基于BIM平臺的橋梁工程設(shè)計與應(yīng)用

陳亮

摘?要： 近年來，BIM技術(shù)在橋梁建設(shè)行業(yè)已經(jīng)有了初步的應(yīng)用。通過BIM技術(shù)引入設(shè)計階段，能夠為建設(shè)、施工單位帶來精細(xì)化管理的改變。這些改變不僅提高了生產(chǎn)效率，也必將帶來橋梁工程生產(chǎn)模式的新變革。文章將對BIM技術(shù)在橋梁工程設(shè)計中的應(yīng)用進(jìn)行探究，以供借鑒。

關(guān)鍵詞： BIM技術(shù);橋梁工程;設(shè)計;應(yīng)用

【中圖分類號】U442.5?【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A?【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.34.076

1?橋梁工程設(shè)計的特點

1.1?結(jié)構(gòu)設(shè)計相對復(fù)雜

橋梁建設(shè)工程項目中的結(jié)構(gòu)構(gòu)件相對較多，且結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，特別是很多構(gòu)建連接點，從而導(dǎo)致橋梁工程設(shè)計需要考慮的因素也較多，否則，就會出現(xiàn)各種設(shè)計問題，比如，連接件錯誤。傳統(tǒng)的二維設(shè)計圖紙主要依靠設(shè)計人員進(jìn)行圖紙校對，但因檢測方法的局限性，導(dǎo)致很多設(shè)計問題難以及時發(fā)現(xiàn)，對于后續(xù)施工造成較大的硬性，質(zhì)量返工及工期滯后等現(xiàn)象頻繁發(fā)生。即便對于已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的設(shè)計問題，因二維設(shè)計技術(shù)的局限性也造成圖紙修改的效率及準(zhǔn)確性不高。

1.2?施工環(huán)境相對復(fù)雜

和其他建筑工程相比，橋梁工程的施工環(huán)境相對比復(fù)雜，常常都面臨著諸如跨河、跨山谷甚至跨海等情況，為保證橋梁工程項目的順利推進(jìn)和施工安全，必須在工程設(shè)計階段針對實際環(huán)境制定相應(yīng)的施工方案和具體措施。然而，不同的橋梁工程其施工環(huán)境也截然不同，雖然可以借鑒相似環(huán)境的設(shè)計經(jīng)驗，但同樣難以保證施工設(shè)計方案可行有效，對于施工過程的順利進(jìn)行以及生產(chǎn)進(jìn)度、質(zhì)量、安全及成本等方面都有較大的影響。

2?基于BIM技術(shù)的橋梁工程設(shè)計優(yōu)勢

（1）將模型可視化，有助于結(jié)構(gòu)設(shè)計的方案在項目設(shè)計團隊之間更充分、高效地交流，討論并決策，保證了設(shè)計的質(zhì)量以及設(shè)計的時效性。

（2）BIM軟件通過將橋梁設(shè)計中的標(biāo)準(zhǔn)、思想、原則等抽象化參數(shù)進(jìn)行描述，自動適應(yīng)了關(guān)聯(lián)約束關(guān)系和裝配關(guān)系之間的關(guān)系，保證橋梁的自動化、先進(jìn)化的要求。

（3）BIM軟件讓橋梁工程的設(shè)計資料可以共享，相同模型的核心數(shù)據(jù)能夠共同享用于橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案、評估安全、設(shè)計技術(shù)和設(shè)計施工圖，避開了不同工作需要建立不用模型的麻煩，使各種數(shù)據(jù)得到統(tǒng)一。

（4）參數(shù)驅(qū)動、關(guān)聯(lián)度高的橋梁模型可以高度匹配橋梁在設(shè)計過程中，多個校審有可能帶來的方案設(shè)計的頻繁變動，使效率得以保障。

（5）BIM當(dāng)前可以做到自動化繪圖，不僅可以出圖橋梁結(jié)構(gòu)的3D模型，以此可以用于方案評選、展示、模擬仿真等，還能出一些適合工程交付的二維圖紙，很大程度上減小了手工出圖出現(xiàn)誤差的尷尬，效率成倍提高。

（6）統(tǒng)一的BIM模型，同時還可以實現(xiàn)橋梁設(shè)計關(guān)鍵指標(biāo)的分析與統(tǒng)計和復(fù)核審核等功能。

3?橋梁工程項目的建模方案

3.1?橋梁模型的總體設(shè)計

CATIA不但具備系統(tǒng)定義的參數(shù)，同時還擁有用戶定義的參數(shù)。設(shè)計者可經(jīng)過不同方式很容易地自定義各種參數(shù)和公式，如負(fù)載、約束等，或者用戶定義的參數(shù)和公式。其中，就用戶定義公式而言，其是在聯(lián)系系統(tǒng)參數(shù)與CATIA中用戶參數(shù)之間建立的。在定義用戶參數(shù)后，設(shè)計人員可對相應(yīng)的特征參數(shù)設(shè)置相應(yīng)公式的三維模型，這樣有助于通過用戶參數(shù)驅(qū)動系統(tǒng)參數(shù)，進(jìn)而控制圖的實際大小。例如，通過該方案，利用CAD軟件很容易解決橋梁設(shè)計中難以搭建斜交30°T梁的問題。為確定模型建模的正確基礎(chǔ)，須通過真實的橋梁結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確對接坐標(biāo)，以保證模型信息和施工現(xiàn)場數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

