BIM技術(shù)在橋梁工程設計階段的應用分析

郭仁濱 程海濱

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引言

BIM技術(shù)具有較強的實用性和應用性，將其應用到橋梁工程設計中，能夠大幅度提高項目工程的設計效率和質(zhì)量，讓設計更具有科學性、創(chuàng)新性、科學性，為后續(xù)施工流程奠定基礎(chǔ)。將BIM技術(shù)應用到橋梁工程設計階段，模擬工程整體設計過程，直觀展現(xiàn)三維橋梁結(jié)構(gòu)，為橋梁工程施工建設提供技術(shù)支持。應用BIM技術(shù)設計的橋梁工程施工方案更符合當今時代發(fā)展形勢，讓項目工程建設更加科學合理，提高項目工程的質(zhì)量和安全性能，進一步推進橋梁工程的發(fā)展。

1 BIM技術(shù)在橋梁工程設計階段應用概況

BIM技術(shù)指的就是建筑信息模型化技術(shù)，它是以三維數(shù)字技術(shù)作為基礎(chǔ)，對橋梁工程項目實體和功能以數(shù)字化形式表達出來。將BIM技術(shù)應用到橋梁整個工程中，能夠建立從項目論證到項目拆除的全過程數(shù)據(jù)庫，通過數(shù)據(jù)庫能夠更高效運用與共享項目數(shù)據(jù)，還能在任意階段進行數(shù)據(jù)信息提取、修改和更新，實現(xiàn)整個項目工程的協(xié)同作業(yè)[1]。

BIM技術(shù)應用到橋梁工程設計階段，有助于提升BIM模型整體能力，具體有：增強模型信息的完整性，橋梁工程涉及階段中的BIM模型，不僅包含對象的幾何信息和拓撲關(guān)系的基本要素，還有各分部分析的詳細設計信息；增強模型信息的關(guān)聯(lián)性，橋梁工程涉及階段中的BIM模型里的對象都具有一定關(guān)聯(lián)性，系統(tǒng)可以對模型的信息開展統(tǒng)計與分析，生產(chǎn)相應的圖形和文檔，如果BIM模型中某一個對象出現(xiàn)變化，與之關(guān)聯(lián)的其他對象也會發(fā)生相應的轉(zhuǎn)變，保證信息的完整性和即時性；增強模型信息的一致性，BIM模型有助于實現(xiàn)橋梁工程設計的自動化演化功能，如果統(tǒng)一對象在不同階段能夠進行修整，這時沒有必要進行重新創(chuàng)建，從而極大程度減少BIM模型信息不一致的誤差。另外，BIM技術(shù)應用到橋梁工程的設計階段中，還具備模擬性、協(xié)調(diào)性等性質(zhì)，如果設計方案存在意見不一致現(xiàn)象時，工程設計人員可以對項目工程進行綜合分析。

2 橋梁工程設計階段中BIM技術(shù)的應用優(yōu)勢

將BIM技術(shù)應用到橋梁工程設計過程中，具體有以下幾方面應用優(yōu)勢：第一，工程參數(shù)化。橋梁工程設計階段在應用BIM技術(shù)過程中，根據(jù)參數(shù)化要點做好工程建模工作，確保各項信息銜接操作的有效性，在第一次創(chuàng)建后可以進行重復使用，在某一過程遇到問題時，只需要對部分內(nèi)容機械能修改，能夠做好智能化聯(lián)動操作。第二，工程可視化。在橋梁工程運行過程中，BIM及時能夠?qū)φ麄€流程進行可視化操作，操作要點主要體現(xiàn)在橋梁兩題內(nèi)部結(jié)構(gòu)、施工方案、具體施工技術(shù)等。第三，節(jié)省工程成本。BIM技術(shù)在橋梁工程設計階段的有效應用，滿足施工設計方案要求，在施工操作過程中更高效控制工程成本，建立完整的財務運算體系，可估算成本，確保工程資源配置的合理性。第四，加快工程進度。BIM技術(shù)應用到橋梁工程設計階段，能夠根據(jù)施工方案要求，有效調(diào)整施工進度，確保項目工程進行的協(xié)調(diào)性[2]。

