BIM技術(shù)在橋梁設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用探討

王亞文

晟遠(yuǎn)工程設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司 山東 煙臺(tái) 264000

1 BIM技術(shù)概述

建筑信息模型（BuildingInformationModeling）簡(jiǎn)稱(chēng)BIM，該技術(shù)在現(xiàn)階段我國(guó)工程行業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越常見(jiàn)，也得到了高度認(rèn)可，自2002年提出至今，確實(shí)在多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮出了重要作用?；贐IM技術(shù)在工程項(xiàng)目中的實(shí)際應(yīng)用來(lái)看，其最突出的特點(diǎn)就是構(gòu)建三維立體模型，進(jìn)而借助這一虛擬化模型實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)工程項(xiàng)目的優(yōu)化支持，在建設(shè)工程項(xiàng)目實(shí)際施工中能夠表現(xiàn)出更強(qiáng)的指導(dǎo)效果，在降低工程項(xiàng)目負(fù)責(zé)人工作壓力的同時(shí)，也有助于提升整體建設(shè)水平。在BIM技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中，為了更好地實(shí)現(xiàn)三維立體模型的構(gòu)建和應(yīng)用，最關(guān)鍵的是確保相關(guān)信息資料的充分準(zhǔn)備，尤其是對(duì)于工程項(xiàng)目中涉及的所有構(gòu)件，都需要準(zhǔn)確掌握其幾何信息以及屬性信息，進(jìn)而才能夠有效進(jìn)行整體模型的優(yōu)化構(gòu)建。從工程項(xiàng)目中BIM技術(shù)作用表現(xiàn)上來(lái)看，其不僅僅可以在規(guī)劃設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中發(fā)揮較理想的指導(dǎo)作用，往往還能夠較好地服務(wù)于全過(guò)程的優(yōu)化管控，積極協(xié)助項(xiàng)目管理人員完成工程建設(shè)任務(wù)[1]。

2 BIM技術(shù)在工程設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)

2.1 方便各專(zhuān)業(yè)協(xié)調(diào)一致

各專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員完成本專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)工作，通過(guò)中心文件等方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)即時(shí)更新。

2.2 實(shí)現(xiàn)并行設(shè)計(jì)

BIM模型中數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化，整個(gè)模型由少量數(shù)據(jù)控制，橋梁設(shè)計(jì)可在缺少詳細(xì)信息的情況下建立較粗糙模型，待獲取詳細(xì)信息后進(jìn)行少量更新即可完成設(shè)計(jì)，避免了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中各設(shè)計(jì)工作相互耦合。

2.3 提高設(shè)計(jì)質(zhì)量

在BIM設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員的所有工作都是在模型中完成，輸出的2D圖紙僅為BIM模型成果表達(dá)，且輸出過(guò)程由程序自動(dòng)完成，沒(méi)有人工干預(yù)，減少低級(jí)錯(cuò)誤。

在設(shè)計(jì)工作進(jìn)行中，校審工作也可在模型中同步進(jìn)行，校審人員在模型中直接標(biāo)注校審意見(jiàn)，設(shè)計(jì)人員進(jìn)行實(shí)時(shí)修改，避免同類(lèi)錯(cuò)誤反復(fù)出現(xiàn)。

設(shè)計(jì)工作完成后，對(duì)細(xì)部構(gòu)件校對(duì)校核可按類(lèi)型進(jìn)行，對(duì)同一類(lèi)構(gòu)件僅需校核其中有代表性的一個(gè)成果，即可驗(yàn)證其內(nèi)部邏輯關(guān)系的正確性[2]。

