試論橋梁設(shè)計(jì)中BIM技術(shù)的整合應(yīng)用

曹二星 劉瑞勛 安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司

1 前言

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，我國(guó)橋梁建設(shè)數(shù)量正在迅速增加，這也就對(duì)橋梁工程質(zhì)量提出了更高的要求。為適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的實(shí)際需要，加強(qiáng)橋梁工程建設(shè)是大勢(shì)所趨。因此，要積極實(shí)施橋梁工程項(xiàng)目，將最現(xiàn)代、最高效的BIM技術(shù)應(yīng)用于橋梁設(shè)計(jì)系統(tǒng)當(dāng)中。

為了促進(jìn)BIM技術(shù)與橋梁工程設(shè)計(jì)的緊密結(jié)合，有必要充分分析BIM技術(shù)與橋梁工程的特點(diǎn)，進(jìn)而使BIM技術(shù)更好地應(yīng)用于橋梁設(shè)計(jì)系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)提高橋梁設(shè)計(jì)水平的目的。

2 BIM技術(shù)應(yīng)用實(shí)例

雖然有大量的BIM軟件，但在實(shí)際應(yīng)用中，也需要根據(jù)不同的專業(yè)和項(xiàng)目選擇更合適的BIM軟件。在橋梁設(shè)計(jì)中，由于橋梁結(jié)構(gòu)等因素，Bentley的應(yīng)用比最常用的Revit更具適應(yīng)性。本文以阿穆?tīng)柡訕驗(yàn)槔?，?duì)BIM技術(shù)在橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行實(shí)例分析。

設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種標(biāo)準(zhǔn)化的3D建模方法，使團(tuán)隊(duì)成員能夠高效協(xié)作。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)對(duì)連續(xù)梁進(jìn)行精確建模，以確保所需的精度。利用開(kāi)放路徑的水平和垂直功能實(shí)現(xiàn)了底座的精確定位，并定制了60多種結(jié)構(gòu)類型。

參數(shù)化建模技術(shù)的實(shí)施將團(tuán)隊(duì)的工作效率提高了50倍。團(tuán)隊(duì)分析模擬樁基礎(chǔ)、主梁和其他結(jié)構(gòu)，優(yōu)化阻力，液壓平臺(tái)結(jié)構(gòu)的硬度和穩(wěn)定性。鋼結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)加固的精確建模減少了浪費(fèi)和再加工，從而節(jié)省了30t材料。在ProjectWise的基礎(chǔ)上，開(kāi)展測(cè)繪、場(chǎng)地、子層、橋梁等專業(yè)信息交流與協(xié)同設(shè)計(jì)，創(chuàng)建一個(gè)通用數(shù)據(jù)環(huán)境，允許參與者實(shí)時(shí)共享、查看和更新信息。

這種協(xié)作環(huán)境不僅提高了建模效率35%，而且加快了每個(gè)管理團(tuán)隊(duì)的決策速度。MicroStation創(chuàng)建項(xiàng)目5D進(jìn)度監(jiān)控、推送監(jiān)控、質(zhì)量檢查、成本管理和安全檢查的管理環(huán)境。實(shí)時(shí)審核和批準(zhǔn)功能允許團(tuán)隊(duì)更快地開(kāi)展后續(xù)工作。

3 BIM技術(shù)在橋梁設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)

BIM技術(shù)是一種應(yīng)用軟件技術(shù)，在整個(gè)工程建設(shè)過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。BIM技術(shù)應(yīng)用于橋梁設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)在于以下三點(diǎn)。

首先，BIM技術(shù)融入橋梁設(shè)計(jì)體系，能夠確保橋梁設(shè)計(jì)的完善和標(biāo)準(zhǔn)化；其次，BIM技術(shù)的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)橋梁工程設(shè)計(jì)的進(jìn)步和創(chuàng)新，具有很強(qiáng)的前瞻性；最后，BIM技術(shù)在橋梁工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，還可以使項(xiàng)目評(píng)審系統(tǒng)更加直觀，顯著提高工程造價(jià)的準(zhǔn)確性。

