道橋設(shè)計中BIM技術(shù)應用與分析

劉玲

（華昕設(shè)計集團有限公司安徽分公司， 安徽 合肥 230051）

BIM技術(shù)能夠有效提高道橋工程施工質(zhì)量， 并提升設(shè)計效率， 減少設(shè)計失誤， 設(shè)計過程三維立體，具體化、 可視化， 被廣泛應用在道橋設(shè)計中， 并發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。 而對BIM技術(shù)條件下道橋設(shè)計進行研究分析， 則能為加強BIM技術(shù)在道橋設(shè)計中應用提供依據(jù)， 為促進道橋建設(shè)發(fā)展提供便利。

1 BIM技術(shù)概述

BIM技術(shù)是在計算機輔助設(shè)計（CAD） 等技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的多維模型信息集成技術(shù)， 是對建筑工程物理特征和功能特性信息的數(shù)字化承載和可視化表達。 即建筑信息化模型技術(shù)， 主要采用三位數(shù)字建模技術(shù)， 對建筑物體構(gòu)建可視化3D數(shù)字模型， 然后圍繞建筑主體結(jié)構(gòu)及道橋主要節(jié)點進行三維動態(tài)設(shè)計及仿真模擬[1]。 BIM可以讓道橋工程在模塊化、 可視化以及系統(tǒng)化下達成預期設(shè)計目標。尤其是在國家大力提倡智慧型城市這一背景下， 需要不斷對道橋的設(shè)計與施工理念進行創(chuàng)新， 讓道橋設(shè)計向著信息化發(fā)展， 而BIM技術(shù)則正好滿足這一需求。

我院于2013 年末即安排人員培訓學習BIM 技術(shù)， 并在后期運用到項目設(shè)計中， 從初期的鴻業(yè)路立得、 管立得到如今的廣聯(lián)達路易、 管立得， 迄今已將近10 年。

在實際應用中， BIM技術(shù)可以在三維模型中把主項與分項工程的技術(shù)參數(shù)、 設(shè)計周期以及進度安排等信息相結(jié)合。 并且將BIM應用到道橋設(shè)計中后，設(shè)計人員可以將BIM技術(shù)與CAD軟件融合在一起，然后對道橋工程進行繪圖， 使道橋工程的設(shè)計細節(jié)變得更加精細， 最大程度上提高道橋工程質(zhì)量， 盡量避免設(shè)計疏漏， 防止安全事故發(fā)生。

BIM技術(shù)在道橋設(shè)計時， 設(shè)計人員對BIM三維模型中的各要素進行明確分析， 同時對各要素進行實體測繪， 在測繪完成后將各要素融入系統(tǒng)當中，最后對各要素分別進行建模并將其整合在一起， 形成一個完整的模型系統(tǒng)。 通常情況下在道橋設(shè)計中BIM三維模型各要素主要為： 地形地貌、 道路、 橋梁、 上跨、 下穿、 隧道、 路橋附屬物以及地面模型等。

2 BIM技術(shù)在道橋設(shè)計中的應用特點

2.1 較高可視化性與模擬性

BIM技術(shù)通過相關(guān)組件信息， 形成交互式3D效果， 來實現(xiàn)可視化這一目標。 在工程管理中， 可視化技術(shù)的應用效果極其可觀， 在道橋設(shè)計中發(fā)揮著關(guān)鍵作用[2]。

由于BIM技術(shù)具有可視化性與模擬性的特點，故將BIM技術(shù)應用到道橋設(shè)計當中， 能夠很好的將設(shè)計人員的設(shè)計理念充分展示， 將各構(gòu)件之間的關(guān)聯(lián)明確顯示。 可以在前期的方案匯報中將虛化的道橋通過BIM切實展示， 讓領(lǐng)導專家們一目了然， 既增強匯報效果， 又提高后續(xù)道橋設(shè)計中涉及細節(jié)問題的處理， 提高設(shè)計效率與質(zhì)量。 另外BIM技術(shù)還擁有極高的數(shù)字化與智能化特征， 可以根據(jù)道橋項目的各要素構(gòu)建數(shù)字化模型， 提升道橋設(shè)計水平，如圖1 所示。

