橋梁工程全生命周期中BIM技術(shù)的研究和應(yīng)用

貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院股份有限公司 / 陳偉

1.BIM技術(shù)概述

BIM也被叫做是Building Information Modeling，BIM技術(shù)貫穿項目的各個階段，能夠有機的將數(shù)據(jù)整合起來。一個項目從開始規(guī)劃到后期的建設(shè)運營維護都需要不同的軟件實現(xiàn)，從規(guī)劃、概念設(shè)計開始階段，通過3dxs、kechup等三維軟件對效果進行設(shè)計，在設(shè)計階段，通過CAD等相關(guān)繪圖軟件將具體的內(nèi)容設(shè)計出來，在施工的過程中利用紙質(zhì)的施工圖紙進行針對性的施工，在后期運營維護的過程中，通過二維竣工圖來進行判斷和分析，各個階段都需要有效的銜接，而在BIM技術(shù)出現(xiàn)之前，這種對接無法直接實現(xiàn)，銜接過程中往往會出現(xiàn)一些問題，而在BIM技術(shù)出現(xiàn)后，通過軟件的配置和設(shè)計，有機地將這些數(shù)據(jù)整合到一個數(shù)據(jù)庫當(dāng)中，相關(guān)的管理人員和設(shè)計人員可以對任何階段項目信息的數(shù)據(jù)進行獲取。這樣在路橋領(lǐng)域、建筑領(lǐng)域，BIM改變了人們傳統(tǒng)的項目管理思維。

2.項目概況

某橋梁工程是A市的一個重點公路工程，其位置在市東郊的關(guān)鍵區(qū)域，肩負著連接?xùn)|西區(qū)的重要責(zé)任，是極其關(guān)鍵的交通樞紐橋梁。在建設(shè)的過程中，整個大橋的全長可以達到1376m，在岸上設(shè)計施工的過程中主要使用的是30m跨左右的現(xiàn)澆混凝土連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，水面部分主要通過截面形式相同的鋼箱梁結(jié)構(gòu)。

3.橋梁工程全生命周期中BIM技術(shù)的研究和應(yīng)用

3.1BIM技術(shù)在設(shè)計過程中的應(yīng)用

3.1.1地形地質(zhì)模型及結(jié)構(gòu)模型。本工程設(shè)計階段，運用BIM進行參數(shù)化建模。首先將地形模型建立起來，通過使用無人機航拍、衛(wèi)星圖、激光掃描等技術(shù)獲得相應(yīng)的地形模型圖像信息。衛(wèi)星圖更容易獲得信息，但是衛(wèi)星圖獲得的信息精度有限，通常條件下民用衛(wèi)星獲取的精度不高。在設(shè)計的過程中，這樣的地形模型精度無法達到工作的需要，而無人機航拍以及激光掃描等在精度方面可以達到要求。通過實際分析發(fā)現(xiàn)，旋翼式小型無人機就能夠進行基坑開挖防護等小范圍的地形抽模，然而在高速公路等大范圍地形抽模等還需要大型固定翼無人機，可以有效的將場地模型和工程模型結(jié)合，在工方案和投標設(shè)計方面可以更好的進行選擇和優(yōu)化。形成土木工程結(jié)構(gòu)的標準構(gòu)件庫，可以快速的進行參數(shù)化建模，標準構(gòu)件庫可以隨著工程實例的增加進一步完善，形成單位的核心競爭力，特別是在方案研究的過程中，豐富的圖庫能夠?qū)⒎桨副冗x的工作有效的完成。

3.1.2碰撞檢查。在BIM技術(shù)當(dāng)中，碰撞檢查是非常重要的內(nèi)容，在時間流程碰撞和幾何碰撞方面應(yīng)用較為廣泛。在設(shè)計的過程中可以有機的針對幾何碰撞進行分析。從橋梁設(shè)計的角度而言，主要是結(jié)構(gòu)鋼筋碰撞、預(yù)應(yīng)力筋的碰撞以及機電管線等相關(guān)管路的碰撞。通過BIM技術(shù)進行設(shè)計，可以有效的進行碰撞檢查，發(fā)現(xiàn)設(shè)計過程中出現(xiàn)的問題，讓設(shè)計質(zhì)量大幅度提升。

