對基于BIM的虛擬施工設(shè)備技術(shù)在鋼連橋工程中的運(yùn)用分析

趙家豪 李興 王森林 王天一 張 瑞

大連海事大學(xué)

1 前言

在鋼連橋工程中，應(yīng)用BIM虛擬施工技術(shù)，能夠面對復(fù)雜的施工環(huán)境，并充分利用技術(shù)，對施工環(huán)節(jié)進(jìn)行模擬和演示，這樣就能夠有效地避免施工中出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)，降低問題發(fā)生概率，進(jìn)一步優(yōu)化建造方案，提高施工安全性，還能夠節(jié)省施工成本，對于實(shí)際的鋼連橋工程施工來說，具有重要意義。

2 項(xiàng)目概述

該項(xiàng)目的研究對象以BIM為基礎(chǔ)的虛擬施工設(shè)備技術(shù)在鋼連橋中的應(yīng)用，項(xiàng)目是利用Revit，來建立斜拉橋。作為現(xiàn)階段的常見橋梁構(gòu)造之一，斜拉橋不僅具有良好的受力性能，而且建造成本低廉，并且具有一定的美觀性。但同時(shí)這種斜拉橋結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，在進(jìn)行施工設(shè)計(jì)的計(jì)算時(shí)具有一定難度，另外還需要較多的高空作業(yè)。在施工的過程中，為了克服上述困難，需要充分利用多種技術(shù)。如：需要利用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行相關(guān)資料的收集，并且通過實(shí)驗(yàn)室來建立斜拉橋的模型以及數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行具體的研究和分析，明確各部件的特點(diǎn)參數(shù)，之后在此基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目來建立斜拉橋模型，讓其能夠充分滿足項(xiàng)目的需求，之后通過Revit的斜拉橋模型的反復(fù)評估與分析，進(jìn)一步詳細(xì)地確認(rèn)各部件的控制參數(shù)，之后進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。

3 項(xiàng)目準(zhǔn)備工作

3.1 斜拉橋模型的參數(shù)研究

斜拉橋也被稱為斜張橋，這種橋梁結(jié)構(gòu)是通過拉索，能夠把主梁拉在索塔之上，利用拉索來承受拉力，主塔來承受壓力，而梁體來承受彎度。斜拉橋一般由幾部分構(gòu)件所組成，分別為索塔、主梁、橋臺(tái)、橋墩、斜拉索等。

首先，要研究實(shí)驗(yàn)室的斜拉橋模型，對其各部分的構(gòu)件特征進(jìn)行明確，之后還要找出各個(gè)構(gòu)件之間的邏輯、集合關(guān)系，進(jìn)一步求得每一個(gè)實(shí)體模型所存在的控制參數(shù)，并且將得出的數(shù)據(jù)結(jié)果，在信息數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行儲(chǔ)存，為后續(xù)的斜拉橋的參數(shù)開發(fā)，做好項(xiàng)目準(zhǔn)備和安排。

其次，對于橋體的各部分形態(tài)，即索塔、主梁、索、橋臺(tái)、橋墩，進(jìn)行充分的分析，并且在此基礎(chǔ)上進(jìn)行控制參數(shù)的歸納和總結(jié)。明確關(guān)鍵的位置坐標(biāo)，將其用控制參數(shù)描述出來，確定關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)，并用控制參數(shù)表示出來。

最后將之前所生成的模型，在Navisworks進(jìn)行數(shù)據(jù)的導(dǎo)入，之后就能夠?qū)τ谑┕みM(jìn)行模擬。

根據(jù)斜拉橋的特點(diǎn)，可以在利用Revit進(jìn)行建模的過程中,通過Revit中的族，進(jìn)行常用結(jié)構(gòu)部位的提煉，這樣就能夠讓構(gòu)件對象，進(jìn)一步形成一個(gè)固定樣式?，F(xiàn)如今，對于橋梁工程構(gòu)件來說，其相應(yīng)的族庫沒有一定的確立。但是在族庫中，能夠?qū)τ诮⑼瓿傻臉?gòu)件族進(jìn)行儲(chǔ)存，并且在下一次建模時(shí)，能夠直接拿來進(jìn)行模型的構(gòu)建，這樣既能夠提升建模的精準(zhǔn)程度，又能夠具有一定的便利性，減輕重復(fù)工作量。

