù)的三維表達(dá)方式已具有超前的優(yōu)越性。