3 BIM技術(shù)在橋梁設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用

本文以一大型國(guó)際機(jī)場(chǎng)快線南延段改建工程的區(qū)域設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為國(guó)際范例，對(duì)南至k10+245～k15+087的重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行了設(shè)計(jì)。整體布局∶本次高速鐵路建設(shè)采用了"主線高架+地面輔道"的鐵路建設(shè)總體方案，與上海寧奉城際高速鐵路自動(dòng)軌道交通線共同共建，沿線設(shè)計(jì)預(yù)留自動(dòng)軌道互通立交1對(duì)、新建3對(duì)雙向平行互通立交匝道和2個(gè)自動(dòng)軌道互通立交車(chē)站。道路施工規(guī)?！梦覈?guó)高架公路標(biāo)準(zhǔn)段雙向6車(chē)道，考慮到目前受高架交匯處交通的影響，已在部分高架路段增設(shè)了地下輔助自動(dòng)車(chē)道，地面輔助輔助自動(dòng)車(chē)道改為標(biāo)準(zhǔn)段雙向6車(chē)道。

3.1 可行性分析階段的應(yīng)用

在橋梁工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段中，可行性分析是比較關(guān)鍵的一環(huán)，其決定著整個(gè)橋梁工程項(xiàng)目是否具備建設(shè)條件，對(duì)于其中可能存在的一些隱患問(wèn)題能夠全方位分析，進(jìn)而為后續(xù)橋梁工程項(xiàng)目的建設(shè)提供可靠支持。BIM技術(shù)在橋梁工程項(xiàng)目可行性分析階段的應(yīng)用價(jià)值突出，其可以在較為全面詳盡分析各個(gè)相關(guān)資料信息的基礎(chǔ)上，對(duì)橋梁工程項(xiàng)目的可行性進(jìn)行綜合評(píng)判，進(jìn)而確保后續(xù)規(guī)劃設(shè)計(jì)工作更具目的性。在BIM技術(shù)的應(yīng)用下，橋梁工程項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)獲取的大量數(shù)據(jù)信息資料，順利導(dǎo)入相應(yīng)BIM平臺(tái)，進(jìn)而促使這些數(shù)據(jù)信息資料能夠得到準(zhǔn)確分析評(píng)估，對(duì)于可能構(gòu)建的橋梁結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行預(yù)判，考慮多種橋梁結(jié)構(gòu)方案的應(yīng)用效果，對(duì)于完全不可行的項(xiàng)目進(jìn)行恰當(dāng)調(diào)整，確保后續(xù)建設(shè)經(jīng)濟(jì)合理，避免過(guò)高預(yù)期帶來(lái)嚴(yán)重制約和影響。

3.2 初步設(shè)計(jì)階段

利用工業(yè)BIM工程技術(shù)軟件，根據(jù)本專(zhuān)業(yè)課程的總體方案設(shè)計(jì)及示意圖，自動(dòng)完成本專(zhuān)業(yè)課程中所有道路、高架及橋梁的工程主體框架結(jié)構(gòu)和輔助基礎(chǔ)設(shè)施、管道及隧道路燈等的設(shè)計(jì)建模，并自動(dòng)程序生成BIM技術(shù)模型相應(yīng)的建模文檔、工程量成本統(tǒng)計(jì)、工程成本估算等報(bào)表，繪制模型文檔之后，繪制圖片和工程模擬圖，并繪制高速漫游的工程視頻，從而使各專(zhuān)業(yè)的工程設(shè)計(jì)人員能夠協(xié)調(diào)好各專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)工作，提前對(duì)各專(zhuān)業(yè)在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)可能遇到的各種問(wèn)題進(jìn)行準(zhǔn)確的分析和預(yù)測(cè)，從而減少了設(shè)計(jì)者的時(shí)間。持續(xù)期預(yù)算對(duì)整體設(shè)計(jì)稍做修改。

