BIM技術(shù)在橋梁施工中的應(yīng)用研究

雷向軍

摘要：橋梁行業(yè)通過多年的發(fā)展，對于各個階段的要求也越來越高。在橋梁設(shè)計、施工和運營過程中，涉及的單位眾多，這對各個單位和部門之間的協(xié)調(diào)配合提出了很高的要求。BIM技術(shù)可以保證橋梁全生命周期，各單位有序地配合。通過對橋梁BIM模型的建立以及相關(guān)軟件的應(yīng)用研究，提出了BIM系列軟件應(yīng)用的新思路。近些年來，BIM技術(shù)在政府的支持下，發(fā)展成果有目共睹。

關(guān)鍵詞：BIM;施工過程;信息化;模擬

中圖分類號：U445 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0引言

BIM（Building Information Modeling）即建筑信息模型，在我國發(fā)展較晚，2004年建筑類行業(yè)才嘗試將該技術(shù)引入。盡管如此，在國家的鼓勵下，相關(guān)高校和科研單位都積極投身于BIM技術(shù)的學(xué)習(xí)研究中。短短幾年，相關(guān)論文和工程應(yīng)用實例層出不窮。

目前，BIM相關(guān)軟件有很多，而不同的軟件針對于不同的行業(yè)領(lǐng)域。本論述采用Bentley公司系列軟件建模和應(yīng)用研究。

1工程概況

本論述選取高墩連續(xù)剛構(gòu)作為研究對象，其橋跨結(jié)構(gòu)布置為（75+3x140+75）m。引入BIM軟件，建立橋梁模型，并對系列軟件進(jìn)行研究。橋型布置圖如圖1所示。

2工程實施難點

該橋為變截面連續(xù)箱梁。（1）梁體內(nèi)普通鋼筋、鋼絞線管道以及各種預(yù)埋件種類繁多，數(shù)量較大，施工過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)碰撞沖突問題。（2）該橋無論上部結(jié)構(gòu)還是下部結(jié)構(gòu)，鋼筋、混凝土等材料用量較大，對工程量統(tǒng)計和工程造價提出了很高的要求。施工模擬。除此之外，該橋橋墩均超過100m，在施工過程中，施工人員和設(shè)備都受到場地限制，沒有可行的施工方案，極易出現(xiàn)安全事故。引入BIM系列軟件，避免資源浪費，消除安全隱患。

3模型建立

3.1族庫建立

在BIM系列軟件中，有一個“族”的概念?！白濉笨梢钥醋鹘ㄖ锏幕A(chǔ)元素，在建立這些元素之后，就可以通過拼接或者參考的方式將這些元素搭建成建筑物。一般情況下，“族”文件可以分為標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件文件和特殊構(gòu)件文件。標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件文件可以將以前建立過的元素文件直接調(diào)取使用。特殊構(gòu)件文件無法通過“族”庫直接使用，需要根據(jù)實際工程情況重新建立。

“族”以文件形式存儲，可以直接調(diào)取拼接或者通過“參考”命令使用，在保證建模精度的前提下，降低模型的存儲空間，提高模型運行速度。圖2—6為部分BIM“族”文件。

3.2整體模型

通過直接拼裝或者“參考”命令進(jìn)行全橋模型建立，在執(zhí)行“參考”命令時，須注意各個文件的嵌套關(guān)系和相對坐標(biāo)。橋梁模型如圖7所示。

4BIM技術(shù)在碰撞檢測中的應(yīng)用

在一座橋梁的全生命周期內(nèi)，項目運轉(zhuǎn)需要各個專業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)人員協(xié)調(diào)合作。在此過程中，傳統(tǒng)的二維模型可視化效果差，信息傳遞的準(zhǔn)確性完全依賴相關(guān)技術(shù)人員的專業(yè)水平。

即使經(jīng)驗再豐富的專業(yè)技術(shù)人員，也很難保證，在信息傳遞的整個過程中，不會有失誤，導(dǎo)致體積碰撞。這種情況在設(shè)計階段很難發(fā)現(xiàn)，只有在施工過程中容易遇見，此時已經(jīng)對工程成本控制和施工安全有了影響。

為了避免這一問題，本論述利用BIM軟件建立了全橋的模型。針對復(fù)雜的下部結(jié)構(gòu)，BIM相關(guān)技術(shù)可以進(jìn)行橋墩鋼筋和承臺鋼筋的碰撞檢測。在施工之前找到碰撞沖突點，可以有效避免資源浪費、消除安全隱患。

