BIM 技術(shù)在路橋設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

龍芳平

（廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，廣東 廣州 510010）

傳統(tǒng)模式下路橋設(shè)計(jì)工作更多憑借技術(shù)人員的工作經(jīng)驗(yàn)和第三方軟件，信息收集不全面，影響了工程量的計(jì)算，降低了路橋設(shè)計(jì)質(zhì)量，為路橋項(xiàng)目后續(xù)施工埋下了安全隱患。BIM 技術(shù)的廣泛應(yīng)用解決了傳統(tǒng)技術(shù)的缺陷，為路橋設(shè)計(jì)提供了全新的方案，能夠充分發(fā)揮BIM 技術(shù)優(yōu)勢和作用，將路橋設(shè)計(jì)方案更加清晰、立體地展示出來，將各個(gè)環(huán)節(jié)和關(guān)鍵性信息匯集到系統(tǒng)化的環(huán)境當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)和施工的一體化管理目標(biāo)。

1 BIM 技術(shù)的基本概念和特點(diǎn)

1.1 BIM 技術(shù)概念

BIM 技術(shù)概念最早源于20 世紀(jì)70 年代，逐漸在建筑領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用，BIM 又被稱為建筑信息管理，能夠?qū)ㄖこ谈黜?xiàng)基礎(chǔ)信息進(jìn)行收集與分析，在信息基礎(chǔ)上構(gòu)建完善的建筑模型，實(shí)現(xiàn)建筑物的仿真和模擬，實(shí)現(xiàn)了虛擬技術(shù)與現(xiàn)實(shí)建筑的完美融合。從技術(shù)本質(zhì)上分析，BIM 技術(shù)主要是利用電子模型對建筑信息綜合轉(zhuǎn)換的具體過程，各個(gè)施工環(huán)節(jié)和隱蔽性工程信息能夠精準(zhǔn)地轉(zhuǎn)換成數(shù)字進(jìn)行充分的表達(dá)，并在信息技術(shù)的推動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)了BIM 技術(shù)從平面向立體空間的轉(zhuǎn)變，由此BIM 技術(shù)在建筑領(lǐng)域所發(fā)揮的作用也越發(fā)明顯[1]。

1.2 BIM 技術(shù)優(yōu)點(diǎn)分析

1.綜合性。BIM 技術(shù)能夠?qū)ㄖ㈨?xiàng)、設(shè)計(jì)、施工以及后期維修管理等多個(gè)環(huán)節(jié)的信息進(jìn)行全面的收集與分析，使之逐漸形成全面、完善的數(shù)字化建造模型。

2.協(xié)同性。BIM 技術(shù)能夠在建筑項(xiàng)目各個(gè)參與者和部門之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的及時(shí)傳遞和交流，加強(qiáng)參與方協(xié)作力量，進(jìn)一步提升項(xiàng)目設(shè)計(jì)完善性，保障施工質(zhì)量。

3.可視化。BIM 技術(shù)在路橋設(shè)計(jì)工作中能夠借助數(shù)字化技術(shù)將全面的數(shù)據(jù)信息整合形成可視化、立體化的建筑模型，幫助項(xiàng)目管理人員更好地掌握項(xiàng)目設(shè)計(jì)重點(diǎn)內(nèi)容和結(jié)構(gòu)分析，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷和不足并予以糾正。

4.精確性。BIM 技術(shù)能夠根據(jù)參數(shù)信息實(shí)時(shí)計(jì)算路橋工程施工中突發(fā)的問題和變化，及時(shí)為施工人員進(jìn)行正確的指導(dǎo)。

2 BIM 技術(shù)在市政路橋設(shè)計(jì)中的應(yīng)用優(yōu)勢

2.1 實(shí)現(xiàn)了虛擬建筑中的設(shè)計(jì)