3.3 施工圖設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用

橋梁工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段中，BIM技術(shù)的應(yīng)用還具體表現(xiàn)在施工圖設(shè)計(jì)方面，這也是BIM技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)較為明顯的環(huán)節(jié)。在以往橋梁工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，往往采取二維平面設(shè)計(jì)方式，不僅僅明顯加大了設(shè)計(jì)人員的工作難度，也極容易出現(xiàn)錯(cuò)亂問(wèn)題，相應(yīng)施工圖的應(yīng)用價(jià)值受損。但是，在BIM技術(shù)的應(yīng)用下，設(shè)計(jì)人員可以充分依托強(qiáng)大的三維立體模型設(shè)計(jì)功能，更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)橋梁工程項(xiàng)目的綜合處理，確保設(shè)計(jì)方案更全面詳盡，能夠兼顧到橋梁工程項(xiàng)目的各個(gè)方面，對(duì)于后續(xù)施工建設(shè)也可以形成良好的指導(dǎo)作用。在具體施工方案的擬定中，BIM技術(shù)的應(yīng)用可以更好地輔助相關(guān)人員進(jìn)行橋梁工程項(xiàng)目的詳細(xì)分析，促使橋梁工程具備更強(qiáng)的可視化特點(diǎn)，進(jìn)而輔助施工方案擬定人員進(jìn)行深入綜合分析，隨之選擇最適宜合理的施工工法，確保后續(xù)施工操作能夠得到較為理想的指導(dǎo)。為了更好地優(yōu)化后續(xù)橋梁工程項(xiàng)目施工效果，BIM技術(shù)的應(yīng)用還可以進(jìn)行二維圖紙的優(yōu)化輸出，根據(jù)不同施工需求，可以呈現(xiàn)出相應(yīng)的二維平面圖紙，以此更好地指導(dǎo)后續(xù)施工操作。比如，在各個(gè)橋梁構(gòu)件的應(yīng)用上，BIM技術(shù)的應(yīng)用就可以直接導(dǎo)出其各項(xiàng)參數(shù)信息，促使其生產(chǎn)制造以及安裝更具目的性，規(guī)避該方面出現(xiàn)的明顯偏差問(wèn)題[3]。

3.4 方案優(yōu)化階段的應(yīng)用

對(duì)于橋梁工程設(shè)計(jì)中BIM技術(shù)的應(yīng)用而言，方案優(yōu)化設(shè)計(jì)同樣也是比較關(guān)鍵的一環(huán)，可以更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)后續(xù)施工操作的有效指導(dǎo)，避免因?yàn)樵O(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題和缺陷，影響最終橋梁工程項(xiàng)目建設(shè)效果。在橋梁工程設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化中，BIM技術(shù)的應(yīng)用可以關(guān)注到各個(gè)細(xì)節(jié)，對(duì)于橋梁工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案進(jìn)行綜合分析，以此更好地明確可能出現(xiàn)的設(shè)計(jì)隱患和漏洞，同時(shí)進(jìn)行必要修改和完善。在傳統(tǒng)二維平面設(shè)計(jì)中，因?yàn)楹芏鄻?gòu)件存在重疊和重合問(wèn)題，進(jìn)而難以進(jìn)行優(yōu)化分析，也很難形成良好施工驗(yàn)證效果。但是，在BIM技術(shù)的應(yīng)用下，技術(shù)人員可以直接在BIM模型中進(jìn)行可視化分析，了解各個(gè)橋梁構(gòu)件之間的關(guān)系是否恰當(dāng)，對(duì)于各個(gè)構(gòu)件的尺寸以及連接方式進(jìn)行評(píng)判，避免出現(xiàn)嚴(yán)重偏差問(wèn)題。在此基礎(chǔ)上，BIM技術(shù)的應(yīng)用還可以利用管線碰撞檢測(cè)程序，對(duì)于橋梁工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案的各個(gè)方面進(jìn)行綜合分析，有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常問(wèn)題，并且利用自動(dòng)化分析程序進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，最終在虛擬化安裝施工模型中進(jìn)行更好的優(yōu)化完善。

