基于BIM技術(shù)的市政道路橋梁設(shè)計(jì)探究

葉剛

撫順市公路勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司 遼寧撫順 113000

近年來(lái)，我國(guó)市政道路橋梁迅猛發(fā)展，在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要融合BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)三維建模的科學(xué)化，整合BIM技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)道路橋梁設(shè)計(jì)的實(shí)用性與科學(xué)性。工程信息模型（BIM）在國(guó)內(nèi)外建筑業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用，具體表現(xiàn)在工程規(guī)劃、測(cè)量和施工、施工和監(jiān)測(cè)、運(yùn)行和維護(hù)等工程全過(guò)程的運(yùn)用，大大提升了整個(gè)工程行業(yè)的工作效率和質(zhì)量。在我國(guó)市政道路橋梁勘察設(shè)計(jì)行業(yè)中，對(duì)BIM的研究與應(yīng)用尚處于起步階段。BIM是基于數(shù)據(jù)互操作的，在不同的技術(shù)任務(wù)下，如何實(shí)現(xiàn)市政道路橋梁三維模型的標(biāo)準(zhǔn)化和信息交換，并最終實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)與市政道路橋梁勘察設(shè)計(jì)的協(xié)同配合，是市政道路橋梁勘察設(shè)計(jì)領(lǐng)域的核心技術(shù)問(wèn)題。

1 BIM技術(shù)概述

BIM技術(shù)被稱作建筑信息模型，屬于信息化技術(shù)、建模技術(shù)和三維技術(shù)的融合。在具體的應(yīng)用過(guò)程中利用技術(shù)集成特性建立BIM技術(shù)應(yīng)用模型，從而實(shí)現(xiàn)了工程設(shè)計(jì)的可視化處理。BIM技術(shù)具有可視化特點(diǎn)，其在具體應(yīng)用的過(guò)程中，可以建立三維立體工程模型，而與傳統(tǒng)的二維平面模型設(shè)計(jì)相比，三維模型技術(shù)建立能夠?qū)崿F(xiàn)工程設(shè)計(jì)的全面覆蓋，保證工程設(shè)計(jì)的可視化。另外，BIM技術(shù)應(yīng)用還具有全面性特點(diǎn)，其不僅應(yīng)用到工程施工的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，還應(yīng)用在工程施工管理環(huán)節(jié)、施工質(zhì)量檢測(cè)環(huán)節(jié)、工程施工進(jìn)度管理環(huán)節(jié)等，全面提升了工程施工管理效率。

2 橋梁工程設(shè)計(jì)特點(diǎn)

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜

市政道路橋梁工程建設(shè)數(shù)量不斷增多，給企業(yè)造成了一定壓力，需要企業(yè)加大對(duì)市政道路橋梁設(shè)計(jì)的科學(xué)分析。在進(jìn)行橋梁工程設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要利用力學(xué)知識(shí)，確保橋梁結(jié)構(gòu)各處連接點(diǎn)的穩(wěn)定性。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的力學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相對(duì)復(fù)雜，通常情況下，傳統(tǒng)的力學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，即便發(fā)現(xiàn)問(wèn)題也不可能及時(shí)解決。

2.2 預(yù)制構(gòu)件數(shù)量較多

在市政道路橋梁設(shè)計(jì)中，需加大對(duì)裝配式結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，滿足市政道路橋梁工程的科學(xué)發(fā)展。為了便于施工現(xiàn)場(chǎng)的安裝作業(yè)，部分預(yù)制構(gòu)件必須在原廠中完成生產(chǎn)。因此，如果在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，發(fā)現(xiàn)構(gòu)件尺寸不合格，生產(chǎn)廠家需要重新制作預(yù)制構(gòu)件，如此一來(lái)，不僅影響施工進(jìn)度，同時(shí)也增加了成本，影響到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益[1]。

2.3 施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜

市政道路橋梁用途非常廣泛，施工規(guī)模也在擴(kuò)大。不同的橋梁工程面臨不同的施工環(huán)境，故而不可完全借鑒之前的設(shè)計(jì)與施工設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。在正式施工之前，技術(shù)人員要結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，進(jìn)行科學(xué)的建設(shè)規(guī)劃，以提升橋梁工程的施工效率與建設(shè)質(zhì)量。