BIM 技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用極大地解決了平面設(shè)計(jì)的缺陷和不足，實(shí)現(xiàn)了路橋建筑項(xiàng)目的虛擬設(shè)計(jì)。BIM 技術(shù)應(yīng)用軟件中包含了兩方面內(nèi)容：一是模型軟件，能夠根據(jù)設(shè)計(jì)人員意圖以及勘察數(shù)據(jù)信息構(gòu)建虛擬化的路橋項(xiàng)目設(shè)計(jì)，通過立體化模型進(jìn)行展示，并對各個(gè)分項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行細(xì)致觀察，全方位、多角度地對路橋建筑模型旋轉(zhuǎn)效果以及空間結(jié)構(gòu)等進(jìn)行檢查，并一一細(xì)化和調(diào)整。二是分析軟件，將路橋設(shè)計(jì)軟件與實(shí)際信息進(jìn)行對比分析，能夠?qū)μ摂M軟件內(nèi)容進(jìn)行不斷的優(yōu)化和調(diào)整，優(yōu)化速度加快可以實(shí)現(xiàn)一鍵操作，極大地提升了路橋項(xiàng)目設(shè)計(jì)模型的完善性和合理性[2]。

2.2 能夠自動(dòng)生成和修改圖紙內(nèi)容信息

基于BIM 技術(shù)常見完善的路橋設(shè)計(jì)模型后，設(shè)計(jì)人員可以發(fā)揮軟件優(yōu)勢自動(dòng)生成相關(guān)的設(shè)計(jì)圖紙、文檔信息以及表格等，并根據(jù)具體要求合理選擇平面或立體類型視圖。自動(dòng)生成的文檔中涵蓋了路橋項(xiàng)目施工的基礎(chǔ)信息，例如材料、建設(shè)面積以及主要成本等，為選擇路橋設(shè)計(jì)方案以及為后續(xù)各個(gè)環(huán)節(jié)的施工管理提供了全面的數(shù)據(jù)信息參考，對提升路橋項(xiàng)目施工質(zhì)量和使用安全性發(fā)揮了重要的作用。另外，由于路橋項(xiàng)目設(shè)計(jì)圖紙等內(nèi)容是軟件自動(dòng)生成的，因此一旦在BIM 軟件中修改，各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息以及設(shè)計(jì)圖紙等內(nèi)容也會(huì)及時(shí)更新，實(shí)現(xiàn)了信息的查漏補(bǔ)缺，避免了人工修改的繁瑣，極大地提升了路橋設(shè)計(jì)效率。

2.3 提升路橋設(shè)計(jì)評估效率

BIM 軟件中涵蓋的分析功能能夠?qū)?dǎo)入的各項(xiàng)路橋圖形信息進(jìn)行快速、細(xì)致地分析與處理，并從面積、施工以及性能等多個(gè)角度對路橋設(shè)計(jì)進(jìn)行全方位的分析與評估，確保路橋項(xiàng)目設(shè)計(jì)具有較強(qiáng)的安全性和可行性，減少在路橋設(shè)計(jì)性能方面耗費(fèi)的資源，最大限度地保障路橋設(shè)計(jì)質(zhì)量。傳統(tǒng)模式下路橋設(shè)計(jì)評價(jià)主要以人工經(jīng)驗(yàn)為主，往往會(huì)受到各項(xiàng)因素的影響和制約，導(dǎo)致評價(jià)結(jié)果缺少客觀性和準(zhǔn)確性。BIM 技術(shù)的應(yīng)用能夠彌補(bǔ)和優(yōu)化傳統(tǒng)評價(jià)方式的缺陷和不足，充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)技術(shù)的優(yōu)勢和作用，精準(zhǔn)地對路橋設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行多角度評估與分析，確保路橋項(xiàng)目中各個(gè)參與方能夠及時(shí)了解路橋設(shè)計(jì)的不足。也就是說，BIM 技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了路橋設(shè)計(jì)評估向智能化和自動(dòng)化方向的轉(zhuǎn)變[3]。

2.4 實(shí)現(xiàn)專業(yè)的協(xié)同工作

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，路橋施工水平不斷進(jìn)步，在交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)越發(fā)復(fù)雜的基礎(chǔ)上，人們對路橋項(xiàng)目建設(shè)質(zhì)量和水平的要求也越發(fā)嚴(yán)格，路橋施工難度與日俱增，各個(gè)專業(yè)的協(xié)同施工已經(jīng)成為必然趨勢。在此背景下，需要實(shí)現(xiàn)專業(yè)的協(xié)同工作，加強(qiáng)各個(gè)專業(yè)之間的交流和融會(huì)。通常情況下，路橋項(xiàng)目涵蓋了多項(xiàng)內(nèi)容，涉及建筑學(xué)、結(jié)構(gòu)學(xué)以及給排水技術(shù)等，而BIM 技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用能夠打破專業(yè)之間的禁錮，實(shí)現(xiàn)專業(yè)協(xié)同發(fā)展。除此之外，BIM 技術(shù)還能夠?qū)崿F(xiàn)跨區(qū)域交流，突破時(shí)間和地域的限制，解決不同設(shè)計(jì)人員之間的矛盾，保障路橋設(shè)計(jì)質(zhì)量[4]。