3.5 創(chuàng)建三維模型

首先是建立族庫(kù)。BIM技術(shù)中，利用BIM模型構(gòu)建軟件建立組合項(xiàng)目中的多個(gè)構(gòu)件。在軟件當(dāng)中，參數(shù)化構(gòu)件即可視為族，族是一種重要的載體，承載了大量的參數(shù)信息。技術(shù)人員需依據(jù)設(shè)計(jì)的基本要求，靈活建立不同類(lèi)型的構(gòu)件族。橋梁設(shè)計(jì)中，新建族能充分利用現(xiàn)有的參數(shù)化樣板族，僅需調(diào)整樣板族參數(shù)。這種處理方式能有效提高建模效率，縮短建模時(shí)間。人員可將建立的構(gòu)件族錄入并保存于族庫(kù)當(dāng)中，在日后的工程中，如需要相似的構(gòu)件族，便只需更改類(lèi)似構(gòu)件組的參數(shù)，有效減少重復(fù)性的工作內(nèi)容。如在建設(shè)橋梁族庫(kù)的過(guò)程中，應(yīng)先建立基礎(chǔ)族，隨后建立墩臺(tái)族，最后建立主梁族。

其次，建立信息化整體模型。建立BIM模型的過(guò)程中，先要在模型創(chuàng)建軟件中建立多個(gè)構(gòu)件族，進(jìn)而創(chuàng)建族庫(kù)。隨后在軟件中建立項(xiàng)目文件，在族庫(kù)當(dāng)中選擇需要的構(gòu)件族，將構(gòu)件族載入項(xiàng)目文件，合理調(diào)整構(gòu)件的位置，形成信息化模型。在建立橋梁BIM模型的過(guò)程中，需基于地形和地質(zhì)條件，在建好的基礎(chǔ)族庫(kù)、墩臺(tái)族庫(kù)和主梁族庫(kù)當(dāng)中選擇需要的構(gòu)件族，并將構(gòu)件族導(dǎo)入項(xiàng)目文件，之后合理調(diào)整項(xiàng)目文件中構(gòu)件的具體位置，構(gòu)建信息化模型，嚴(yán)格按照實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)深化信息化整體模型，一方面優(yōu)化施工圖出圖效率，另一方面有效加強(qiáng)模型的向下傳遞性。

3.6 深化階段

根據(jù)本次建模過(guò)程中各個(gè)階段的設(shè)計(jì)模型及所要提出的相關(guān)設(shè)計(jì)問(wèn)題，匯總了各個(gè)相關(guān)專(zhuān)業(yè)的問(wèn)題分析報(bào)告，針對(duì)這些問(wèn)題制定了解決的措施，對(duì)相關(guān)的設(shè)計(jì)方案和技術(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，并且及時(shí)更新了模型?；诳傮w結(jié)構(gòu)的模型，增設(shè)了排水、道路燈、圍欄等其他附屬裝置。對(duì)已經(jīng)搭建的模型要求進(jìn)行項(xiàng)目工程量統(tǒng)計(jì)、設(shè)計(jì)文件的集成和歸檔。將與本次工程相關(guān)的圖片文件、施工仿真模擬視頻都關(guān)聯(lián)到了模型中，可以通過(guò)直接打開(kāi)該文件來(lái)對(duì)其進(jìn)行檢索和查詢(xún)[4]。

3.7 地下管線的綜合規(guī)劃設(shè)計(jì)

管線綜合設(shè)計(jì)是指在道路和橋梁地帶區(qū)域不同的專(zhuān)業(yè)工程平面位置和橫豎向高度之間相互協(xié)調(diào)的一個(gè)工作內(nèi)容。在我國(guó)道路和橋梁的設(shè)計(jì)階段，要通過(guò)綜合地分析各種相關(guān)信息數(shù)據(jù)資料，規(guī)劃各條管線的具體走向、品種以及其管徑等參數(shù)，優(yōu)化各個(gè)參數(shù)的內(nèi)容，然后用BIM技術(shù)來(lái)構(gòu)造一個(gè)管線的動(dòng)態(tài)分布模型。當(dāng)車(chē)輛完成了建模時(shí)，要認(rèn)真地做好對(duì)于碰撞檢查和監(jiān)測(cè)的分析，根據(jù)檢查結(jié)果總結(jié)出報(bào)告的內(nèi)容。通過(guò)BIM技術(shù)對(duì)其管道進(jìn)行了綜合性的調(diào)控，確定了管道的具體大小，進(jìn)而給予了施工的參考和支持。

