BIM技術(shù)在市政路橋工程中的應(yīng)用

【摘要】BIM技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于房屋建筑工程領(lǐng)域，但由于分項(xiàng)工程多、外部影響因素多、成本高、技術(shù)難度大等問(wèn)題，使得BIM技術(shù)在市政工程中的運(yùn)用還處在初級(jí)階段，遠(yuǎn)低于工業(yè)平均水平。文中針對(duì)目前城市路橋建設(shè)中存在的問(wèn)題，提出在城市路橋建設(shè)中引入BIM技術(shù)，利用Revit+Dynamo可視化程序建立橋梁BIM，并結(jié)合3ds Max動(dòng)畫(huà)技術(shù)，對(duì)BIM技術(shù)在建筑過(guò)程可視化過(guò)程中的應(yīng)用進(jìn)行探索。同時(shí)，結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)BIM技術(shù)在工程中的應(yīng)用進(jìn)行了論證。

【關(guān)鍵詞】BIM技術(shù)；路橋工程；施工質(zhì)量

【中圖分類(lèi)號(hào)】TU997 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-6028（2024）05-0001-03

0 引言

在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)，綜合運(yùn)輸系統(tǒng)也逐步健全起來(lái)。隨著社會(huì)的發(fā)展，對(duì)運(yùn)輸、基建以及工程質(zhì)量的要求越來(lái)越高。而B(niǎo)IM技術(shù)具有可視化、模擬和信息集成等優(yōu)點(diǎn)，這給交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提供了新的機(jī)遇。BIM技術(shù)的興起給建筑業(yè)帶來(lái)了巨大的變化，在公路和橋梁工程中集成信息模型技術(shù)，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行快速建模，實(shí)現(xiàn)施工流程的可視化、仿真和漫游，并探索BIM技術(shù)在公路橋梁建設(shè)中的應(yīng)用。

1 公路橋梁工程的特點(diǎn)及BIM技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

1.1 公路橋梁工程的特點(diǎn)

（1） 投資規(guī)模大，對(duì)工程的質(zhì)量有較高的要求。在修建公路橋梁時(shí)，要耗費(fèi)大量的自然資源和人力，因此，投資規(guī)模較大。此外，與其他建筑相比，橋梁主體結(jié)構(gòu)一經(jīng)建成，便不會(huì)在短期內(nèi)（設(shè)計(jì)使用期100～120年）內(nèi)進(jìn)行多次重復(fù)建設(shè)，這就需要對(duì)施工質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格控制。

（2） 建設(shè)周期長(zhǎng)，程序繁瑣。橋梁類(lèi)型有梁式橋、拱式橋、斜拉橋、懸索橋、組合橋等比較普遍的橋型，其建造過(guò)程也各不相同。另外，隨著橋梁跨度和尺寸的不斷增大，橋梁的結(jié)構(gòu)形式也在不斷地變得越來(lái)越復(fù)雜。與此同時(shí)，由于施工過(guò)程的復(fù)雜化，使得橋梁項(xiàng)目的施工工期也出現(xiàn)一定的延長(zhǎng)。

（3） 多方參與施工，工作環(huán)境復(fù)雜。公路橋梁工程是一種非常復(fù)雜的工程，它涉及許多參與主體，如設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理等，并涉及不同的部門(mén)。另外，大部分的公路橋梁工程都是在野外開(kāi)展，所面臨的地形、地質(zhì)、氣候等自然狀況較為復(fù)雜，而不同的建設(shè)項(xiàng)目所處的環(huán)境因素也會(huì)隨之變化，有許多不受控制的因素，因此，施工的環(huán)境也更為復(fù)雜[1]。

