BIM技術(shù)在橋梁設(shè)計中的應(yīng)用探索

摘 要：BIM（Building Information Modeling）即建筑信息模型技術(shù)，新一代設(shè)計技術(shù)理念，是設(shè)計行業(yè)又一次設(shè)計革命，意義重大，被國內(nèi)外諸多著名的建筑、結(jié)構(gòu)、施工公司在項目中廣泛應(yīng)用。本文基于目前BIM技術(shù)在橋梁設(shè)計領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀，淺談關(guān)于BIM數(shù)據(jù)輸入方式和應(yīng)用分析及結(jié)果輸出方面的幾點設(shè)想，同時也指出了BIM技術(shù)研究中存在的不足，并對今后的研究給出了建議。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);橋梁設(shè)計;參數(shù)化;信息共享

一、引言

BIM設(shè)計理念技術(shù)產(chǎn)生于20世紀(jì)70年代，被譽為是設(shè)計行業(yè)繼計算機輔助設(shè)計CAD后的第二次設(shè)計革命，被國內(nèi)外諸多著名的建筑、結(jié)構(gòu)、施工公司在項目中廣泛應(yīng)用。近年來，BIM技術(shù)由開始的建立設(shè)施電子模型的簡單行為逐漸轉(zhuǎn)變成一個一體化的應(yīng)用平臺，不僅可以在計算機虛擬空間中仿真實工程參數(shù)化建模，而且通過以3D可視化方式呈現(xiàn)來進(jìn)行跨專業(yè)跨階段的協(xié)同作業(yè)，集協(xié)助、設(shè)計、施工、營運、維護(hù)、生命周期各項工程作業(yè)與管理于一身的新科技，因此在任何工程項目中應(yīng)用BIM，能管好、用好信息，保證信息流暢，共享和交流各方信息，及早糾正錯誤，減少由此產(chǎn)生的浪費，節(jié)省生產(chǎn)成本，最終的目的都是保證項目依照計劃進(jìn)行并按時完工。

二、BIM技術(shù)在橋梁設(shè)計的應(yīng)用

BIM技術(shù)作為應(yīng)用在建筑工程中的新技術(shù)，它是用以協(xié)助規(guī)劃設(shè)計，施工運營，維護(hù)生周期各項作業(yè)，并對這些過程進(jìn)行協(xié)調(diào)管理的一個工具，因此，就必然存在輸入-處理分析—輸出的聯(lián)系紐帶。由于繪制施工圖的工作量很大，設(shè)計師以往無法在方案構(gòu)思階段花很多的時間和精力，但在應(yīng)用BIM設(shè)計軟件后，能夠把主要的精力放在結(jié)構(gòu)設(shè)計的構(gòu)思上，有利于提高結(jié)構(gòu)設(shè)計的質(zhì)量。只要完成了設(shè)計構(gòu)思，確定了最后的模型構(gòu)成，就可以用很少的時間根據(jù)模型生成施工圖。由于BIM設(shè)計軟件在設(shè)計過程中具有良好的協(xié)調(diào)性，因此可減少后期調(diào)整設(shè)計的工作量，BIM模型中包含了用于建筑性能分析的各種數(shù)據(jù)，同時BIM設(shè)計軟件提供了良好的交換數(shù)據(jù)功能，只要將模型輸入的分析軟件中，很快就得到相關(guān)的分析結(jié)果。

（一）參數(shù)化設(shè)計與族庫輸入

橋梁領(lǐng)域最先應(yīng)用BIM技術(shù)是在鋼橋結(jié)構(gòu)中，這本來就是建筑鋼結(jié)構(gòu)體系的延伸，參數(shù)化鋼橋在引用機械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)件庫的基礎(chǔ)上開發(fā)出鋼橋三維設(shè)計工具包。參數(shù)化設(shè)計BIM設(shè)計軟件操作的對象是用以組成建筑模型的基本元素建筑構(gòu)件的，整個設(shè)計過程是在不斷確定和修改各種建筑構(gòu)件的參數(shù)來體現(xiàn)設(shè)計師的設(shè)計意圖，這也就成功解決了三維實體不能由計算機自動判斷識別的障礙。這就說明構(gòu)件實體具有幾何、物理、構(gòu)造及技術(shù)等所有信息均保存在族庫中，橋梁BIM軟件的建模取決于橋梁工程族庫的建立和完善。有了常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)化橋梁、沉管隧道以及主橋主要構(gòu)件的參數(shù)化族庫，就可以通過已建好的參數(shù)化樣板族直接建模，只需調(diào)整族的參數(shù)即可應(yīng)用，這樣就可以縮短建模的時間。另外，將已建的構(gòu)件族保存到族庫，以后遇到類似的構(gòu)件族就只需更改相應(yīng)的參數(shù)，從而極大地減少了重復(fù)性工作。其次，建立BIM數(shù)據(jù)庫，統(tǒng)一管理勘察、設(shè)計、建模、分析中的工程數(shù)據(jù)，為施工以及運維階段數(shù)據(jù)庫建立奠定基礎(chǔ)，以促進(jìn)設(shè)計階段的BIM技術(shù)使用價值最大化。

（二）深化設(shè)計與協(xié)同設(shè)計

由于一個項目模型的所有設(shè)計圖紙、圖表都相互關(guān)聯(lián)，在設(shè)計數(shù)據(jù)之間就建立起了實時的、一致性的關(guān)聯(lián)，各數(shù)字化構(gòu)件實體之間也就可以實現(xiàn)關(guān)聯(lián)顯示、智能互動。深化設(shè)計才能使BIM得以普遍應(yīng)用，統(tǒng)一的關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)了信息集成，在建筑信息模型中，基本構(gòu)件的所有信息都存放在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫中，實現(xiàn)了信息集成。同時用戶還可以根據(jù)自己的需要增加必要的數(shù)據(jù)項建筑對象，也為各種分析提供了條件，有力地支持建筑工程全生命周期的管理。