圖1 BIM技術(shù)中項目三維立體圖

2.2 擁有良好的協(xié)調(diào)性

由于道橋項目的建設(shè)單位、 設(shè)計單位等單位間之間相互獨立， 增加彼此間的聯(lián)系， 是確保道橋項目能夠有序進行的基礎(chǔ)與前提。 但實際中， 各項目參與主體存在差異， 要求設(shè)計人員在道橋項目設(shè)計時必須要結(jié)合多方意見， 根據(jù)具體情況優(yōu)化設(shè)計方案， 確保設(shè)計質(zhì)量。 由于BIM技術(shù)擁有良好的協(xié)調(diào)性， 在運用BIM設(shè)計后， 設(shè)計人員便可以借助BIM技術(shù)對整個道橋施工過程進行模型分析與整合， 并對工程項目中可能存在的問題進行合理預估， 如此便能夠有效協(xié)調(diào)各部門的意見， 使項目能夠順利進行。

2.3 利用BIM技術(shù)對市政道橋設(shè)計進行優(yōu)化

BIM技術(shù)應用在道橋設(shè)計當中， 可以有效提高道橋施工效率， 保障施工質(zhì)量， 確保道橋工程符合相關(guān)標準。 對部分施工難度較高的項目， 設(shè)計人員在設(shè)計時， 往往需要借助眾多專業(yè)化設(shè)備來開展相關(guān)工作， 但這樣會存在很大的缺陷。 若在這個過程中設(shè)計人員加強BIM技術(shù)的應用， 便可以利用BIM技術(shù)對道橋設(shè)計進行優(yōu)化， 以彌補二維設(shè)計中的缺陷。

3 道橋設(shè)計中BIM技術(shù)的應用優(yōu)勢

3.1 多元模擬優(yōu)化和多參數(shù)驅(qū)動

運用BIM技術(shù)所搭建的模型不光是視覺上的搭建， 還包括對搭建功能、 時間與性能的模擬以及對搭建圖形的模擬。 因此設(shè)計人員將BIM技術(shù)應用到道橋設(shè)計中， 可借助BIM技術(shù)來搭建相應的模型，從而對道橋施工過程中可能遇到的問題提前預測，并制定相應的對策， 有效加強對道橋施工過程的管控， 保證施工質(zhì)量， 防止安全事故的發(fā)生。 若在道橋施工過程中遇到安全問題， 通過此方式， 相關(guān)人員能夠第一時間發(fā)現(xiàn)， 然后采取相應措施予以補救，使工程能夠順利進行。 此外， 設(shè)計人員利用BIM技術(shù)搭建的模型對復雜問題進行分析， 并科學、 合理優(yōu)化設(shè)計方案， 為后續(xù)的道橋施工打下堅實的基礎(chǔ)，保障項目質(zhì)量。 在BIM模型當中， 技術(shù)元素與圖片都不是獨立的， 各參數(shù)間彼此聯(lián)系， 設(shè)計人員對方案進行修改時， 與其關(guān)聯(lián)之處會自動調(diào)整， 以此來滿足工程要求， 能夠有效提高設(shè)計效率， 提升設(shè)計品質(zhì)。

3.2 提升道橋的整體工作效率

設(shè)計人員在對道橋進行設(shè)計時， 會受到各種因素的影響， 使得道橋設(shè)計方案存在缺陷， 難以保證后續(xù)的施工效率與施工質(zhì)量。 所以必須要加強BIM技術(shù)的應用， 并科學、 合理地利用BIM技術(shù)的特點與作用， 對整個道橋項目的施工過程進行模擬， 并對施工期間可能遇到的問題進行研究分析， 然后提前做好應急預案， 確保施工過程有序進行。 同時將BIM技術(shù)應用到道橋設(shè)計中， 還能夠?qū)椖康脑O(shè)備使用與人員物資分配情況進行合理分析， 細化各環(huán)節(jié)的資金成本等， 借助立體模型掌握道橋工程的施工進度及工程量完成情況， 通過這種方式， 可以最大程度上提高工程施工效率， 強化施工管理， 保證施工安全， 促進工程發(fā)展進步。 另外BIM技術(shù)的應用， 項目管理人員通過互聯(lián)網(wǎng)可了解項目施工期間的具體信息， 當施工中出現(xiàn)突發(fā)意外時， BIM技術(shù)便能夠第一時間把事故的具體情況向管理人員進行反饋， 使管理人員能夠及時采取措施進行應對， 以此來保障項目施工質(zhì)量， 讓施工能夠順利進行。