3 路橋設(shè)計(jì)現(xiàn)狀分析

3.1 路橋設(shè)計(jì)方案落后

路橋設(shè)計(jì)涵蓋了多項(xiàng)內(nèi)容，在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，部分設(shè)計(jì)人員將更多的注意力放在橋梁結(jié)構(gòu)壓力強(qiáng)力計(jì)算方面，從而忽視了路橋結(jié)構(gòu)體系以及原材料的安全性和耐久性方面。除此之外，部分設(shè)計(jì)人員并未結(jié)合實(shí)際情況沿用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，缺少創(chuàng)新性意識，影響了路橋設(shè)計(jì)水平的提升。設(shè)計(jì)理念落后便會(huì)影響路橋設(shè)計(jì)方案的完善性，為路橋項(xiàng)目使用埋下安全隱患。

3.2 橋梁設(shè)計(jì)缺乏綜合性的考量

路橋設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)把控不嚴(yán)謹(jǐn)也會(huì)影響路橋整體設(shè)計(jì)的合理性和完善性。在路橋設(shè)計(jì)過程中，若是僅僅考慮橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和承載力并將其作為衡量橋梁項(xiàng)目是否完善的主要標(biāo)準(zhǔn)，是極不合理的。路橋項(xiàng)目自投入使用后會(huì)受到自然環(huán)境、車輛承載力以及自然災(zāi)害等多種因素的影響和干擾。因此，在路橋設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)事先考慮可能對路橋項(xiàng)目產(chǎn)生影響的各項(xiàng)因素，并從多角度考慮耐久性以及安全性的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度特征，降低各項(xiàng)因素對橋梁項(xiàng)目整體質(zhì)量的影響，減少橋梁結(jié)構(gòu)問題的出現(xiàn)概率，保障路橋設(shè)計(jì)的合理性。

3.3 施工技術(shù)因素

傳統(tǒng)路橋設(shè)計(jì)主要采用的CAD 技術(shù)以平面設(shè)計(jì)為主，在平面元素上適當(dāng)加入建筑專業(yè)符號進(jìn)行表述，對于路橋設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)部分，則需要對單獨(dú)進(jìn)行繪制并配以文字和數(shù)據(jù)信息進(jìn)行闡述，對于復(fù)雜且龐大的建筑項(xiàng)目而言，不僅會(huì)增加設(shè)計(jì)難度和工作量，而且CAD技術(shù)表現(xiàn)力不足，無法準(zhǔn)確地展示設(shè)計(jì)人員的真實(shí)意圖。另外，CAD 模式中各專業(yè)協(xié)同問題難以解決，在設(shè)計(jì)過程中缺少足夠的交流和信息分享，一旦出現(xiàn)專業(yè)沖突或?qū)I(yè)交叉問題勢必要對路橋設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行反復(fù)修改和復(fù)制，浪費(fèi)了大量的時(shí)間精力，矛盾不斷增多。

4 BIM 技術(shù)在路橋設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

在路橋設(shè)計(jì)工作中可以加強(qiáng)BIM 技術(shù)的應(yīng)用，充分發(fā)揮BIM 技術(shù)的綜合性、可視化和協(xié)同性優(yōu)勢，加強(qiáng)資源的利用效率，實(shí)現(xiàn)各個(gè)專業(yè)的協(xié)同發(fā)展，保障路橋設(shè)計(jì)方案的完善性和準(zhǔn)確性，為后續(xù)路橋項(xiàng)目施工提供正確的指導(dǎo)。