3.1 協(xié)同設(shè)計(jì)

由于參與到橋梁施工的人員眾多，一旦他們之間的溝通和合作受阻，將直接影響到施工進(jìn)度和施工質(zhì)量，甚至還會(huì)引發(fā)各種質(zhì)量和安全問(wèn)題。BIM技術(shù)能夠滿足工程設(shè)計(jì)要求，確保設(shè)計(jì)單位和施工單位都能直接參與工程，解決施工中可以提前處理的問(wèn)題，形成優(yōu)秀的設(shè)計(jì)方案。BIM模型的應(yīng)用還可以實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)，促進(jìn)橋梁工程質(zhì)量和效率的全面提高。

3.2 有助于將設(shè)計(jì)成果轉(zhuǎn)化為實(shí)體工程

在進(jìn)行橋梁工程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要對(duì)橋墩等構(gòu)件的整體部分進(jìn)行充分的考慮，這些部件不僅種類繁多，而且結(jié)構(gòu)也十分復(fù)雜，這就使施工難度得到了進(jìn)一步增加。通過(guò)創(chuàng)建三維模型，可以直接展現(xiàn)出橋墩構(gòu)件的具體情況，以滿足預(yù)判斷處理的要求。

此外，通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行及時(shí)的優(yōu)化處理和基于三維技術(shù)進(jìn)行的技術(shù)交底活動(dòng)，能夠使施工人員真正理解到橋梁工程師設(shè)計(jì)的意圖，并最終將其完整轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的成品。

“這就是我們的撲克游戲，你們可以在本學(xué)期隨意使用?！笔⒌├蠋熣f(shuō)完，查理就成了第一個(gè)使用撲克牌的人。他掏出一張“可以隨時(shí)隨地放聲歌唱牌”，開(kāi)始正大光明地唱起歌來(lái)。唱完后，盛旦老師走過(guò)來(lái)把查理這張撲克牌收走了。查理后來(lái)還用了可以睡懶覺(jué)牌、遲到牌等，很快他手上的牌都快用光了。

4 橋梁工程的特點(diǎn)

4.1 具有復(fù)雜多變的施工環(huán)境

通過(guò)對(duì)橋梁施工實(shí)際情況的分析可知，橋梁施工環(huán)境相對(duì)較差，復(fù)雜的施工環(huán)境將對(duì)橋梁的設(shè)計(jì)和施工構(gòu)成嚴(yán)重威脅。這就大大增加了項(xiàng)目建設(shè)難度，并且目前從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，提出科學(xué)合理的橋梁施工質(zhì)量監(jiān)控體系是十分必要的，同時(shí)也要及時(shí)對(duì)工程施工環(huán)境進(jìn)行考慮，進(jìn)而使我國(guó)橋梁的施工水平得到有效的提高。

4.2 具有大量預(yù)制構(gòu)件

橋梁施工中所需的預(yù)制構(gòu)件數(shù)量非常大，這就給施工工作帶來(lái)了極大的困難。例如，在施工過(guò)程中，需要選擇先進(jìn)、現(xiàn)代化的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行施工，將預(yù)制構(gòu)件及時(shí)送到堆場(chǎng)以方便施工，這些部件需要施工吊裝設(shè)備進(jìn)行安裝，這使得橋梁施工的難度大大增加。

4.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為復(fù)雜

橋梁工程結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，設(shè)計(jì)難度系數(shù)較高，如采用傳統(tǒng)方法無(wú)法有效解決結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題，為了提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量，設(shè)計(jì)人員應(yīng)考慮橋梁工程的施工環(huán)境，加強(qiáng)預(yù)制構(gòu)件的質(zhì)量控制，采用科學(xué)合理的方法，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案的高效、準(zhǔn)確檢測(cè)。