3 基于BIM技術(shù)的市政道路橋梁設(shè)計(jì)措施

3.1 建模分析

在市政道路橋梁設(shè)計(jì)階段加大BIM技術(shù)應(yīng)用，從設(shè)計(jì)初期進(jìn)行介入，利用相應(yīng)的勘察數(shù)據(jù)構(gòu)建三維模型，進(jìn)一步為市政道路橋梁設(shè)計(jì)、市政道路橋梁選線等提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)資料支持。借助BIM技術(shù)的三維模型建模實(shí)現(xiàn)可視化，強(qiáng)化市政道路橋梁建設(shè)中各方主體之間的互動(dòng)與交流，從而在滿足建設(shè)要求的基礎(chǔ)下實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)工作效率的全面提升。當(dāng)前，我國(guó)市政道路橋梁勘察設(shè)計(jì)中BIM技術(shù)的應(yīng)用尚在探索階段，所以無(wú)法直接完成全部用途的市政道路橋梁三維模型，在實(shí)際工作中仍然需要通過(guò)分級(jí)建模來(lái)實(shí)現(xiàn)三維模型建模，才能完成設(shè)計(jì)目標(biāo)[2]。

3.2 協(xié)同設(shè)計(jì)

協(xié)同設(shè)計(jì)能夠展現(xiàn)市政道路橋梁設(shè)計(jì)的實(shí)用性，發(fā)揮道路橋梁的應(yīng)用價(jià)值。①模型坐標(biāo)單位。DEM提出了道路設(shè)計(jì)的三維模型和交通輔助設(shè)備的三維模型，用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的飛機(jī)坐標(biāo)系和高度坐標(biāo)系，既符合我國(guó)市政道路橋梁現(xiàn)有的設(shè)計(jì)習(xí)慣，又能滿足我國(guó)道路發(fā)展的需要，便于模型的碰撞檢測(cè)與分析和后續(xù)工程的設(shè)計(jì)與運(yùn)行[3]。②現(xiàn)有市政道路橋梁一級(jí)模型的精確度。針對(duì)市政道路橋梁改擴(kuò)建工程計(jì)量要求的精確度和我國(guó)市政道路橋梁工程建設(shè)與養(yǎng)護(hù)管理的要求，提出了符合設(shè)計(jì)圖紙的精度要求，即高精度。就現(xiàn)階段來(lái)說(shuō)，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度市政道路橋梁測(cè)量施工的只有三維激光技術(shù)，其在我國(guó)市政道路橋梁改建中有著重要作用。③直觀管理模型。相較于CAD圖形，BIM模型的屬性信息和幾何信息更加豐富，如果使用Bentley和Revit軟件對(duì)BIM應(yīng)用進(jìn)行開(kāi)發(fā)，應(yīng)該將包含屬性和幾何信息的對(duì)象信息打包成相應(yīng)的文件。BIM基于層次結(jié)構(gòu)LOD模型，針對(duì)工程信息不同任務(wù)的需求，提出了一種方便、高效、豐富的三維工程信息可視化方法。④專業(yè)BIM協(xié)同設(shè)計(jì)。當(dāng)軟硬件水平相同時(shí)，BIM的應(yīng)用效果受到用戶使用BIM技術(shù)的能力限制[4]。

3.3 碰撞試驗(yàn)

市政道路橋梁結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，如果施工中出現(xiàn)了碰撞問(wèn)題，將會(huì)影響到工程質(zhì)量，也容易造成施工安全和效率的下降。應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行碰撞檢測(cè)試驗(yàn)，進(jìn)行工程施工分析，保證工程施工管理更加有效。在實(shí)際工程施工管理過(guò)程中，利用Bentley Interference Manager碰撞檢測(cè)模塊可以完成橋梁施工過(guò)程中的合理碰撞檢測(cè)，保證橋梁工程施工更有效率，最大程度上提升橋梁施工質(zhì)量。在實(shí)際的BIM技術(shù)碰撞試驗(yàn)分析過(guò)程中，主要利用BIM技術(shù)模型檢測(cè)→建立碰撞模型任務(wù)→合理設(shè)定碰撞檢測(cè)→計(jì)算碰撞檢測(cè)結(jié)構(gòu)等流程，保證碰撞檢測(cè)應(yīng)用更有效率，最大程度上提升橋梁施工效果，保證橋梁施工技術(shù)應(yīng)用更有效果。