3 BIM技術(shù)在橋梁工程設計階段的有效應用對策

現(xiàn)階段，在橋梁工程設計階段應用BIM技術(shù)，利用BIM的特性整個項目工程進行綜合分析和挑戰(zhàn)，為后續(xù)施工提供更準確的技術(shù)支持。

3.1 實現(xiàn)多元化基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理

在橋梁工程設計階段中，分析原始地形數(shù)據(jù)是項目工程設計的第一步驟，但是傳統(tǒng)的工程地形數(shù)據(jù)設計還停留在二維平面層次，無法更為直觀地表達地形地貌。然而通過AutoCAD Civil 3D處理后的地形圖，可以建立起系統(tǒng)的三維模型，并在此基礎(chǔ)進行項目具體信息的綜合分析。還有軟件自帶的GeoLechnical及River模塊，能夠?qū)⒌刭|(zhì)勘探與水利數(shù)據(jù)集中呈現(xiàn)出三維模型中，為整個工程建設提供更向下的參考數(shù)據(jù)。另外，結(jié)合Raster軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)通過GIS軟件獲得的航拍圖片矢量化，并直接附著于處理好的三維地形中，實現(xiàn)項目工程的實景化。同時，在橋梁工程項目前期投標或方案結(jié)算，通常會出現(xiàn)地形圖等基礎(chǔ)資料缺失的情況，使得整個項目不能順利開展。通過Inlrawoks功能，使用自帶的項目模型創(chuàng)建工具或者處理網(wǎng)絡獲取不同精度CIS數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)快速實景建模，并以此為基礎(chǔ)進行設計工作的開展，從而保證項目工程順利進行。

3.2 建立動態(tài)化橋梁工程模型

BIM技術(shù)在橋梁工程設計過程中，設計人員要對橋梁基礎(chǔ)數(shù)據(jù)做好整理，在應用過程中橋梁結(jié)構(gòu)在BIM中的選擇系統(tǒng)就是第一步，由于我國BIM技術(shù)還不怎么成熟，因此在具體應用過程中要及時改正，增加該項技術(shù)的成熟度。AutoCAD Civil 3D可以讓道路的平、縱、橫設計動態(tài)連接，任意一點的設計修改，都會聯(lián)動到以此相關(guān)的其他內(nèi)容上，自動進行更新省去大量功夫工作，加快施工進度。例如，橋梁工程施工建設過程中，需要對橋梁結(jié)構(gòu)進行提取，首先要做的就是固定橋梁結(jié)構(gòu)，由此可見，將BIM技術(shù)應用成功的關(guān)鍵就是保證技術(shù)人員做好橋梁設計圖紙。

現(xiàn)階段，我國部分橋梁工程設計單位已經(jīng)認識到BIM技術(shù)的重要性，在承接項目過程中都在應用此項技術(shù)，并取得很大的成效。但是在具體應用過程中片面性太強，大部分設計單位知識在進行圖紙設計過程中應用BIM技術(shù)，應用也僅限于此階段，缺乏一定整體的連貫性，導致對整體橋梁結(jié)構(gòu)把控比較困難。而運用BIM技術(shù)模型時，技術(shù)人員重點研究數(shù)據(jù)模型參數(shù)，這樣會整體上提高橋梁整體構(gòu)建速度。BIM技術(shù)在橋梁工程的有效應用，對于橋梁審計單位不管是結(jié)構(gòu)設計，還是橋梁施工進度控制層面上，都有很好的推進作用。