4.1 設(shè)計(jì)模型并計(jì)算工程量

首先，設(shè)計(jì)人員在創(chuàng)建路橋新項(xiàng)目的過程中，要在平面軸網(wǎng)中合理地根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置不同標(biāo)段和標(biāo)高，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)族的創(chuàng)建，隨后設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格遵守設(shè)計(jì)流程依次以樁基礎(chǔ)、墩帽等結(jié)構(gòu)作為基礎(chǔ)創(chuàng)建項(xiàng)目內(nèi)容；其次，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)根據(jù)路橋設(shè)計(jì)圖紙取一個(gè)原始點(diǎn)，并逐漸加入下弦桿以及橋面板等構(gòu)件內(nèi)容向外蔓延和輻射；最后完成橋面繪制圖紙。綜合上述所有內(nèi)容進(jìn)行完善的組合和設(shè)計(jì)便能夠在BIM 軟件中實(shí)現(xiàn)路橋設(shè)計(jì)圖紙的立體化模型。路橋設(shè)計(jì)模型具有立體化、可視化特點(diǎn)，能夠清晰地展示路橋建筑項(xiàng)目施工流程以及各個(gè)專業(yè)之間的交叉協(xié)作，對提升施工前技術(shù)交底效率和發(fā)現(xiàn)路橋設(shè)計(jì)缺陷，提升路橋設(shè)計(jì)完善性，保障路橋項(xiàng)目施工質(zhì)量具有十分重要的作用[5]。

除此之外，在傳統(tǒng)工作模式中主要采用CAD 或者是造價(jià)軟件對路橋項(xiàng)目工程量進(jìn)行計(jì)算，需要耗費(fèi)大量的人力、物力、財(cái)力，且計(jì)算數(shù)據(jù)也缺少全面性和準(zhǔn)確性。而利用BIM 技術(shù)構(gòu)建的路橋建筑虛擬模型能夠?qū)Ω鱾€(gè)構(gòu)件相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行調(diào)閱和計(jì)算，并將統(tǒng)計(jì)后的工程量以表格的方式清晰地呈現(xiàn)出來，即使需要對某部分路橋模型構(gòu)件進(jìn)行修改，BIM 系統(tǒng)也能夠及時(shí)進(jìn)行修改并自動(dòng)生產(chǎn)表格，保障工程量計(jì)算的準(zhǔn)確性和合理性。

4.2 對市政路橋建筑場地進(jìn)行分析

路橋設(shè)計(jì)工作需要以現(xiàn)實(shí)施工場地為基礎(chǔ)進(jìn)行調(diào)研和分析，因此設(shè)計(jì)的最終目的是將虛擬的設(shè)計(jì)圖紙打造成為實(shí)物，解決人們的工作生活需求。因此，路橋項(xiàng)目場地分析也是BIM 技術(shù)應(yīng)用的重要內(nèi)容之一。在此環(huán)節(jié)中，為了保障場地分析數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，設(shè)計(jì)人員需要將BIM 技術(shù)與GIS 地理信息系統(tǒng)進(jìn)行充分的融合，并立足施工場地與空間數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，確保路橋建筑項(xiàng)目在規(guī)劃環(huán)節(jié)中能夠?qū)?xiàng)目施工場地的地理特點(diǎn)以及使用條件等進(jìn)行全方位、多角度的分析與評估，最大限度地保障施工場地規(guī)劃布局的合理性，滿足路橋設(shè)計(jì)方案需求，為后續(xù)路橋項(xiàng)目施工奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

4.3 對市政路橋建筑的規(guī)劃進(jìn)行設(shè)計(jì)

路橋設(shè)計(jì)工作中如何有效地解讀龐大復(fù)雜的空間標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)成為設(shè)計(jì)人員主要面臨的困境。通過BIM技術(shù)，設(shè)計(jì)人員能夠在前期規(guī)劃環(huán)節(jié)對路橋項(xiàng)目幾何空間進(jìn)行詳細(xì)的思考和設(shè)計(jì)，并根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況對設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，在保障設(shè)計(jì)質(zhì)量的基礎(chǔ)上縮短設(shè)計(jì)所用的時(shí)間，提升設(shè)計(jì)效率和價(jià)值，確保路橋項(xiàng)目建設(shè)獲得預(yù)計(jì)的經(jīng)濟(jì)效益。

