BIM技術(shù)在橋梁設(shè)計及施工中的應(yīng)用分析

侯冬冬 尤佳 陳曉羽

（中咨規(guī)劃設(shè)計研究有限公司，北京 100000）

0.引言

建筑信息建模技術(shù)雖未在橋梁施工過程中得到廣泛應(yīng)用，但在橋梁建設(shè)的前期施工方案的設(shè)計中仍然采用了三維建模技術(shù)模擬仿真建造，起到了關(guān)鍵的作用。因?yàn)闃蛄涸谑┕さ倪M(jìn)程中，工藝復(fù)雜煩瑣，項(xiàng)目規(guī)模龐大，建設(shè)周期長不同的項(xiàng)目結(jié)構(gòu)構(gòu)造不同，施工各不相同但又相互關(guān)聯(lián)，給施工帶來了極大的難度，BIM技術(shù)應(yīng)用過程是首先使用BIM技術(shù)建立專業(yè)化的施工方案，把煩瑣的工藝在三維建模的解析變得直觀明了，培養(yǎng)橋梁施工工程BIM技術(shù)型人才。

1.BIM技術(shù)概述

BIM技術(shù)在我國工程行業(yè)的發(fā)展越來越迅速，應(yīng)用也越來越普遍，得到了社會的廣泛認(rèn)可，這一運(yùn)用在2002年提出到現(xiàn)階段，在很多行業(yè)起到了關(guān)鍵的作用，促進(jìn)了社會經(jīng)濟(jì)體制的發(fā)展以及市場經(jīng)濟(jì)體制的完善。對于BIM技術(shù)在建筑工程中發(fā)揮的實(shí)質(zhì)性作用，其中最為關(guān)鍵的技術(shù)運(yùn)用就是三維建模技術(shù)，工程項(xiàng)目借助這一虛化的立體結(jié)構(gòu)模型，對工程建設(shè)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行構(gòu)建，有利于建設(shè)工程項(xiàng)目施工的進(jìn)度，也有利于項(xiàng)目整體的水平建設(shè)。但是如果想要充分發(fā)揮BIM技術(shù)在實(shí)際的項(xiàng)目建造過程中的生產(chǎn)運(yùn)用價值，更好地實(shí)現(xiàn)三維技術(shù)帶來的經(jīng)濟(jì)效益。首先需要對工程項(xiàng)目的信息資料準(zhǔn)備充分，項(xiàng)目中的每一個結(jié)構(gòu)，都要掌握其幾何圖形以及屬性，從而能夠?qū)椭悄荏w的結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，使BIM技術(shù)能夠貫穿到整個工程建設(shè)的項(xiàng)目當(dāng)中去，協(xié)助工程人員全面開展橋梁的施工建設(shè)工作。

2.BIM 技術(shù)在橋梁設(shè)計中的應(yīng)用優(yōu)勢

對于現(xiàn)階段橋梁工程項(xiàng)目的建設(shè)而言，橋梁工程具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點(diǎn)，在建設(shè)工程中無形地增加了施工人員的工作量，因此，做好橋梁工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計工作是非常重要的，可以讓整個工程項(xiàng)目變得可視化。在對結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行設(shè)計的時候，存在較大的難度，因?yàn)椋瑯蛄汗こ痰慕ㄔO(shè)對工作的嚴(yán)謹(jǐn)性具有較高的要求，如果存在一點(diǎn)差錯將會造成嚴(yán)重的后果，給橋梁工程帶來安全隱患，因此，對設(shè)計人員的專業(yè)程度也具有較高的要求，要求設(shè)計人員在進(jìn)行橋梁項(xiàng)目設(shè)計的時候，可以恰當(dāng)?shù)貙IM技術(shù)應(yīng)用到其中，利用BIM技術(shù)避免人為誤差的出現(xiàn)，從而提高橋梁建設(shè)的質(zhì)量[1]。具體的運(yùn)用如下。

（1）BIM技術(shù)在橋梁工程項(xiàng)目的建設(shè)中具有可視化的優(yōu)勢，這種特點(diǎn)可以大大降低設(shè)計人員的工作強(qiáng)度，使設(shè)計人員可以基于三維模型結(jié)構(gòu)下對橋梁建筑工程進(jìn)行設(shè)計，能夠?qū)Ω鱾€結(jié)構(gòu)的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行高效的利用。BIM技術(shù)不同于以往的平面圖形，很難將一些立體結(jié)構(gòu)表示出來，而且BIM還可以及時將不同的橋梁結(jié)構(gòu)運(yùn)用不同的顏色線條表示出來，在提高設(shè)計水平的同時還能夠便于后期對設(shè)計方案的觀察利用，表面因?yàn)樵O(shè)計缺陷而造成的施工圖紙不明確的問題，給施工帶來難度從而影響工程的進(jìn)度。