通過協(xié)同設(shè)計、參數(shù)化建模、碰撞檢測，與計算機分析軟件相結(jié)合，以及相應(yīng)的輔助軟件，可以更好地體現(xiàn)出BIM在設(shè)計階段的價值。協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)管理著整個設(shè)計流程，并可與企業(yè)其他信息管理系統(tǒng)集成，形成設(shè)計企業(yè)信息化的構(gòu)架。BIM協(xié)同設(shè)計通過BIM協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)，將設(shè)計人員按專業(yè)分工，統(tǒng)一納人系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)同設(shè)計，可以提高設(shè)計信息流轉(zhuǎn)效率。例如碰撞檢測BlM技術(shù)可模擬碰撞檢查，包括設(shè)計過程中鋼筋及預(yù)應(yīng)力筋的碰撞檢測，橋上橋內(nèi)設(shè)施、機電管線的碰撞檢測，以及設(shè)計階段其他構(gòu)件的干涉檢測。

通過輔助設(shè)計工具，如BIM地質(zhì)模型，可實現(xiàn)橋梁、沉管隧道與線路、地形、地質(zhì)的關(guān)聯(lián)化;借助地質(zhì)模型，實現(xiàn)地基承載力的自動計算，隨著結(jié)構(gòu)的移動，可以自動計算樁長。通過輔助軟件，可保證設(shè)計更快速地完成，例如二維出圖、交通流量分析、工程量統(tǒng)計等功能。甚至在橋梁運營和維護(hù)階段，利用BIM云平臺和BIM的各個管養(yǎng)子系統(tǒng)，也可以實現(xiàn)更加精細(xì)化的管理，體現(xiàn)出BIM技術(shù)的實用價值。

（三）成果輸出

設(shè)計成果就是信息化建筑模型，圖紙由模型自動生成。BIM設(shè)計軟件建立起的模型是信息化建筑模型，各種平、立、剖二維圖紙以及圖表都可以根據(jù)模型生成，各種三維效果圖、三維動畫亦然，這就為快速生成施工圖和實現(xiàn)設(shè)計可視化提供了可能。BIM模型建成后，由三維模型直接生成的圖紙表現(xiàn)形式豐富多樣，三維布置圖，預(yù)拼裝圖能精準(zhǔn)無誤的表現(xiàn)各細(xì)部結(jié)構(gòu)的空間位置，由三維模型經(jīng)過計算機程序自動投影，剖切得到的二維剖面圖及大樣圖也比由人腦加工轉(zhuǎn)換得到的二維圖紙更加高效、準(zhǔn)確，也更便于其他人員再次復(fù)核，然而現(xiàn)階段我國橋梁設(shè)計交付的二維圖紙都是傳統(tǒng)意義上的二維工程圖，實際上它們都是工程師通過空間想像，將腦海中的三維模型投影、剖切到二維平面上的產(chǎn)物，其表現(xiàn)能力及校核糾錯功能都不如實際三維模型。因此利用BIM技術(shù)建立三維圖紙不僅在空間構(gòu)造表現(xiàn)方面有其絕對優(yōu)勢，而且在剖切示意、大樣展示及工程數(shù)量統(tǒng)計方面，由自動生成的二維圖紙，更能保證精確度。

三維模型是橋梁設(shè)計應(yīng)用BIM技術(shù)的基礎(chǔ)，這就需要針對特點結(jié)構(gòu)類型是先對建模方式進(jìn)行規(guī)劃，也就是規(guī)劃化建模。實際上，規(guī)范化建模也可以提高模型的可重用性和參與驅(qū)動的性能。同時，雖然現(xiàn)有的軟件都支持三維模型和二維模型的聯(lián)動，但為了避免反復(fù)調(diào)整尺寸線，視圖剖面位置等帶來到工作量，設(shè)計中應(yīng)以三維模型作為主要的設(shè)計對象，在三維模型穩(wěn)定后再生成二維圖，或者導(dǎo)入分析軟件進(jìn)行后續(xù)計算。

三、結(jié)論與展望

由于橋梁設(shè)計的復(fù)雜性，對現(xiàn)有BIM軟件進(jìn)行用戶定義和二次開發(fā)勢在必行。目前BIM 技術(shù)在橋梁工程建設(shè)領(lǐng)域的應(yīng)用目前正處于前期階段，利用 BIM 技術(shù)來提高設(shè)計效率，改善設(shè)計質(zhì)量、加強施工組織及后期運營管理，探索在橋梁設(shè)計領(lǐng)域的具體的實現(xiàn)方法對 BIM 技術(shù)在橋梁工程方面的應(yīng)用拓展意義重大。隨著”互聯(lián)網(wǎng)+”等技術(shù)的發(fā)展，BIM技術(shù)的發(fā)展也越來越成熟，相信在不久也將出現(xiàn)“BIM+”時代的盛景。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳交.基于BIIVI技術(shù)的橋梁工程設(shè)計的應(yīng)用[J].山西建筑，2016，11（42）：3-8

[2] 陸寧.基于BIM技術(shù)的施工企業(yè)信息資源利用系統(tǒng)研究[D].北京：清華大學(xué)，2010

作者簡介：黃新（1995—），男，漢族，四川成都人，重慶交通大學(xué)碩士研究生，研究方向：隧道及地下工程。