4.4 對市政路橋建筑的方案進(jìn)行論證

在路橋設(shè)計(jì)方案正式開工之前，施工單位應(yīng)當(dāng)組織設(shè)計(jì)人員和參與方對設(shè)計(jì)方案內(nèi)容是否具有可行性和經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行充分的論證思考，保障路橋項(xiàng)目得以在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)保質(zhì)保量地完成，實(shí)現(xiàn)預(yù)期經(jīng)濟(jì)效益。BIM 技術(shù)在路橋設(shè)計(jì)工作中的廣泛應(yīng)用能夠加快路橋設(shè)計(jì)空間評估工作質(zhì)量和效率，并及時(shí)向建筑單位以及各個(gè)參與方及時(shí)反映相關(guān)信息。通過BIM 工作平臺能夠加強(qiáng)各個(gè)參與方之間的交流與聯(lián)系，并對設(shè)計(jì)方案內(nèi)容的各個(gè)部分進(jìn)行論證，及早達(dá)成共識，有效縮短信息交流時(shí)間和精力，并保障路橋設(shè)計(jì)方案具有較強(qiáng)的可行性，杜絕安全隱患問題，提升資源利用效率。

4.5 實(shí)現(xiàn)三維的可視化設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)模式下路橋設(shè)計(jì)圖紙展示方式主要以平面圖形為主，不僅增加了設(shè)計(jì)人員信息資料收集難度和繪制圖紙所消耗的時(shí)間，同時(shí)也增加了施工單位理解難度，無法幫助各個(gè)參與方及時(shí)了解路橋項(xiàng)目整體情況和施工進(jìn)度，無法精準(zhǔn)地發(fā)現(xiàn)路橋設(shè)計(jì)方案中潛藏的安全隱患問題，路橋設(shè)計(jì)調(diào)整和優(yōu)化工作也無從下手，一旦出現(xiàn)問題，便會(huì)為路橋項(xiàng)目埋下安全隱患。將BIM技術(shù)有效應(yīng)用于路橋設(shè)計(jì)工作當(dāng)中，能夠以立體化、可視化的方式展示路橋設(shè)計(jì)最終呈現(xiàn)效果，幫助各個(gè)參與方清晰地觀察各個(gè)項(xiàng)目構(gòu)件的結(jié)構(gòu)以及參數(shù)信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患問題并予以修改和完善。

4.6 實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)

協(xié)同工作是建筑行業(yè)主要的施工管理問題，傳統(tǒng)路橋設(shè)計(jì)工作中，協(xié)同工作僅僅局限于設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，各個(gè)參與方在后續(xù)階段缺少足夠的信息交流，極易出現(xiàn)矛盾和糾紛問題。因此，將BIM 技術(shù)有效應(yīng)用于路橋設(shè)計(jì)工作中，能夠?qū)f(xié)同設(shè)計(jì)貫穿于路橋項(xiàng)目的全過程，確保建筑規(guī)劃、項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工管理以及運(yùn)營管理等多項(xiàng)內(nèi)容和資源充分融入路橋項(xiàng)目整體生命周期當(dāng)中，確保信息突破時(shí)間和地域的限制實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)交流和分享，為路橋項(xiàng)目后續(xù)施工予以正確的指導(dǎo)。

5 結(jié)語

路橋設(shè)計(jì)是否完善、準(zhǔn)確對路橋項(xiàng)目施工質(zhì)量以及交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的安全性具有至關(guān)重要的意義。因此，施工單位應(yīng)當(dāng)充分認(rèn)識到BIM 技術(shù)的優(yōu)勢和作用以及目前路橋設(shè)計(jì)工作中存在的缺陷和不足，站在總體規(guī)劃角度，從多個(gè)方面著手提出有效的應(yīng)用措施，明確BIM 技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域，不斷提升路橋項(xiàng)目施工質(zhì)量。隨著BIM 技術(shù)綜合性和智能性程度的不斷提升，BIM 技術(shù)功能和應(yīng)用領(lǐng)域也會(huì)逐漸完善，因此相關(guān)研究人員應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)BIM 技術(shù)的進(jìn)一步研究和分析，擴(kuò)展BIM 技術(shù)的功能，為路橋設(shè)計(jì)和建筑領(lǐng)域提供更多的幫助。