5 橋梁設(shè)計(jì)中BIM技術(shù)的整合應(yīng)用

目前，BIM技術(shù)在橋梁工程系統(tǒng)中的主要應(yīng)用點(diǎn)在設(shè)計(jì)階段，從橋梁工程項(xiàng)目建設(shè)角度來(lái)看，BIM技術(shù)可以讓多人及時(shí)組成相應(yīng)的團(tuán)隊(duì)參與項(xiàng)目建設(shè)當(dāng)中，并借助同一平臺(tái)實(shí)現(xiàn)信息的實(shí)時(shí)共享，容易及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問(wèn)題，并提出具有科學(xué)性的糾正處理措施。

總體而言，橋梁工程設(shè)計(jì)階段BIM技術(shù)的設(shè)計(jì)過(guò)程主要有以下幾個(gè)方面：首先，對(duì)橋梁工程進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，隨著時(shí)間的推移以及建設(shè)技術(shù)的發(fā)展，其最大的革新在于要將傳統(tǒng)的二維圖紙轉(zhuǎn)變?yōu)槿SBIM模型，并且要求各方在項(xiàng)目實(shí)施前提交合理的項(xiàng)目建議，確保設(shè)計(jì)工作能夠覆蓋橋梁的生命周期，進(jìn)而使項(xiàng)目的成本控制得到加強(qiáng)，降低了工程設(shè)計(jì)的風(fēng)險(xiǎn)。其次，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)必須意識(shí)到在設(shè)計(jì)階段應(yīng)用BIM技術(shù)的重要性。

5.1 建立模型時(shí)要保證具有科學(xué)性

橋梁工程在使用BIM技術(shù)進(jìn)行建模的過(guò)程中要注意科學(xué)性保障，對(duì)建模流程進(jìn)行細(xì)化分解，這樣才能保證BIM技術(shù)的作用能夠有效發(fā)揮。

首先，要?jiǎng)?chuàng)建族庫(kù)。增強(qiáng)族的主體是使用公制結(jié)構(gòu)柱的族模型創(chuàng)建的，創(chuàng)建它的困難在于加強(qiáng)對(duì)高度參數(shù)的科學(xué)控制。根據(jù)項(xiàng)目文件，墩身的實(shí)際高度應(yīng)為低于參考標(biāo)高的高度與高于參考標(biāo)高的高度之差。加強(qiáng)對(duì)大多數(shù)高度的科學(xué)控制。其中大部分需要按照相應(yīng)的順序鎖定在兩個(gè)立面之間，可以在不同的視圖中進(jìn)行更改和調(diào)整。

其次，創(chuàng)建全局模型的每個(gè)構(gòu)件族后，可以使用已完成的發(fā)布庫(kù)在Revit structure中構(gòu)建結(jié)構(gòu)項(xiàng)目文件，及時(shí)上載項(xiàng)目文件中的現(xiàn)有族庫(kù)，并科學(xué)地調(diào)整構(gòu)件位置，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)橋梁的信息模型的獲取。

5.2 實(shí)現(xiàn)二維圖紙的自動(dòng)導(dǎo)出

使用BIM技術(shù)設(shè)計(jì)橋梁工程時(shí)，使用連接到mutodesk Re?vit的軟件。在構(gòu)建三維模型后，可以在平面、立面或剖面上自動(dòng)生成三維模型。這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用還可以準(zhǔn)確、快速地生成詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以滿足橋梁工程設(shè)計(jì)中對(duì)多變復(fù)雜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需求，并及時(shí)生成二維圖紙。該技術(shù)的應(yīng)用還可以生成可以使用的詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使圖形和模型中的實(shí)際位置得到充分的展示。

5.3 實(shí)現(xiàn)對(duì)工程量的自動(dòng)統(tǒng)計(jì)