3.2 Revit軟件的概述

對于所使用的Revit軟件來說，是由Autodesk公司進(jìn)行開發(fā)的，是系列中的核心軟件，同時(shí)Revit軟件也是現(xiàn)階段我國較為常用的BIM建模軟件。利用二次開發(fā)的Revit軟件，進(jìn)行橋梁模型的構(gòu)建具有一定的優(yōu)點(diǎn)。首先，在Revit中，其中的項(xiàng)目實(shí)質(zhì)上是作為數(shù)據(jù)庫存在的，在項(xiàng)目中不僅包括具體的工程量、施工圖紙、三維模型等相關(guān)的橋梁工程的數(shù)據(jù)信息，而且對于這些數(shù)據(jù)來說，相互之間都具有一定的聯(lián)系，如果一個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)生變化，那么對于該工程中所涉及的相關(guān)的數(shù)據(jù)，也會(huì)隨之作出調(diào)整和改變，這樣在項(xiàng)目需要進(jìn)行設(shè)計(jì)的變更時(shí)，能夠減少容易出現(xiàn)的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，而且還能夠大大降低數(shù)據(jù)傳輸誤差的出現(xiàn)概率，能夠?qū)?xiàng)目實(shí)現(xiàn)更加便捷的管理，確保設(shè)計(jì)的質(zhì)量，提高設(shè)計(jì)效率。其次，在Revit軟件中，通過族來進(jìn)行3D橋梁模型基礎(chǔ)圖元的創(chuàng)建。族能夠?qū)τ诟鱾€(gè)構(gòu)件圖元，進(jìn)行有效地區(qū)分，這樣就能夠讓設(shè)計(jì)師在不同構(gòu)件需求的基礎(chǔ)上，來進(jìn)行族構(gòu)件的創(chuàng)建，并且能夠在其中進(jìn)行參數(shù)的有效添加，這樣就能夠使得設(shè)計(jì)者的意圖更為直接地體現(xiàn)出來，讓所創(chuàng)建出的族能夠充分滿足構(gòu)件需求。對于族的內(nèi)部來說，具有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，對于模型中的族實(shí)例作出修改時(shí)，使得其對應(yīng)的族參數(shù)也會(huì)做出調(diào)整和更新，另外已經(jīng)創(chuàng)建的族就能夠通過獨(dú)立文件的形式，對其進(jìn)行存儲(chǔ)，因此也可以根據(jù)不同的設(shè)計(jì)需求，進(jìn)行已經(jīng)創(chuàng)建的族實(shí)例的隨時(shí)選用，這樣就不需要再重新進(jìn)行建模，能夠大大節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間。最后，對于Revit軟件API來說，其是一種應(yīng)用程序接口，屬于提前進(jìn)行定義的函數(shù)。

3.3 開發(fā)前準(zhǔn)備

對于Revit軟件和Revit API進(jìn)行安裝，并且基本掌握軟件使用方法，對其中涉及的類函數(shù)，進(jìn)行充分的理解。之后下載Re?vit 2016 SDK。利用其文件夾中的源代碼例子，有助于后續(xù)的編程工作。之后要安裝Autodesk公司所開發(fā)的插件RevitLookup，能夠給用戶提供一定的方便，可以對API的針對對象進(jìn)行直接查看。還要進(jìn)行適用于Revit的編程語言C#的學(xué)習(xí)，并進(jìn)行編程環(huán)境的安裝。

4 基于BIM的虛擬施工設(shè)備技術(shù)在鋼連橋工程中運(yùn)用要點(diǎn)與方法

4.1 運(yùn)用要點(diǎn)