1.2 BIM的基本概念

美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)將BIM定義為一種可以進(jìn)行信息共享的平臺(tái)，反映了建筑工程的功能特征和物理特征，可以讓人們共享建筑工程的所有信息，從而為相關(guān)部門(mén)的政策制定提供有效的參考。在國(guó)內(nèi)，BIM的定義是一種基于現(xiàn)代信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，不斷適應(yīng)新的科技與實(shí)務(wù)的需求，而逐漸發(fā)展起來(lái)的一門(mén)資訊科技。利用數(shù)字技術(shù)，將建筑的結(jié)構(gòu)和建造特征進(jìn)行數(shù)字化存儲(chǔ)和傳輸，并以可視化的3D圖形形式表達(dá)出來(lái)，從而達(dá)到在設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)和運(yùn)營(yíng)各階段的信息管理、傳遞、共享與工作協(xié)作，推動(dòng)整個(gè)工程的信息化進(jìn)程。

BIM技術(shù)的關(guān)鍵是要向各個(gè)階段、各個(gè)參與方提供準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)和滿(mǎn)足需求的信息，并且貫穿于項(xiàng)目的整個(gè)過(guò)程中。從項(xiàng)目的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行到拆除全過(guò)程，上一期的資料為下一期的工作奠定了基礎(chǔ)，形成了一個(gè)閉合的信息流[2]。如此，通過(guò)BIM信息，工程技術(shù)和管理者能夠合理、有效地應(yīng)對(duì)和響應(yīng)。

1.3 BIM技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

（1） 加強(qiáng)協(xié)作程度，保證項(xiàng)目質(zhì)量。BIM技術(shù)的運(yùn)用，可以有效地降低專(zhuān)業(yè)間的沖突，提升設(shè)計(jì)質(zhì)量，并有效地降低由于設(shè)計(jì)缺陷引起的工程變更和返工。在深度設(shè)計(jì)階段，BIM技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的三維空間轉(zhuǎn)換表示，便于拆分。市政管道綜合技術(shù)能夠通過(guò)管道的自動(dòng)碰撞探測(cè)，及早發(fā)現(xiàn)管道碰撞問(wèn)題，并為市政管道的設(shè)置提供指引，使得后續(xù)建設(shè)能夠更加有序、平穩(wěn)地進(jìn)行[3]。

（2） 優(yōu)化施工方案，確保項(xiàng)目建設(shè)。通過(guò)對(duì)施工工藝介紹、施工難點(diǎn)的分析，使施工工藝的主要工序得到了較好的可視化，將施工模擬與工程建設(shè)的實(shí)際需求緊密結(jié)合。通過(guò)BIM技術(shù)，對(duì)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行3D可視化展示和演示，達(dá)到對(duì)工程風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)警、降低工程風(fēng)險(xiǎn)的目的。

（3） 精確的成本管理，有效地節(jié)省費(fèi)用。利用BIM技術(shù)，結(jié)合4D施工工藝模擬，實(shí)現(xiàn)對(duì)材料的精確控制。使用所確定的統(tǒng)計(jì)方程，可以得到各類(lèi)物料的確切數(shù)量，并制定采購(gòu)計(jì)劃。在這個(gè)基礎(chǔ)上，下達(dá)一個(gè)定額領(lǐng)料單，從而節(jié)省材料的消耗，減少項(xiàng)目的費(fèi)用。在項(xiàng)目完成后，對(duì)計(jì)劃和實(shí)際所需的材料進(jìn)行比較，并對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)化統(tǒng)計(jì)，為物資的動(dòng)態(tài)管理提供依據(jù)。

（4） 提升信息交流效率，為快速?zèng)Q策提供支撐。BIM具有3D可視化特征，能夠極大地提升協(xié)同交流的效率，使得各參與方能夠迅速地了解設(shè)計(jì)意圖，及早確定設(shè)計(jì)方案，降低后期多次修改所帶來(lái)的施工費(fèi)用和工期延誤。BIM由外而內(nèi)的全過(guò)程呈現(xiàn)，不僅能模擬外觀(guān)上的形態(tài)，還能給人以視覺(jué)上的感受和動(dòng)感，這是傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)圖紙很難達(dá)到的，它能為企業(yè)的決策提供很大的幫助[4]。