（2）BIM技術(shù)在橋梁的工程施工建設(shè)過程中，還具有較強(qiáng)的計算機(jī)處理能力的優(yōu)勢，在面臨錯綜復(fù)雜的橋梁工程結(jié)構(gòu)建設(shè)體系時，設(shè)計人員往往需要考慮的因素也越來越多，內(nèi)容也越來越復(fù)雜，設(shè)計人員就可能因?yàn)橐粫r疏忽或者計算失誤而造成誤差，從而影響橋梁設(shè)計的嚴(yán)謹(jǐn)性，利用BIM技術(shù)可以充分地解決這一問題，大量的數(shù)據(jù)處理可以依靠人工智能化技術(shù)完成，尤其是在工程量統(tǒng)計以及工程造價管理上，可以形成更高效的處理方式[2]。

（3）BIM技術(shù)還可以對橋梁工程設(shè)計的方案進(jìn)行優(yōu)化，全方位地對設(shè)計方案進(jìn)行綜合考量，促使橋梁的設(shè)計方案具有可行性與科學(xué)合理性，對設(shè)計死角以及設(shè)計過程中可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行優(yōu)化、調(diào)整，降低工程變更的概率。因?yàn)楣こ套兏鼤蛄汗こ痰慕ㄔO(shè)項(xiàng)目帶來一定的損失。BIM技術(shù)在虛擬模塊的運(yùn)用也可以進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，及時改進(jìn)設(shè)計方案中的缺陷以及不足之處，及時進(jìn)行完善改進(jìn)，提升橋梁工程項(xiàng)目建設(shè)的設(shè)計水平[3]。

3.BIM 技術(shù)在橋梁工程中具體運(yùn)用

在以往的施工圖設(shè)計的方案中，安裝圖紙一般采用平面效果的呈現(xiàn)施工設(shè)計，但是在實(shí)際復(fù)雜繁冗的施工現(xiàn)場，利用點(diǎn)和線這種平面結(jié)構(gòu)很難完成施工，而BIM技術(shù)有效地解決了這一問題。運(yùn)用三維空間結(jié)構(gòu)模擬施工現(xiàn)場的情況，以滿足工藝技術(shù)的要求，使設(shè)計方案從二維模式向三維模式進(jìn)行轉(zhuǎn)變，節(jié)省了大量的物力成本投入，創(chuàng)造出更多的利益同時也保證了橋梁施工的進(jìn)程[4]。在施工進(jìn)程中首先利用BIM技術(shù)對施工方案進(jìn)行三維模擬，進(jìn)行事前管控，有效節(jié)省資金投入，減少施工風(fēng)險，其次是對施工的進(jìn)程進(jìn)行控制，BIM技術(shù)可以把三維的模型轉(zhuǎn)換為4D的模型，把施工的進(jìn)度和施工過程中遇到的問題傳送到建立的模型中，再與初期BIM建立的設(shè)計方案模擬進(jìn)行對比，可以直觀明了地觀察到現(xiàn)有的施工進(jìn)度與預(yù)想存在的誤差，是否在可控范圍內(nèi)，從而使施工正常開展。在安全質(zhì)檢和控制成本上也有一定的應(yīng)用[5]。

3.1 BIM技術(shù)應(yīng)用在設(shè)計管理中的運(yùn)用

首先是對項(xiàng)目的信息化管理，通過崗位級的BIM工具，對建造模型和施工現(xiàn)場的實(shí)際情況結(jié)合，可以在管理過程中減少工作難度，提高工作效率，為各項(xiàng)管理工作的數(shù)據(jù)提供可靠性和安全性的參考，控制項(xiàng)目的進(jìn)度以及對使用物料提前管控，投資成本進(jìn)行預(yù)算以便于后期的有效控制，為施工提供準(zhǔn)確性的模型，從而減少施工的風(fēng)險。如果施工模型模擬不精準(zhǔn)，那么就需要返工進(jìn)行二次施工，由此產(chǎn)生的成本不可控制，從而造成材料的浪費(fèi)，不利于企業(yè)的精細(xì)化管理，應(yīng)用BIM技術(shù)對每個環(huán)節(jié)進(jìn)行深化設(shè)計，每個工藝的數(shù)據(jù)實(shí)時向信息系統(tǒng)傳遞，實(shí)現(xiàn)信息的共享性和及時性，以便管理監(jiān)督人員及時發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。還有遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，也提高了施工的安全性與可靠性，BIM模型能夠模擬還原施工現(xiàn)場，預(yù)測工程中可能存在的問題提前發(fā)現(xiàn)提前解決，提高施工的質(zhì)量與安全性，節(jié)約工期和工程的成本，對工程成本進(jìn)行一個有效的管控[6]。