3.4 設(shè)計(jì)分析

BIM技術(shù)在市政道路橋梁設(shè)計(jì)中展現(xiàn)了良好的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)對(duì)工程量、可視化技術(shù)交底以及節(jié)點(diǎn)分析滿足市政道路橋梁的設(shè)計(jì)要求。①統(tǒng)計(jì)工程量。根據(jù)對(duì)BIM模型的分析計(jì)算，可以計(jì)算出項(xiàng)目不同節(jié)點(diǎn)施工中所需要的各項(xiàng)材料用量，包括混凝土、鋼材等，在本項(xiàng)目中采用Revit模型直接提取項(xiàng)目混凝土工程量信息，與按照項(xiàng)目設(shè)計(jì)圖紙計(jì)算的結(jié)果一致，誤差可以忽略不計(jì)。在鋼結(jié)構(gòu)施工部分，通過(guò)對(duì)BIM模型進(jìn)行分解，可以直接提取鋼構(gòu)件三維模型，作業(yè)人員可以獲取具體的構(gòu)件尺寸、形態(tài)等信息。②可視化技術(shù)交底。在項(xiàng)目施工過(guò)程中，技術(shù)交底工作極為關(guān)鍵，直接關(guān)系到項(xiàng)目施工質(zhì)量，傳統(tǒng)口頭或者書面技術(shù)交底的形式直觀性較差，施工作業(yè)人員往往難以把握施工內(nèi)容的重難點(diǎn)，而利用BIM技術(shù)可視化的功能，可以模擬施工方案，技術(shù)人員組織施工作業(yè)人員開(kāi)展可視化技術(shù)交底，進(jìn)而使施工作業(yè)人員更好地了解掌握施工藝以及施工流程。③節(jié)點(diǎn)分析。對(duì)項(xiàng)目施工圖紙進(jìn)行研究分析，明確其中的關(guān)鍵性施工節(jié)點(diǎn)或者施工復(fù)雜度、難度較高的節(jié)點(diǎn)，通過(guò)搭建BIM模型進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，對(duì)該節(jié)點(diǎn)進(jìn)行三模分析及模擬，比如復(fù)雜度較高的鋼筋節(jié)點(diǎn)，建立BIM模型后可以模擬找出鋼筋碰撞點(diǎn)，進(jìn)而優(yōu)化鋼筋布置；也可以利用BIM模型模擬模板受力狀態(tài)，進(jìn)而優(yōu)化模板施工方案，確保施工安全[5]。

3.5 橋梁結(jié)構(gòu)拼裝

市政道路橋梁施工中存在著橋梁拼接任務(wù)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要考慮到施工場(chǎng)地的具體情況。由于，項(xiàng)目場(chǎng)地主要為狹長(zhǎng)場(chǎng)地，因此，在建模時(shí)采用大地坐標(biāo)體系構(gòu)建橋梁曲線線性，在施工過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)整坐標(biāo)、高程等內(nèi)容。同時(shí)，在橋梁拼裝過(guò)程中需要結(jié)合GIS技術(shù)，橋梁模型節(jié)點(diǎn)主要由坐標(biāo)信息控制。由于模型搭建時(shí)需要控制縱、橫坡結(jié)構(gòu)線型變化，為了提高工作效率使用Dynamo模塊完成該項(xiàng)工作，通過(guò)利用參數(shù)變化滿足空間曲線要求，從而完成橋梁模型的拼接工作。Dynamo模塊在模型構(gòu)建過(guò)程中的方法較為繁瑣，同時(shí)也有可能產(chǎn)生人為原因造成的錯(cuò)誤。因此，在建模過(guò)程中結(jié)合Pvthon模塊，兩個(gè)模塊相結(jié)合從而實(shí)現(xiàn)橋梁模型的快速拼接。