3.3 地下管線綜合設(shè)計3D運用

設(shè)計人員在對地下管線進行設(shè)計時， 設(shè)計人員在道路管線設(shè)計前， 做好數(shù)據(jù)信息采集與分析工作，然后根據(jù)分析結(jié)果對管線走向進行科學規(guī)劃， 有序合理地選擇管徑及管材， 為后續(xù)管道加工作業(yè)提供數(shù)據(jù)支持， 明確每根管子、 每個井所在的道路板塊位置和高程， 確保符合管線要求， 保障工程質(zhì)量。同時， 設(shè)計人員可以借助BIM技術(shù)對地下管線的分布情況開展3D模擬并構(gòu)建模型， 使整個施工方案能夠清楚展現(xiàn)在人們面前， 還可以提前確認管道上所預留的孔洞是否合理， 并對所有管線進行碰撞檢測，然后對檢測結(jié)果進行研究分析， 確保管位等符合相關(guān)標準。 BIM管線基本涵蓋了市政管線設(shè)計的全部內(nèi)容， 從地形處理到道路繪制， 從平面設(shè)計到縱斷面設(shè)計， 從給水、 污水、 雨水設(shè)計到各類管線綜合調(diào)整， 從管網(wǎng)平差計算到污水雨水計算， 與工程實際理念相通， 與上下游專業(yè)數(shù)據(jù)完全互通， 高效協(xié)作。 有很強的實用性。

3.4 道橋項目施工中BIM的應用

3D可視化-4D時間-5D成本的特征是BIM技術(shù)顯著的應用優(yōu)勢， 合理利用這些特征能夠便于工程項目的施工過程中各個環(huán)節(jié)的精細化管理[3]。 設(shè)計人員在對道橋項目進行設(shè)計時， 科學、 合理利用BIM技術(shù)進行立體模型搭建， 可以將成本預算以及施工進度等數(shù)據(jù)信息整合在一起， 并將施工安全管理、 施工合同以及設(shè)計圖紙相結(jié)合， 從而準確模擬出工程施工過程， 然后利用技術(shù)手段對其進行監(jiān)控，從而計算出項目的施工進度與物資使用情況， 進而達成對項目施工的實時控制。

除此之外， BIM技術(shù)可以幫助設(shè)計人員對各類數(shù)據(jù)進行研究分析， 如此不僅能夠有效節(jié)約施工周期， 還可以降低道橋施工成本， 提高工程效率， 促進道橋工程穩(wěn)定有序的發(fā)展。

4 以我院與交規(guī)院聯(lián)合體中標的楚都大道道橋設(shè)計為例

4.1 工程概況

楚都大道長5.4km， 城市主干道， 設(shè)計速度60km/h。道路自壽縣瓦埠路交口東140m起坡， 上跨濱湖大道、與壽縣保莊圩大堤平交， 跨東淝河、 施家湖， 與唐山鎮(zhèn)保障圩平交、 下穿合淮阜高速公路， 終點接S102 省道與夏郢孜路交口。 全線路堤約890m， 橋梁約4555m， 其中跨壽縣濱湖大道上跨橋長175m， 東淝河大橋西引橋2590m， 東淝河大橋長320m（85 +150 +85 連續(xù)剛構(gòu)主橋）， 東淝河大橋東引橋1470m， 引橋采用標準跨徑35m的等高度簡支變連續(xù)小箱梁結(jié)構(gòu)。

整個道路涉及上跨下穿， 要確保設(shè)計的合理性，保障設(shè)計質(zhì)量， 設(shè)計人員在對道橋設(shè)計時首先準確了解工程項目的設(shè)計需求， 通過原地形地貌建模，設(shè)計與楚都大道相交道路的上跨、 下穿三維模型，并根據(jù)項目的實際情況對設(shè)計方案進行優(yōu)化比選，最后選擇通過BIM技術(shù)對道路工程進行設(shè)計分析匯報。 但該項目推進到初設(shè)階段， 最終因用地性質(zhì)問題暫時擱淺。

4.2 BIM技術(shù)在道橋設(shè)計方面的具體應用

將BIM技術(shù)應用在道橋設(shè)計中， 可以讓道橋的設(shè)計方案更科學、 合理。 結(jié)合項目具體情況， 有針對性地進行道橋設(shè)計， 來保證道橋設(shè)計質(zhì)量， 確保項目工程符合相關(guān)標準， 使項目工程順利進行。