此外，也可利用CAD軟件的三維曲面建模功能，實現(xiàn)曲線外緣的邊緣梁寬度隨邊緣線的變化而變化?？梢姲瓷鲜鲈O(shè)計原則而進(jìn)行的模型搭建，不僅能提升模型的精準(zhǔn)度，也能使用戶通過直接查詢模型坐標(biāo)來指導(dǎo)施工。

3.2?組件設(shè)計

橋梁工程中的主要構(gòu)件一般包括主梁、連接構(gòu)件、支撐、基礎(chǔ)、連接節(jié)點、橋面板及輔助設(shè)備等。雖然CATIA軟件具有裝配功能，但用現(xiàn)有的裝配功能定位橋梁構(gòu)件之間的相對位置關(guān)系是非常不方便的。為定位橋梁構(gòu)件之間的相對位置關(guān)系，首先需確定橋梁線路和空間控制點的控制信息，其次利用參考信息進(jìn)行建模，最后直接將整個結(jié)構(gòu)組合起來。在建模項目中，通過對組件相似結(jié)構(gòu)特征的分析，將部件預(yù)先嵌入這些組件中，然后通過提取相關(guān)的裝配信息，在裝配過程中使用相同類型的組件時，就能利用創(chuàng)建模板進(jìn)行超級復(fù)制，并選擇instantiation命令創(chuàng)建相同類型的其他組件，以實現(xiàn)裝配關(guān)系的雙重定義，從而既保證了建模精準(zhǔn)度，也進(jìn)一步提高了建模效率。

4?BIM技術(shù)在橋梁設(shè)計階段的應(yīng)用

4.1?施工模擬

利用BIM技術(shù)建立起橋梁幾何模型以及施工過程模型后，可以采取BIM技術(shù)中的施工模擬模塊，對施工方案進(jìn)行實時、交互和逼真的模擬，進(jìn)而對已有的施工方案進(jìn)行驗證、優(yōu)化以及完善，在施工模擬中能夠預(yù)知到實際施工可能出現(xiàn)的問題，進(jìn)而提前做好預(yù)防措施，避免以及減少返工和資源浪費現(xiàn)象，優(yōu)化施工方案，整個過程先是通過BIM建模，然后組建虛擬施工環(huán)境，設(shè)定運動關(guān)系以及運動順序，執(zhí)行定義好的程序進(jìn)行施工模擬，模擬結(jié)束后給出相應(yīng)的模擬結(jié)果分析，如果滿足要求則轉(zhuǎn)入綜合分析，判斷施工方案是否最優(yōu)，若是則確定為最優(yōu)方案，若不是，則選用其他方案重新進(jìn)行運動關(guān)系和運動順序的設(shè)定，再次執(zhí)行模擬，若結(jié)果不滿足要求，則調(diào)整參數(shù)或調(diào)整方案，重復(fù)上述步驟，循環(huán)模擬，直至找到最優(yōu)施工方案。

4.2?可視化技術(shù)交底

在進(jìn)行技術(shù)交底時，BIM技術(shù)的作用再一次得到了體現(xiàn)。在過去，方案設(shè)計人員同工程建設(shè)者進(jìn)行技術(shù)交底時，僅是通過語言或圖紙對一個想象中的橋梁進(jìn)行描述，一旦描述語言或理解方面有了偏差，則難免會給工程的順利實施帶來困難，這也是行業(yè)內(nèi)普遍出現(xiàn)的問題。但是，在進(jìn)行技術(shù)交底溝通時，合理地運用BIM技術(shù)，可以對施工過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)或其他施工復(fù)雜點進(jìn)行模擬，使干燥的語言變?yōu)樯鷦拥哪Ｐ腕w現(xiàn)，更加直觀和易于了解，并在施工過程中把需要注意的地方做出標(biāo)識，整個施工過程一目了然。除此以外，還可以通過BIM技術(shù)建立相應(yīng)的信息庫，將施工關(guān)鍵點和關(guān)鍵的施工方法都詳細(xì)錄入，作為日后進(jìn)行公路橋梁方案設(shè)計時的對比庫。

5?結(jié)語

綜上所述，橋梁工程有多種設(shè)計建設(shè)方案。根據(jù)不同的地形和施工環(huán)境，可以運用不同的施工方案進(jìn)行合理的施工，而BIM技術(shù)可以很好地在多種方案中進(jìn)行科學(xué)的比對，選出最佳方案，并對施工人員進(jìn)行可視化交底?？梢姡跇蛄航ㄔO(shè)方面，BIM的作用不可忽視。

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