3.2 可行性分析階段的應(yīng)用

在土建施工建設(shè)中，BIM技術(shù)不僅發(fā)揮了在技術(shù)上的支持作用，利用三維技術(shù)建立的清晰可見的模型，可以預(yù)防在中后期施工過程中出現(xiàn)的各類問題，在建設(shè)初期能被及時發(fā)現(xiàn)及時解決，增進(jìn)施工進(jìn)度，減少維修重建，對工程的施工全過程進(jìn)行有效控制。另外，在管理層面上，BIM全方位的把控工程建設(shè)過程中遇到的一系列信息狀況，數(shù)據(jù)更加直觀明了，使管理層清晰整個工程的了解更加全面，方便數(shù)據(jù)的參考對下一步計劃的方向提供支撐。除此之外，全面的現(xiàn)場實(shí)時信息，更方便管理者對項(xiàng)目的分析判斷提供有力的依據(jù)，而且，項(xiàng)目重要信息的安全得到了保障，BIM模型會保存完整所有的工程數(shù)據(jù)，防止丟失和泄漏，通過對各種BIM模型的建立，可以基本杜絕影響施工進(jìn)度的因素存在。比如在施工作業(yè)的時候，一旦發(fā)現(xiàn)圖紙設(shè)計問題與現(xiàn)場的實(shí)際施工情況不符，BIM可以輔助設(shè)計人員對設(shè)計方案進(jìn)行變更，全方位地對新橋型方案進(jìn)行專家評測、流程模擬等，制定合理合適的施工方案，減輕設(shè)計師的工作量。

3.3 BIM在橋梁安全設(shè)計階段的應(yīng)用

在橋梁工程設(shè)計圖完成之后，需要將圖紙交付給施工單位，如果采用以往傳統(tǒng)的2D技術(shù)，無法實(shí)現(xiàn)橋梁設(shè)計中堆疊位置的展現(xiàn)。而應(yīng)用BIM技術(shù)之后，能夠通過幾何圖形實(shí)現(xiàn)橋梁工程所有精準(zhǔn)位置的立體展示，避免了以往傳統(tǒng)型設(shè)計圖紙的表達(dá)障礙，讓工程圖紙更加直觀也更加豐富，表達(dá)的數(shù)據(jù)信息、模型信息也更加精準(zhǔn)。另外，通過BIM技術(shù)能夠?qū)こ痰募?xì)致劃分，將收集到的模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入到智能設(shè)備中，讓設(shè)計人員和施工人員通過遠(yuǎn)程溝通交流，保障設(shè)計方案的可行性提升，加大對施工方案和設(shè)計方案的優(yōu)化選擇。BIM技術(shù)能夠展現(xiàn)橋梁工程設(shè)計中資源分配的合理性，讓設(shè)計方案更能滿足工程的經(jīng)濟(jì)要求。實(shí)現(xiàn)設(shè)計圖紙應(yīng)用效率提升。以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)，通過對整個工程施工過程的展示，讓設(shè)計的信息模型更符合橋梁工程的應(yīng)用價值，保證橋梁工程整體施工安全與質(zhì)量提升。通過對三維模型的分析，能夠讓工程施工模擬更加直觀，而工作人員能夠及時發(fā)現(xiàn)工程施工中存在的問題，及時做出施工進(jìn)度和施工方案的調(diào)整[7]。

3.4 BIM 技術(shù)在橋梁工程施工階段的應(yīng)用

在橋梁工程的施工階段，相關(guān)施工管理人員要對工程的施工進(jìn)度進(jìn)行有效控制，通過BIM技術(shù)，對工程的施工進(jìn)度計劃以及月計劃等相關(guān)的信息進(jìn)行有效的傳遞，在信息系統(tǒng)中進(jìn)行整合，專業(yè)人員通過對收集的信息進(jìn)行分析與研究，對橋梁工程的施工情況進(jìn)行監(jiān)督，在一定程度上對4D化的管理方式進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，使得項(xiàng)目工程的進(jìn)度管理水平進(jìn)行提升。在對橋梁工程的施工中，通過BIM技術(shù)，將施工的數(shù)據(jù)以及施工進(jìn)度等相關(guān)的施工信息在信息化管理系統(tǒng)中進(jìn)行呈現(xiàn)，并使用BIM模型對收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確的記錄，并實(shí)時更新信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)。與此同時，在BIM模型的基礎(chǔ)上，相關(guān)人員可以對整個工程的計量以及支付的情況進(jìn)行全面的了解，為橋梁工程施工項(xiàng)目的相關(guān)決策提供一定的數(shù)據(jù)。在實(shí)際的施工中，BIM技術(shù)能夠?qū)こ痰母鱾€環(huán)節(jié)進(jìn)行有效的控制，在施工中降低了施工的難度，通過信息系統(tǒng)手機(jī)的數(shù)據(jù)，使得施工人員能夠更好的對橋梁施工建設(shè)進(jìn)行立體化，對橋梁施工的質(zhì)量進(jìn)行提升。