3.1.3設(shè)計分析一體化。在設(shè)計的過程中往往需要多次進行方案修改，修改后的方案需要重新進行整體計算，以便對其合理性進行驗證。此過程中如果設(shè)計模型不能直接用于進行總體計算，則需要另外建立一個總體計算模型，這樣會導(dǎo)致效率大幅下降，另外在操作的過程中兩個模型在一致性方面往往不盡如人意，會因為相關(guān)的人為因素而產(chǎn)生錯誤，所以BIM技術(shù)與結(jié)構(gòu)分析軟件融為一體是當(dāng)前軟件廠商研究過程中的重點。

圖1碰撞檢查

3.2 施工階段的BIM技術(shù)應(yīng)用

設(shè)計過程中生成的BIM模型和施工過程進行無縫對接是當(dāng)前BIM應(yīng)用過程中的一個重要趨勢。BIM在使用的過程中可以仿真模擬各種結(jié)構(gòu)構(gòu)件，主要包含了吊圍欄滑槽、塔吊固定預(yù)埋件等，在操作的過程中可以通過BIM管理平臺與用戶手機客戶端對接，這樣可以快速地將BIM模型的各種結(jié)構(gòu)構(gòu)件三維截圖、相關(guān)施工過程模擬視頻和施工進度，材料使用情況等直接發(fā)送到現(xiàn)場技術(shù)人員手機上，在操作的過程中能夠?qū)崿F(xiàn)橋梁施工的可視化交底，避免在交底的過程中出現(xiàn)信息缺失和損耗。

3.2.1鋼構(gòu)件預(yù)制和拼裝。本工程中的鋼結(jié)構(gòu)安裝過程中，為了確保鋼構(gòu)件最終接頭的加工精度，通過BIM模型的設(shè)計和預(yù)制的過程進行有效的無縫對接，通過三維模型的建設(shè)可以自動生成鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計圖以及相關(guān)的報表，可以幫助鋼構(gòu)件進行拼裝。這種技術(shù)在使用的過程中，可以有效的提高預(yù)制安裝的效率以及精確性，讓工程施工的工期大幅度縮量，確保橋梁成功的對接。

3.2.2施工管理平臺的建設(shè)。BIM技術(shù)對本程的施工管理平臺的建設(shè)起到了重要作用。BIM模型和施工管理平臺進行完整的展現(xiàn)，可以將工程結(jié)構(gòu)的虛擬設(shè)置、工程進度的管理和構(gòu)建管理施工質(zhì)量管理等融為一體，通過虛擬施工模型可以在施工的過程中對施工項目的全過程進行準確的了解，并且分析其對應(yīng)的結(jié)果以及工程量，為后期實際進行工程施工提供可行性的方案優(yōu)化和經(jīng)驗。

將BIM模型與施工進度計劃結(jié)合可以形成4d模型，很快地對計劃建造的情況進行了解，通過pad、手機等終端與管理方、監(jiān)理方以及施工方進行溝通，可以對實際施工的信息進行分析，并且反饋相應(yīng)的計劃偏差，合理的對進度進行調(diào)整，讓管理者對工程的進度情況進行有效的把握，依照實際進度和計劃的情況合理的對工程任意節(jié)點進行計算，并且了解任意時間點的累計工程量。另外，通過模型指導(dǎo)預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)以及后續(xù)的施工工件可以有效的加強施工成本、施工質(zhì)量的控制。

3.3 橋梁運維階段的BIM技術(shù)應(yīng)用

完成施工后進行交付的過程中，需要注意的問題很多，需要對相關(guān)細節(jié)進行分析。在操作的過程中，BIM模型中對施工過程中的受力、變形等情況進行了記錄，在運維的過程中，可以把施工交付的BIM 模型與建養(yǎng)一體化運維管理平臺進行銜接，這樣可以進行運營監(jiān)測，在橋梁進行運營狀態(tài)的安全評估和預(yù)警過程中的相關(guān)操作提供依據(jù)。

4.結(jié)束語

BIM技術(shù)由于其先進性，應(yīng)用的環(huán)境越來越成熟，逐步成為建筑業(yè)及路橋領(lǐng)域發(fā)展過程中的一個必然趨勢。在應(yīng)用的過程中，BIM技術(shù)的優(yōu)點非常明顯，但是當(dāng)前BIM路橋三維信息數(shù)據(jù)庫平臺在應(yīng)用的過程中依然出現(xiàn)了很多問題，需要從業(yè)人員加強完善，提高BIM技術(shù)在橋梁工程全生命周期中的應(yīng)用效果。