3.6 方案模擬及二維碼應(yīng)用

利用BIM技術(shù)做好市政道路橋梁的模型構(gòu)建，采用剖切、測(cè)量等操作實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)的樣品制作，落實(shí)三維技術(shù)交底。應(yīng)用BIM技術(shù)對(duì)模板腳手架方案進(jìn)行三維布置模擬，通過(guò)對(duì)模板腳手架方案進(jìn)行模擬，及時(shí)發(fā)現(xiàn)不足，通過(guò)BIM軟件進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，并進(jìn)行安全計(jì)算，通過(guò)智能排布，結(jié)合手動(dòng)調(diào)整，使模板得到最大化的利用，大大提高模板的利用率，最后導(dǎo)出相應(yīng)方案所需的鋼管構(gòu)件材料及模板的材料清單，助力項(xiàng)目材料的精細(xì)化管理?；贐IM模型，結(jié)合施工技術(shù)要點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)情況，編制弧形墻體砌筑專項(xiàng)施工方案。運(yùn)用navisworks制作砌筑動(dòng)畫，從三維角度論證方案可行性。同時(shí)，將砌筑動(dòng)畫上傳到協(xié)同平臺(tái)，關(guān)聯(lián)模型構(gòu)件集，結(jié)合二維碼功能，生成二維碼并打印粘貼到構(gòu)件上，施工人員通過(guò)移動(dòng)端掃描二維碼，能夠直接查看吊裝動(dòng)畫，極大地提高了砌筑工程的質(zhì)量及效率。

3.7 勘察設(shè)計(jì)

在勘察設(shè)計(jì)中，利用BIM技術(shù)發(fā)揮工程的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，在三維模型構(gòu)建過(guò)程中適當(dāng)增加市政道路橋梁的屬性信息，如市政道路橋梁的路面鋪裝施工工藝、路面施工材料等，這可以幫助市政道路橋梁建設(shè)項(xiàng)目中各方主體通過(guò)三維模型獲取到更多的信息，更進(jìn)一步完善市政道路橋梁的勘察設(shè)計(jì)，為后續(xù)的設(shè)計(jì)與施工提供有力的支持。此外，針對(duì)當(dāng)前BIM技術(shù)在市政道路橋梁勘察設(shè)計(jì)中的應(yīng)用現(xiàn)狀，要注重BIM技術(shù)應(yīng)用質(zhì)量的提升，具體而言：首先，注重BIM技術(shù)協(xié)同平臺(tái)的建設(shè)。要想實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)的優(yōu)化與完善，必須通過(guò)基于數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)建設(shè)協(xié)同平臺(tái)，為BIM技術(shù)在不同專業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用提供支持；其次，以實(shí)際情況為出發(fā)點(diǎn)，制定科學(xué)合理的BIM技術(shù)發(fā)展規(guī)劃。BIM技術(shù)實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中通過(guò)結(jié)合市政道路橋梁勘察設(shè)計(jì)的實(shí)際需求與情況制定長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃，不僅可以提升工作質(zhì)量，而且能加快BIM技術(shù)在項(xiàng)目中的集成應(yīng)用；最后，要注重BIM專業(yè)人才與團(tuán)隊(duì)的培養(yǎng)。在實(shí)踐工作中一方面要注重通過(guò)實(shí)踐工作來(lái)培養(yǎng)專業(yè)人員的專業(yè)素養(yǎng)與專業(yè)能力；另一方面要通過(guò)高密度、高水平的BIM技術(shù)的專項(xiàng)培訓(xùn)工作幫助專業(yè)人員在不斷地學(xué)習(xí)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)自身能力提升的同時(shí)推動(dòng)BIM技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，從而提升市政道路橋梁勘察設(shè)計(jì)質(zhì)量。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，BIM技術(shù)在市政道路橋梁設(shè)計(jì)中有重要價(jià)值，通過(guò)對(duì)BIM技術(shù)的研究與探討發(fā)現(xiàn)，BIM技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)的技術(shù)不僅可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的可視化管理，而且為各專業(yè)的設(shè)計(jì)人員提供了更加準(zhǔn)確、全面、直觀的信息數(shù)據(jù)支持，切實(shí)強(qiáng)化了各專業(yè)設(shè)計(jì)人員的交流與互動(dòng)，從而真正提升了市政道路橋梁勘察設(shè)計(jì)質(zhì)量。未來(lái)，相關(guān)工程人員應(yīng)深入研究、持續(xù)探索，深化BIM技術(shù)在市政道路橋梁勘察設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，為促進(jìn)市政道路橋梁工程行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展提供技術(shù)支持。