3.3 優(yōu)化整個橋梁工程施工方案

BIM技術(shù)的可視化設計能夠?qū)蛄汗こ虒男畔⒛Ｐ瓦M行詳細構(gòu)建，并在此基礎(chǔ)上將橋梁工程施工方案進行擬定，然后借助此項技術(shù)將整個設計過程展示出來，并通過模擬運行來對整體橋梁結(jié)構(gòu)的安全以及適用性進行綜合分析。通過設計人員對三維模型的操作，增強施工模擬的直觀性和動態(tài)性，將整體施工進度以施工進度已直觀形式呈現(xiàn)出來。并且在模擬過程中還可以表現(xiàn)出各種不同形式的施工方案，通過表現(xiàn)區(qū)分出各種方案間的差異性，提升橋梁事業(yè)的規(guī)模。同時，將BIM技術(shù)模型數(shù)據(jù)導出到智能設備中，可以讓設計人員和施工人員通過遠程查看來對項目工程進行溝通交流，這樣不僅可以合理選擇并修改施工方案，增強資源配置的協(xié)調(diào)性，還能更好進行成本控制，實現(xiàn)施工方案的優(yōu)化。

3.4 創(chuàng)建橋梁工程BIM模型

將BIM技術(shù)應用到橋梁工程設計階段是，可以先創(chuàng)建橋梁工程BIM模型，一定要保證模型的精準度，也要考試后期施工階段的模型應用效果，提取項目工程涉及的結(jié)構(gòu)部位想成創(chuàng)建對象，該創(chuàng)建對象要是固定的，然后以此為基礎(chǔ)開展各項設計工作。當橋梁工程BIM模型創(chuàng)建完成后，要進行局部模型計算和整體模型計算兩部門模型計算，其中局部模型計算時，要結(jié)合前期的建模成果，這樣能夠縮減局部模型計算時間，提升工程設計效率；而整體模型計算時，在橋梁工程的整體結(jié)構(gòu)中提取相關(guān)圖像信息，在計算過程中要注意橋梁工程計算的特殊性，也結(jié)合計算機技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)等先進技術(shù)，對橋梁整體結(jié)構(gòu)部件進行簡化，然后計算出精準的整體模型結(jié)構(gòu)，加強橋梁結(jié)構(gòu)的互聯(lián)性，提升BIM模型計算效率。

3.5 優(yōu)化工程施工設計圖紙

在橋梁工程施工圖紙設計階段，工程設計人員要對整個施工方案不斷完善，明確橋梁設計的整體要求、功能、方式等要求，為后期工程施工、養(yǎng)護等工作提供支持，從而一定要保證施工圖紙的可靠性和準確性。在工程施工圖紙進入優(yōu)化階段時，設計人員可以應用BIM技術(shù)對施工圖紙進行詳細設計，詳細標注橋梁附屬結(jié)構(gòu)、局部結(jié)構(gòu)等，為后期施工階段提供技術(shù)支持。并且，橋梁工程設計還與交安、機電等專業(yè)存在交叉作用，設計人妖需要針對橋梁和標志標牌、管線的相對位置進行核查，將構(gòu)件進行重疊工作，提前優(yōu)化工序設計方案。

3.6 實現(xiàn)橋梁工程量自動計算

從技術(shù)角度講，傳統(tǒng)橋梁工程項目設計一般都是word或Excel文檔形式進行計算工程總量，使得項目數(shù)據(jù)都是孤立的。BIM技術(shù)在數(shù)據(jù)集成處理方面有很大的突破，BIM的數(shù)據(jù)庫不僅能夠覆蓋橋梁施工全生命周期內(nèi)的所有數(shù)據(jù)，而且調(diào)取更加方便，實現(xiàn)任何參與單位都能進行數(shù)據(jù)共享。所以，橋梁工程項目設計階段，可以依靠BIM技術(shù)在信息處理方面的優(yōu)勢，建立材料與價格的銜接。這樣不僅能夠人提高橋梁工程項目計量的準確性，提高工程造價計算效率，減少人工成本消耗，并且一旦涉及項目設計方案變更，可以將工程量數(shù)據(jù)直接輸出，能夠準確地估算出該部分工程成本。