現(xiàn)階段，在進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，不僅僅要關(guān)注實(shí)用性，同時(shí)對橋梁的成本管控以及后續(xù)的維護(hù)提出了更高的要求。因此，應(yīng)用傳統(tǒng)的橋梁施工方式，已經(jīng)無法適應(yīng)現(xiàn)階段的時(shí)代需要，無法滿足設(shè)計(jì)示意圖，而且還無法很好地處理工期滯后等問題，給橋梁的施工帶來了一定的阻礙。現(xiàn)如今，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，信息化的手段逐漸應(yīng)用于橋梁施工項(xiàng)目中，在施工和管理工作中都取得了良好的成效。在BIM技術(shù)的應(yīng)用之下，能夠?qū)f(xié)同平臺(tái)進(jìn)行充分利用，并且在施工前做好較為準(zhǔn)確的施工模擬工作，不僅能夠降低成本，還能夠提升施工效率，并且提高了施工的安全性，解決了橋梁施工面臨的多項(xiàng)問題。所以，在橋梁工程中應(yīng)用BIM技術(shù)，具有重要意義。但是，現(xiàn)階段在我國橋梁施工中，信息化程度依然不高，雖然已經(jīng)對于BIM技術(shù)的使用提出了倡議，但是該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展還處于一個(gè)初期階段，不具有太多的應(yīng)用案例。

當(dāng)前，對我國橋梁項(xiàng)目來說，加大了科技施工以及綠色施工的推廣力度，實(shí)現(xiàn)更高的生態(tài)效益和環(huán)保效益。通過使用BIM技術(shù)，能夠有助于該項(xiàng)構(gòu)想的實(shí)現(xiàn)。BIM技術(shù)在橋梁施工中的應(yīng)用，能夠節(jié)約能源和材料，實(shí)現(xiàn)保護(hù)環(huán)境的效果，充分貫徹了綠色施工理念。在信息化技術(shù)的使用之下，能夠在施工以前，就進(jìn)行施工設(shè)計(jì)效果以及各部分施工環(huán)節(jié)的可視化模擬，從而能夠提前發(fā)現(xiàn)問題，并且對于設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整和糾正，這樣就能夠大大降低開工以后的返工概率，還能夠?qū)κ┕みM(jìn)度進(jìn)行有效管控，實(shí)現(xiàn)較好的節(jié)約成本的作用。而且，在三維模擬的參與之下，能夠在直觀角度對于施工過程進(jìn)行監(jiān)控，這樣就能夠有效地指導(dǎo)施工設(shè)計(jì)方案的制定，幫助其進(jìn)行不合理的位置的修訂，不斷推動(dòng)橋梁施工朝綠色、科技化方向發(fā)展。

4.2 運(yùn)用方法

首先對于可視化一詞的解釋就是通過信息技術(shù)，在計(jì)算機(jī)中利用圖像處理以及顯示技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)信息通過各種方式在屏幕上的顯示，而且可以利用計(jì)算機(jī)，對數(shù)據(jù)實(shí)施交互性的處理的一種技術(shù)和方法。通常情況下，可視化也就是三維表現(xiàn)技術(shù)。能夠在計(jì)算機(jī)中，進(jìn)行三維物體的表現(xiàn)，讓其具備較高的真實(shí)性?？梢暬夹g(shù)是在計(jì)算機(jī)的軟件和硬件的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，而且還要依靠計(jì)算機(jī)所提供的平臺(tái)，進(jìn)行良好的虛擬交互，進(jìn)一步便于人機(jī)的交流，提高工作效率，讓用戶具有一個(gè)更佳的體驗(yàn)。