3.5 注重對工程量進(jìn)行準(zhǔn)確統(tǒng)計

在橋梁工程項(xiàng)目的設(shè)計階段，設(shè)計人員需要對工程量進(jìn)行準(zhǔn)確統(tǒng)計。以往的工程項(xiàng)目設(shè)計中，一直運(yùn)用的設(shè)計方法是簡單的點(diǎn)、線之間的運(yùn)用，構(gòu)建二維的平面結(jié)構(gòu)，并且利用Excel表格的方法完成對工程量任務(wù)的計算。這種方法主要適用于那些比較規(guī)則的橋梁工程計算上，橋梁的結(jié)構(gòu)比較簡單，對工程量可準(zhǔn)確的進(jìn)行統(tǒng)計。但當(dāng)橋梁工程建設(shè)項(xiàng)目中的橋梁結(jié)構(gòu)變得越來越復(fù)雜的時候，比如橋梁的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不對稱或者不規(guī)則的形狀，依舊采用以往簡單的計算機(jī)處理方式很難對工程量的統(tǒng)計進(jìn)行滿足，可能會出現(xiàn)誤差的情況，取這些誤差值的相近值需要消耗一定的時間，以及大量的人力條件，而且得到的結(jié)果也未必精準(zhǔn)實(shí)用[8]。

因此，設(shè)計人員在進(jìn)行施工方案設(shè)計的時候，可以引入先進(jìn)的BIM技術(shù)滿足以往的設(shè)計方案滿足不了的現(xiàn)狀，彌補(bǔ)傳統(tǒng)技術(shù)中的不足，利用BIM技術(shù)構(gòu)建橋梁三維結(jié)構(gòu)模型，并針對模型的建立選擇適合橋梁構(gòu)建的材料，借助BIM自動化技術(shù)對橋梁工程進(jìn)行測量，利用CATIA軟件對橋梁的彎扭部分進(jìn)行測量，并對彎扭部分的面積，長度進(jìn)行精確的測量，對每一個環(huán)節(jié)都進(jìn)行嚴(yán)格的把控，以降低生產(chǎn)成本。

3.6 確保設(shè)計的科學(xué)性，及時做好沖突檢查工作

在進(jìn)行橋梁工程的設(shè)計階段，可以采用輔助的技術(shù)軟件Navisworks 完成對BIM技術(shù)的碰撞分析任務(wù)，對前期工程建設(shè)項(xiàng)目的工作進(jìn)行審查核對工作，排查出施工圖紙中存在安全隱患的技術(shù)性問題，并制定改正的方案。不僅如此，還可以運(yùn)用BIM技術(shù)完成需要采購材料的羅列以及采購清單的核對任務(wù)，對需要采購的物品進(jìn)行落實(shí)，同時對材料的采購量進(jìn)行檢查，防止采購量有誤差的現(xiàn)象發(fā)生。對于橋梁工程的設(shè)計階段來講，充分將BIM技術(shù)貫穿于施工建設(shè)的設(shè)計階段，可以對橋梁工程的建設(shè)起到一個連接管理的作用，保障后續(xù)工作的順利進(jìn)行[9]。

4.結(jié)語

由此可見，橋梁工程是我國交通工程的關(guān)鍵部分，由于橋梁工程施工中會涉及大量投資，而且技術(shù)強(qiáng)難度非常大，又由于現(xiàn)階段橋梁工程建設(shè)項(xiàng)目的日新月異，導(dǎo)致項(xiàng)目工程在進(jìn)行施工設(shè)計階段的工作難度加大，工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件越來越復(fù)雜，導(dǎo)致設(shè)計人員的工作強(qiáng)度增大，往往會出現(xiàn)在設(shè)計環(huán)節(jié)出現(xiàn)偏差的現(xiàn)象，導(dǎo)致后期的工程變更，難以呈現(xiàn)出理想的橋梁構(gòu)架效果?；诖朔N條件下，BIM技術(shù)運(yùn)用而生，引入橋梁工程建設(shè)當(dāng)中有效地促進(jìn)了設(shè)計階段施工方案的完善，利用三維建模技術(shù)有效解決了以往工程中設(shè)計圖紙的缺陷，設(shè)計人員可以有效地借助這一技術(shù)完成對橋梁工程的設(shè)計任務(wù)，在減少自身工作壓力的同時，還能夠提高設(shè)計效率以及設(shè)計的科學(xué)合理性，具有較廣的發(fā)展空間以及發(fā)展前景，值得在橋梁設(shè)計工作中推廣運(yùn)用。