BIM在橋梁工程中的應(yīng)用研究現(xiàn)狀及展望

李偉 高騰飛 劉立亮

摘要：BIM即建筑信息模型，在房建、交通、水利等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。公路工程通過BIM模型構(gòu)建，可實(shí)現(xiàn)勘察設(shè)計(jì)、施工建造到運(yùn)維管養(yǎng)的工程信息流轉(zhuǎn)與應(yīng)用，為交通領(lǐng)域全生命周期的工作要求提供了技術(shù)支撐。本文對BIM在橋梁工程中的應(yīng)用研究現(xiàn)狀及展望進(jìn)行分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：BIM;橋梁工程;應(yīng)用展望

引言

BIM作為建設(shè)行業(yè)信息化重要支撐，在建筑行業(yè)運(yùn)用已較普遍，而在交通行業(yè)正處于探索階段。斜拉橋作為高次超靜定結(jié)構(gòu)，操作過程復(fù)雜，影響參數(shù)眾多，對線形、內(nèi)力、位移等控制要求也極其嚴(yán)格。通過對施工現(xiàn)場數(shù)據(jù)的動態(tài)采集、分析及反饋，為施工提供更準(zhǔn)確、更精細(xì)的數(shù)據(jù)支持，為同類型橋梁施工的監(jiān)測與控制提供一定的借鑒。

1橋梁工程設(shè)計(jì)與施工特征

1.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜

隨著橋梁工程在建筑領(lǐng)域整體的占比越來越重，建筑企業(yè)愈發(fā)重視橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。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，確保橋梁結(jié)構(gòu)各處連接點(diǎn)的穩(wěn)定性。國內(nèi)現(xiàn)有的力學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相對復(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)問題也不可能及時(shí)解決。

1.2施工現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜

由于橋梁的作用非常關(guān)鍵，應(yīng)用范圍相對廣泛。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。

2施工監(jiān)控BIM應(yīng)用

2.1施工監(jiān)測內(nèi)容

橋施工過程復(fù)雜，為了防止不利受力情況出現(xiàn)，準(zhǔn)確的主塔節(jié)段定位、合理的索力和合理的主塔主梁合龍工藝非常重要，需要采取嚴(yán)格措施，如控制主塔節(jié)段定位坐標(biāo)、主塔混凝土澆筑時(shí)間、主梁混凝土澆筑方量誤差、預(yù)應(yīng)力鋼束張拉、施工荷載的堆放、控制施工步驟和工況、施工工藝以及增加高程測量和索力測量次數(shù)，并限制其主塔兩側(cè)不對稱性等。本橋施工主要監(jiān)測內(nèi)容有主橋監(jiān)測、定位側(cè)移沉降監(jiān)測、鋼錨箱的應(yīng)變—應(yīng)力測量、斜拉索索力測試、現(xiàn)場混凝土試驗(yàn)等幾大方面。主橋監(jiān)測主要內(nèi)容有：1）鋼混組合交叉曲線拱主塔監(jiān)測。主要有主塔鋼節(jié)段施工定位控制監(jiān)測、主塔塔頂側(cè)移的工況監(jiān)測、索塔鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力—應(yīng)變監(jiān)測、測點(diǎn)的溫度測量、氣溫記錄等。2）預(yù)應(yīng)力混凝土主梁監(jiān)測。主要有主梁全線標(biāo)高的測量、主梁關(guān)鍵截面應(yīng)力—應(yīng)變的監(jiān)測、主梁斜拉索錨管空間空位控制、橫梁監(jiān)測等。3）鋼絞線斜拉索監(jiān)測。主要對斜拉索索力進(jìn)行監(jiān)測。4）主橋基礎(chǔ)監(jiān)測。主要是對沉降和變形開展監(jiān)測。5）混凝土材料性能監(jiān)測。在橋梁施工過程中，對主塔C40與主梁C50的實(shí)際抗壓強(qiáng)度、抗壓彈性模量及主梁C50的抗彎彈性模量等進(jìn)行混凝土材料試驗(yàn)。6）預(yù)應(yīng)力鋼束損失參數(shù)的驗(yàn)證。通過實(shí)際有效永存應(yīng)力現(xiàn)場試驗(yàn)，驗(yàn)證設(shè)計(jì)參數(shù)正確性。7）混凝土裂縫檢查。每個節(jié)段施工完成后對主橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行關(guān)鍵重點(diǎn)部位的裂縫普查，對出現(xiàn)的裂縫進(jìn)行長期監(jiān)測，防止和避免裂縫出現(xiàn)引起意外問題。

2.2施工模擬

工程施工模擬主要是可視化模擬及有限元模擬兩方面。通過BIM呈現(xiàn)動態(tài)可視化模擬，分析工序及資源配置等可行性，處理模擬中出現(xiàn)的問題，提前排除危險(xiǎn)，優(yōu)化方案。同時(shí)，BIM模型是一個數(shù)據(jù)集成體，通過相關(guān)插件轉(zhuǎn)化成有限元模型，進(jìn)行施工監(jiān)測分析，減少重復(fù)勞動。