4.2.1 可視化施工

從整體上來看，可視化具有較為廣泛的范圍，對于工程領(lǐng)域的電腦動(dòng)畫、BIM模型、CAD二維片等，都是可視化的一種。而在這其中CAD屬于程度較低的可視化工具，而相比之下BIM的程度比較高。對于BIM技術(shù)來說，其核心就是可視化。很多國內(nèi)外的學(xué)者在很早就進(jìn)行計(jì)算機(jī)可視化的專門研究，不斷提高使用者的直觀體驗(yàn)。在BIM的模型屬性中，所包括的材質(zhì)、陰影和幾何實(shí)體，這些都屬于可視化的信息。

4.2.2 數(shù)據(jù)自動(dòng)化管理

在具體的項(xiàng)目建設(shè)過程中，應(yīng)用BIM技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)全方位的可視化運(yùn)用，在宏觀的角度上，全面的考慮橋梁工程建設(shè)，而且在出現(xiàn)參數(shù)變動(dòng)以后，也會(huì)第一時(shí)間進(jìn)行設(shè)計(jì)圖紙的變更，能夠滿足具體的施工要求。對于傳統(tǒng)的繪圖軟件來說，只能夠?qū)τ趫D形進(jìn)行2D的規(guī)劃，因此在設(shè)計(jì)初期，也無法對于整體的橋梁建設(shè)，做出充分考慮，這也會(huì)使得在后續(xù)的工作中，常常會(huì)發(fā)生工作脫節(jié)現(xiàn)象。通過BIM技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對于3D模型的繪制，這樣在初期階段，就能夠?qū)⒉牧系奶匦?，更加明顯的展示出來，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)對材料的人力預(yù)算、數(shù)據(jù)的自動(dòng)管理，相比較傳統(tǒng)的CAD，具有更為明顯的優(yōu)勢。BIM技術(shù)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對于人力、物力資源的有效節(jié)約，還能夠通過對施工信息的篩選，將不利于施工的位置提取出來，讓設(shè)計(jì)人員進(jìn)行修改，提高施工的科學(xué)性、安全性。

4.2.3 對危險(xiǎn)的有效辨識(shí)

通過BIM模型以及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，能夠3D模擬演示橋梁項(xiàng)目的關(guān)鍵位置，而且還能夠利用有關(guān)軟件，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的碰撞檢查，并生成相應(yīng)的報(bào)告。比如說，對于鋼筋和管道的碰撞檢查、承臺(tái)施工中對冷卻水管的布置和碰撞檢查、墩身施工中電梯、預(yù)埋件、檢查梯等各個(gè)位置之間的干擾檢查。通過碰撞檢查，能夠進(jìn)一步優(yōu)化橋梁設(shè)計(jì)，讓施工方案更加具有可靠性和準(zhǔn)確性。同時(shí)，利用BIM技術(shù)對碰撞檢查的結(jié)果通過二維模型的方式，進(jìn)行直觀地展現(xiàn)出來，之后在此基礎(chǔ)上開展對施工的調(diào)整工作，能夠確保鋼連橋施工建設(shè)的順利開展。

5 未來展望

現(xiàn)階段，BIM技術(shù)并沒有被廣泛應(yīng)用與普及到橋梁工程中，大部分還在實(shí)驗(yàn)和開發(fā)研究階段。但是在科技不斷飛速發(fā)展的今天，信息化技術(shù)的應(yīng)用也會(huì)不斷提高橋梁工程施工、設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量。伴隨著信息技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，BIM技術(shù)將會(huì)革新橋梁建設(shè)領(lǐng)域，通過含有大量信息的nD模型，來取代傳統(tǒng)的二維圖紙，不斷提高橋梁建模和施工管理的直觀性、高效性以及智能性。

6 總結(jié)

綜上所述，在鋼連橋工程中，運(yùn)用BIM的虛擬施工設(shè)備技術(shù)，能夠在施工前通過可視化技術(shù)進(jìn)行施工模擬，讓整個(gè)施工流程更加的直觀，進(jìn)一步提高項(xiàng)目施工的質(zhì)量和效率，讓其朝智能化方向發(fā)展。