隨著時(shí)代的變遷在橋梁工程設(shè)計(jì)的發(fā)展中，應(yīng)重視對(duì)BIM技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用。可以借助BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁建設(shè)中的相關(guān)數(shù)據(jù)和信息的科學(xué)化存儲(chǔ)。這些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在模型數(shù)據(jù)庫(kù)中，可以作為計(jì)算橋梁工程量的依據(jù)，進(jìn)而使人為因素造成的誤差得到有效降低。

同時(shí)，在工程量發(fā)生設(shè)計(jì)變更的情況下，能夠產(chǎn)生真實(shí)、高效、準(zhǔn)確的工程數(shù)據(jù)輸出，進(jìn)而對(duì)項(xiàng)目的建設(shè)成本進(jìn)行具有科學(xué)性的估算，最終實(shí)現(xiàn)橋梁工程施工方案的科學(xué)化設(shè)計(jì)。

5.4 實(shí)施協(xié)同化設(shè)計(jì)

協(xié)同設(shè)計(jì)是BIM技術(shù)在橋梁設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的重要應(yīng)用，協(xié)同設(shè)計(jì)也是實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)的重要途徑。它主要利用BIM技術(shù)大大增強(qiáng)了橋梁設(shè)計(jì)師之間的溝通，進(jìn)而使設(shè)計(jì)沖突發(fā)生的可能性進(jìn)行有效地降低，從而提高項(xiàng)目建設(shè)全生命周期的質(zhì)量和效率。

借助云BIM協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)集中管理多個(gè)參與方。借助于BIM計(jì)算機(jī)模型，可避免重復(fù)建模問(wèn)題的發(fā)生，進(jìn)而使設(shè)計(jì)質(zhì)量和設(shè)計(jì)效率得到顯著的提高。因?yàn)闃蛄航Y(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，使得橋梁設(shè)計(jì)的難度系數(shù)較高。只有通過(guò)合理的協(xié)同設(shè)計(jì)，才能使橋梁工程設(shè)計(jì)的規(guī)范性和合理性得到滿足。

5.5 方便對(duì)橋梁設(shè)計(jì)進(jìn)行修改

在整個(gè)設(shè)計(jì)階段，BIM技術(shù)的使用實(shí)際上是將橋梁工程集成到三維信息模型中。設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)過(guò)程中將使用共享的三維模式進(jìn)行處理。

通過(guò)合理使用三維模型，可以充分了解其他橋梁設(shè)計(jì)師的動(dòng)態(tài)，并對(duì)沖突做出相應(yīng)的調(diào)整，改變?cè)O(shè)計(jì)后也可以追溯到相應(yīng)的人，原始的口頭溝通可以直接轉(zhuǎn)化為軟件系統(tǒng)的識(shí)別，為了充分提高橋梁設(shè)計(jì)的效率，有效保證信息的完整性和準(zhǔn)確性，采用BIM技術(shù)后，為橋梁設(shè)計(jì)提供了方便。

基于不改變?cè)薪Y(jié)構(gòu)體系的原則，只需修改局部三維模型即可。在等待修改后，工程圖紙也可以自動(dòng)更新，以便對(duì)當(dāng)?shù)匾?guī)范進(jìn)行調(diào)整和修改，最終提高修改后的施工效率。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，工程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)對(duì)促進(jìn)橋梁工程項(xiàng)目的高效施工有著極為重要的意義和作用。因此，要求必須要將具有現(xiàn)代化、基于信息建設(shè)的BIM技術(shù)滲透到橋梁設(shè)計(jì)系統(tǒng)中。

BIM信息技術(shù)模型用于集成和參數(shù)化各種復(fù)雜的橋梁部件，并在三維顯示平臺(tái)的基礎(chǔ)上進(jìn)行相關(guān)梁設(shè)計(jì)，從而生成橋梁的BIM信息技術(shù)模型，確保橋梁設(shè)計(jì)階段的信息溝通，實(shí)時(shí)溝通與共享，最終實(shí)現(xiàn)促進(jìn)橋梁設(shè)計(jì)與施工行業(yè)的高速發(fā)展。