4.2.1 BIM技術(shù)在工程設(shè)計數(shù)據(jù)支持中的應用

BIM技術(shù)能夠通過技術(shù)和數(shù)據(jù)兩方面的支持來更好地提高道橋設(shè)計科學合理， 能夠更加切合現(xiàn)實的施工情況[4]。 道橋BIM設(shè)計中， 設(shè)計、 三維、 計量、 出圖等工作都緊密圍繞著BIM信息為核心， 順理成章地實現(xiàn)了所見即所得、 模擬、 優(yōu)化、 以及不同專業(yè)間的協(xié)調(diào)功能， 對數(shù)據(jù)有了精確把握， 路基和邊坡、 路面結(jié)構(gòu)層、 緣石、 上跨、 下穿等都是擁有完整工程屬性的整體特征對象， 不再是傳統(tǒng)的靠斷面拼湊的數(shù)據(jù)， 因此能夠提供精確的工程算量數(shù)據(jù)。 并且， 隨著BIM技術(shù)在工程建設(shè)領(lǐng)域的推廣應用， BIM信息將成為銜接規(guī)劃、 設(shè)計、 施工、 運維的整個工程全生命周期的信息載體。 道橋BIM設(shè)計可直接復制整個工程進行備份、 交流， 也可針對某一具體的地形、 路線等數(shù)據(jù)文件進行這些操作。 采用了樣板化技術(shù)， 可根據(jù)各類工程的設(shè)計要求和習慣進行個性化設(shè)置， 使工程管理不再繁瑣。 并且在設(shè)計中有智能聯(lián)動功能， 當修改路線、 設(shè)計縱斷、道路等對象時， 所有依據(jù)它們生成的數(shù)據(jù)、 模型都會自動更新， 并且后期的三維立體功能還可以在一個高仿真的環(huán)境中模擬行車， 有很強的代入感。 加強BIM技術(shù)在工程設(shè)計當中的應用， 可以讓設(shè)計人員更加直觀了解整個設(shè)計方案， 同時施工人員也可以借助立體化模型對各構(gòu)件之間的關(guān)系有更準確認識， 從而更加科學、 合理開展施工作業(yè)， 以此來保證施工質(zhì)量， 防止安全事故的發(fā)生， 促進項目的有序進行。

4.2.2 BIM技術(shù)在施工現(xiàn)場分析中的應用

為了保障道橋設(shè)計水平及質(zhì)量的提高， 設(shè)計人員在道橋設(shè)計時需盡量優(yōu)化設(shè)計， 必須要結(jié)合施工現(xiàn)場的地質(zhì)條件與地理環(huán)境， 并以此為基礎(chǔ)開展設(shè)計工作， 只有這樣才能最大程度提高道橋設(shè)計方案的可行性以及合理性， 使道橋工程能夠順利進行。然而這對于設(shè)計人員的專業(yè)水平有著極高的要求，而將BIM技術(shù)應用到設(shè)計優(yōu)化中， 可以讓設(shè)計人員更加方便進行數(shù)據(jù)挖掘， 收集各種數(shù)據(jù)信息， 為后續(xù)的模型構(gòu)建提供數(shù)據(jù)支持。 并且利用BIM技術(shù)當中的可視化技術(shù)， 可以讓設(shè)計人員找到設(shè)計方案中存在的問題， 然后及時進行解決， 從而保證道橋質(zhì)量， 防止安全事故的發(fā)生， 最大程度上降低施工風險， 提升道橋綜合設(shè)計質(zhì)量和水平。

4.2.3 BIM技術(shù)在道橋設(shè)計科技研發(fā)中的應用

由于BIM技術(shù)的特點， 因此設(shè)計人員還可以將BIM技術(shù)應用在科技研發(fā)當中， 推動研發(fā)工作順利進行[5]。 設(shè)計人員在將BIM 技術(shù)應用在三維建模時， 可以通過對設(shè)計的優(yōu)化使整個設(shè)計質(zhì)量得到提升， 確保道橋設(shè)計質(zhì)量符合相關(guān)標準。 但需要注意的是， 因為設(shè)計人員是BIM技術(shù)應用的實施者， 設(shè)計人員的專業(yè)素養(yǎng)將直接決定BIM技術(shù)的應用效果，因此要想加強BIM技術(shù)在道橋設(shè)計中的應用， 就必須要加強對設(shè)計人員的培訓， 提升設(shè)計人員的專業(yè)水平， 使其具備專業(yè)的知識與技能， 從而更好開展道橋工程設(shè)計， 發(fā)揮出BIM技術(shù)在道橋設(shè)計中的作用和價值， 確保道橋工程質(zhì)量符合標準。

5 結(jié)語

綜上所述， 在BIM技術(shù)條件下加強道橋設(shè)計，需要綜合考慮各種BIM技術(shù)在道橋設(shè)計中的應用方法與實際情況， 擇選出最有利方案， 應用于道橋項目中。 讓BIM技術(shù)完美的融合于道橋項目規(guī)劃、 設(shè)計、 施工、 運維的整個工程全生命周期中， 進一步推進道橋工程的發(fā)展。