在ProStructure軟件中，找到工具菜單中的碰撞檢測，如圖8所示。

碰撞檢測操作后，得到模型碰撞位置的三維示意圖，如圖9所示。

5BIM技術(shù)的工程量統(tǒng)計

一個工程除了安全質(zhì)量，成本控制也很重要?？刂瞥杀卷氂斜容^精細(xì)的工程量統(tǒng)計來支持。

在該橋梁模型建立過程中，利用ProStructure功能建立對O#塊普通鋼筋模型，再對其進(jìn)行工程量統(tǒng)計的工作，如圖10、11所示。

6BIM技術(shù)的3D輸出技術(shù)

傳統(tǒng)的二維圖紙可視化差，對于一些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，則依賴專業(yè)技術(shù)人員的識圖能力。BIM技術(shù)的3D輸出解決了這一問題，利用Bentley的三維打印功能，可將該橋結(jié)構(gòu)輸出為3D-PDF，該文件可以在電腦、手機(jī)等移動設(shè)備中查看，如圖12、13所示。

7BIM技術(shù)在施工進(jìn)度模擬中的應(yīng)用

以薄壁空心墩施工為研究對象，模擬施工的整個過程。墩身掛架系統(tǒng)主要由預(yù)埋件、承重系統(tǒng)以及模板工作平臺等裝置構(gòu)成。

將BIM系列軟件建立的橋墩模型和掛架系統(tǒng)以.dgn的格式導(dǎo)入到Navisworks軟件中去，再通過各個階段的時間和實體劃分，實現(xiàn)薄壁空心墩的全過程施工模擬，如圖14所示。

首先，進(jìn)行橋墩第一節(jié)段模板的搭設(shè)、橋墩鋼筋綁扎，如圖15所示。

當(dāng)橋墩第一節(jié)段模板搭設(shè)和鋼筋綁扎完成之后，進(jìn)行混凝土澆注，待齡期達(dá)到規(guī)范要求，進(jìn)行模板拆除，如圖16所示。

橋墩第一節(jié)段模板拆除后，重復(fù)之前的步驟，進(jìn)行下一階段的施工，如圖17所示。

8BIM導(dǎo)出模型至有限元計算軟件

Midas FEA是一款空間有限元仿真程序。它有簡潔的操作界面，可以直觀地進(jìn)行模型建立和數(shù)據(jù)分析。特別是在工程中遇到的比較復(fù)雜、受力不明確的問題，可以利用該軟件有效地解決。

MicroStation軟件與其他三維建模軟件有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)交互能力，可以實現(xiàn)與Midas FEA軟件的交互，在保證建模精度的同時，減少了Midas FEA重復(fù)建模的時間。

在變截面箱梁施工過程中，橋梁零號塊受到較大的負(fù)彎矩，是施工中的關(guān)鍵工序，重要程度不言而喻。

本論述通過MicroStation軟件建立零號塊1/4模型，再利用MicroStation軟件和Midas FEA軟件的交互，將模型導(dǎo)入，對其進(jìn)行網(wǎng)格劃分、邊界約束，并對其施加荷載和單元溫度，即可得到該模型在z軸方向的位移圖。計算結(jié)果如圖18、19所示。

9結(jié)論

本論述以高墩連續(xù)剛構(gòu)為研究對象，經(jīng)過模型建立以及相關(guān)技術(shù)研究，得出以下結(jié)論：

（1）BIM相關(guān)軟件在國內(nèi)引入時間晚，相關(guān)技術(shù)還不成熟，目前還處于探索研究階段。即便如此，隨著該技術(shù)在工程實踐中發(fā)揮的作用越來越不可替代，國內(nèi)相關(guān)科研單位都響應(yīng)國家號召，進(jìn)行BIM技術(shù)的相關(guān)研究工作。

（2）利用BIM系列軟件，建立了橋梁施工過程中的基礎(chǔ)構(gòu)件模型，并通過參考等方式搭接主體結(jié)構(gòu)的BIM模型。

（3）研究了BIM在橋梁各個階段中的應(yīng)用，主要包括碰撞檢測、工程量統(tǒng)計、3D輸出、施工進(jìn)度模擬以及BIM與有限元計算軟件的交互使用等。

本論述對BIM系列軟件的部分功能進(jìn)行研究，對于行業(yè)內(nèi)的BIM應(yīng)用有一定的參考、借鑒的價值。