2.3數(shù)據(jù)可視化分析及反饋

在BIM模型中將施工現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)及有限元模擬的理論數(shù)據(jù)以應(yīng)力、變形“云圖”的樣式呈現(xiàn)，達(dá)到監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)可視化分析及評價(jià)。結(jié)合環(huán)境等因素，偏差對比分析，自動糾偏，取得關(guān)鍵指標(biāo)，再下達(dá)后續(xù)指令，達(dá)成全過程監(jiān)控;若應(yīng)力變形超過誤差界限，則自動預(yù)警，暫停動工，調(diào)整方案。

3BIM在橋梁工程中的應(yīng)用

3.1二維施工圖紙創(chuàng)建

橋梁在設(shè)計(jì)過程中的計(jì)算較為復(fù)雜，對構(gòu)件的細(xì)部尺寸修改也較為頻繁，且現(xiàn)階段對于復(fù)雜構(gòu)件也缺少專門的繪圖軟件。傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)

時(shí)每一個視圖都需要手動繪制，相類似的剖面也需要復(fù)制已有的二維圖進(jìn)行修改，造成工作量大、重復(fù)和效率低下。設(shè)計(jì)過程中，通過復(fù)雜構(gòu)件的BIM模型，可直接生成三維視圖、立面圖、平面圖和多個剖視圖等，并輔以標(biāo)注和附注添加等工作，完成相應(yīng)的施工圖圖紙創(chuàng)建，這種圖紙創(chuàng)建方式主要有以下優(yōu)點(diǎn)：①可保證出圖的準(zhǔn)確性和質(zhì)量。通過三維模型三維投影出圖，減少了傳統(tǒng)的人工出圖可能出現(xiàn)的缺漏錯現(xiàn)象，另外還可考慮到箱梁縱坡等因素，相比傳統(tǒng)的二維圖更準(zhǔn)確;②可提高出圖效率。通過BIM技術(shù)生成的工程圖是與三維模型相關(guān)聯(lián)的，只要三維模型發(fā)生變更，相應(yīng)部位的所有工程圖都隨之改變，可大大降低工作量，提高設(shè)計(jì)效率，節(jié)約設(shè)計(jì)成本;③出圖更靈活。通過對BIM模型進(jìn)行任意角度剖切，并輔以標(biāo)注和附注添加等，可生成各種圖紙，滿足業(yè)主和施工單位多種出圖要求。

3.2工序優(yōu)化

BIM技術(shù)能夠更全面地展現(xiàn)橋梁工程的整體施工流程，讓技術(shù)人員與施工人員均可充分理解設(shè)計(jì)方案，集思廣益，共同探討設(shè)計(jì)方案的可行性。在此期間，如果發(fā)現(xiàn)任何問題，均可在數(shù)字化建筑模型上直接進(jìn)行修改，然后進(jìn)行二次模擬，直到設(shè)計(jì)方案符合所有建筑要求。

3.3管理優(yōu)化

不論是橋梁工程還是其他交通運(yùn)輸工程，始終存在生產(chǎn)安全問題，為了有效解決此類問題，技術(shù)人員可運(yùn)用BIM模擬施工，充分發(fā)揮其積極效用。具體而言，技術(shù)人員可利用BIM技術(shù)對施工管理的方式進(jìn)行針對性的調(diào)整，從而達(dá)到解決問題的目的。

4思考與展望

（1）部分施工管理平臺的BIM模型封裝性、合法性存在隱患。目前市場上有很多用于施工管理的BIM平臺，有些平臺讀取模型的時(shí)候，通過其他軟件作為中間軟件進(jìn)行處理，會造成進(jìn)入平臺的模型不具備封裝性，在施工階段使用時(shí)會帶來隱患，該文提供的數(shù)據(jù)接口開發(fā)技術(shù)可保證模型具有足夠的封裝性，建議平臺研發(fā)過程中，直接使用由設(shè)計(jì)單位提供具有封裝性的模型，并由設(shè)計(jì)單位對模型的正確與否負(fù)責(zé)。（2）一套模型難以在多個階段通用。目前，不同階段的BIM應(yīng)用時(shí)，由于需求不同，往往會存在多套模型。建議設(shè)計(jì)單位建模的時(shí)候，充分考慮后續(xù)階段各單位的使用需求，另外BIM軟件商加強(qiáng)對BIM軟件平臺中模型和信息的合并、分割和調(diào)整等功能的研發(fā)。（3）BIM技術(shù)的成果提交尚不明確。BIM技術(shù)在橋梁全生命周期的應(yīng)用過程中，需要在不同的階段不斷附加信息，往往會存在設(shè)計(jì)階段模型、施工管理平臺、運(yùn)維管理平臺、交竣工模型等多個交付成果，如何明確這些成果之間的數(shù)據(jù)流程、相互關(guān)系和法律地位，為建設(shè)方提供簡單明了、詳盡清晰的BIM成果，應(yīng)該是今后重要的研究內(nèi)容。

結(jié)束語

綜上所述，在建筑領(lǐng)域的發(fā)展過程中，橋梁工程由于其自身的特殊性質(zhì)，占據(jù)了重要的地位，因此，建筑施工企業(yè)均應(yīng)給予高度重視。不論是施工管理、施工進(jìn)度、施工設(shè)計(jì)還是其他具體環(huán)節(jié)，利用BIM技術(shù)可以有效提高施工質(zhì)量與施工效率。

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