3.7 轉(zhuǎn)變統(tǒng)計工程量模式

在橋梁工程設計階段未使用BIM技術(shù)時，通過是借助CAD和工程造價軟件統(tǒng)計工程量，它們都是人工操作完成的，由于人工的失誤、不嚴謹?shù)纫蛩氐拇嬖冢瑢е陆y(tǒng)計出來的工程量不夠精準。但是BIM技術(shù)在橋梁工作設計階段的有效應用，為工作人員構(gòu)建出橋梁工程三維立體模型，工作人員可以在模型中讀取各橋梁構(gòu)建的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，通過分析這些信息準確地統(tǒng)計出工程量，系統(tǒng)會將統(tǒng)計好的數(shù)據(jù)以表格形式呈現(xiàn)出來。如果項目工程一些數(shù)據(jù)發(fā)生改變，設計人員能夠找到相對應的模型進行參數(shù)修改，BIM系統(tǒng)根據(jù)相關(guān)數(shù)量結(jié)合定額情況，自動遵循對應的規(guī)范處理數(shù)據(jù)信息，這部分的各種材料數(shù)據(jù)也會以表格形式表現(xiàn)處理，能夠更為準確計算出要調(diào)整的預算成本，提高工程成本控制能力。

3.8 加強橋梁工程設計管理

在橋梁工程設計階段應用BIM技術(shù)，實現(xiàn)全方位、全局掌控整個設計流程，能夠精準現(xiàn)象出項目工程涉及的所用信息。橋梁工程BIM模型具有很強的模擬功能，能夠模擬出整個項目工程中涉及的不同專業(yè)、不同工種，能夠?qū)⒛M出的信息進行詳細劃分歸類，讓工程管理者能夠更全面掌控工程。利用BIM技術(shù)還實現(xiàn)對工程整體施工進程進行科學分配，實現(xiàn)資源的最優(yōu)利用配置，能夠有效控制和管理項目工程信息與承包，實現(xiàn)橋梁工程設計方案優(yōu)化的目的。另外，工程設計人員在日常工作中，利用BIM技術(shù)的協(xié)同平臺整合各種資源，讓工程參建方和管理部門能夠技術(shù)獲取動態(tài)信息，及時制定相對應對策，提高項目工程的整體質(zhì)量。

3.9 實現(xiàn)橋梁工程的施工模擬

傳統(tǒng)的橋梁工程施工建設中，對于工程進度方面的管理控制手段比較落后，而將BIM技術(shù)應用到此階段，能夠?qū)崿F(xiàn)對施工進度可視化處理。在項目表格進度計劃進行編制過程中，實現(xiàn)與BIM技術(shù)模型的關(guān)聯(lián)，從而能夠?qū)κ┕みM度計劃中的原有二維數(shù)據(jù)進行有效轉(zhuǎn)化，并完成對三維進度模型的構(gòu)建，增強施工模擬的動態(tài)性和直觀性，對施工進度相關(guān)信息進行直觀呈現(xiàn)。另外，還能對BIM模型以imodel數(shù)據(jù)格式導出相應文件到iPad中，還有設計人員和施工人員借助iPad即可實現(xiàn)對施工進度的遠程查看和控制，加強對施工人員的有效控制，并增強資源分配的協(xié)調(diào)性，實現(xiàn)對橋梁工程設計施工成本的有效控制[3]。

4 結(jié)束語

由于橋梁工程是交通運輸?shù)闹匾M成部分，且具有施工投資大、工期長、技術(shù)性強、工程難度大等特點。為了提高橋梁工程的整體效益，要做好工程設計工作，設計人員在工程設計階段可以有效應用BIM技術(shù)，利用BIM技術(shù)的特點提高設計工作效率和質(zhì)量，保證設計出來的施工方案更加科學，為后續(xù)施工提供有力支持，提高橋梁工程整體質(zhì)量和安全，促進社會可持續(xù)發(fā)展。