3.8 三維場(chǎng)地分析

在橋梁設(shè)計(jì)中，應(yīng)考慮場(chǎng)地的實(shí)際情況。設(shè)計(jì)中以多種建設(shè)方式打造實(shí)物，實(shí)物與場(chǎng)地條件有著密切聯(lián)系。合理利用BIM技術(shù)，可加強(qiáng)場(chǎng)地的三維分析，以較短的時(shí)間計(jì)算土方量。創(chuàng)建土方調(diào)配圖表，選擇需要移動(dòng)的土方量和移動(dòng)方向，模型可自動(dòng)提取工程量，以加強(qiáng)土方量的平衡控制效果。做好項(xiàng)目成本分析，能降低工程造價(jià)，為后期的施工管理創(chuàng)建良好條件。該技術(shù)可與GIS技術(shù)、GPS技術(shù)深度融合，基于橋梁構(gòu)筑物和建設(shè)場(chǎng)地?cái)?shù)據(jù)信息建模，保證工程設(shè)計(jì)過(guò)程中能夠自動(dòng)生成與之對(duì)應(yīng)的工程圖紙，進(jìn)而滿足工程實(shí)際和設(shè)計(jì)需求，有效控制橋梁工程建設(shè)中可能遇到的難題。

3.9 工程量統(tǒng)計(jì)和控價(jià)設(shè)計(jì)

應(yīng)用BIM技術(shù)核心軟件創(chuàng)建的數(shù)據(jù)信息模型，能融合多種不同的數(shù)據(jù)，如多種構(gòu)件圖元、模型和視圖的相關(guān)圖元、不同圖元間的相互關(guān)系。當(dāng)前，人員在日常工作中可采取有效措施建立BIM技術(shù)核心軟件，在訪問(wèn)內(nèi)部文件的過(guò)程中了解設(shè)計(jì)效果，也可基于軟件提供的數(shù)據(jù)庫(kù)連接口，獲取工程實(shí)體信息。應(yīng)用BIM技術(shù)能自動(dòng)計(jì)算工程量，也可保證成本估算的準(zhǔn)確性與科學(xué)性。設(shè)計(jì)人員可仔細(xì)比較多個(gè)工程方案，隨后選出最佳方案。此外，BIM模型自動(dòng)計(jì)算工程量功能在設(shè)計(jì)預(yù)算、竣工結(jié)算中均可發(fā)揮重要作用，切實(shí)加強(qiáng)工程量和成本計(jì)算的準(zhǔn)確性[5]。

4 結(jié)束語(yǔ)

城市橋梁道路工程是國(guó)家重點(diǎn)的大型城市交通基礎(chǔ)工程，保證了我國(guó)整個(gè)城市的道路交通暢通，也為城市居民日常生活和室外工作活動(dòng)提供了極大的方便。運(yùn)用BIM等技術(shù)對(duì)我國(guó)道路主體橋梁進(jìn)行三維設(shè)計(jì)和監(jiān)理分析，可以充分利用工程信息化等多種技術(shù)手段，構(gòu)建橋梁的三維基本模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁主體結(jié)構(gòu)、設(shè)施及各種基本模型，如行人和交通管線等的三維一體化設(shè)計(jì)管理和實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而從根本上有效地改善和持續(xù)提高我國(guó)道路主體橋梁監(jiān)理設(shè)計(jì)和監(jiān)理分析的服務(wù)質(zhì)量，促進(jìn)我國(guó)現(xiàn)代城市工程建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。