2 BIM技術(shù)應(yīng)用內(nèi)容

2.1 項(xiàng)目概況

以某高速公路標(biāo)段的一座橋梁項(xiàng)目為研究對(duì)象，所建設(shè)橋梁分為六聯(lián)：4 m×（4 m×30 m）+ （3 m×30 m + 25 m）+ 4 m×25 m，總長(zhǎng)度701.08 m，橋面凈寬為2 m×12.75 m，全寬28 m，橋面為雙向六車(chē)道，車(chē)道凈寬2 m×11.25 m，橋梁右下交角90°。上部結(jié)構(gòu)為25 m和30 m跨裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱梁，下部為柱式橋墩，地基為鉆孔灌注樁。設(shè)計(jì)時(shí)速為100 km，荷載等級(jí)為公路I級(jí)，結(jié)構(gòu)體系為先簡(jiǎn)支后橋面連續(xù)。

2.2 BIM模型的構(gòu)建

（1） 首先使用 Excel文檔對(duì)樁基及橋墩、墊石及支座、蓋梁、系梁、主梁、邊懸梁等參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和整理。

（2） 建立橋梁BIM的參數(shù)化組件庫(kù)。如臺(tái)背及錐坡、引橋、25 m和30 m箱梁橋及左右兩側(cè)懸梁、箱梁內(nèi)外輪廓、橋面混凝土和瀝青混凝土、左右護(hù)欄、樁基、墩柱臺(tái)、支座等。因橋上有平曲線(xiàn)，在同一懸臂上，各個(gè)部分的翼板寬度也不盡相同。為保證模型的精度，根據(jù)設(shè)計(jì)中提供的側(cè)懸梁翼板寬度參數(shù)，在箱形箱梁的外部截面上增加外部截面，得到符合規(guī)范要求的邊懸梁的參數(shù)系列。

（3） 利用Dynamo軟件對(duì)該橋進(jìn)行建模，得到該橋的3D建模。首先，選擇標(biāo)準(zhǔn)的米制模板來(lái)畫(huà)標(biāo)線(xiàn)的等高線(xiàn)，接著確定劃線(xiàn)的放樣路線(xiàn)。采用支架放置點(diǎn)產(chǎn)生放樣校準(zhǔn)曲線(xiàn)，鑒于標(biāo)線(xiàn)都有一定的間距和長(zhǎng)度，此處選擇6 m長(zhǎng)、9 m間距，為便于劃線(xiàn)等高線(xiàn)的布置，采用最大公因式，以基準(zhǔn)放樣曲線(xiàn)為基準(zhǔn)，每3 m設(shè)置一個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上，將投影線(xiàn)等高線(xiàn)放入相應(yīng)的固定長(zhǎng)度坐標(biāo)系統(tǒng)。最后，用放置法產(chǎn)生道路標(biāo)志，并將其輸出至Revit。

（4） 賦予模型材質(zhì)參數(shù)，確定建筑工地的三維總體布置。根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)要求，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)辦公區(qū)域、生活區(qū)、食堂、預(yù)制箱梁澆筑區(qū)和存梁區(qū)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)。

2.3 施工工藝動(dòng)畫(huà)的創(chuàng)建

項(xiàng)目以預(yù)制裝配式箱梁為應(yīng)用對(duì)象，針對(duì)吊裝及施工過(guò)程中存在的問(wèn)題，以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)，引入3ds Max軟件，建立可視化的施工過(guò)程動(dòng)畫(huà)，以突破傳統(tǒng)方法難以理解、難以理解的難題。利用3ds Max對(duì)其進(jìn)行動(dòng)畫(huà)建模，將其分為運(yùn)梁車(chē)入梁的300幀序列動(dòng)畫(huà)、450幀的運(yùn)梁車(chē)起梁的時(shí)序動(dòng)畫(huà)、850幀架橋機(jī)起梁的時(shí)序動(dòng)畫(huà)、架橋機(jī)的安裝和過(guò)橋690幀的時(shí)序動(dòng)畫(huà)。并通過(guò)Premiere等視頻編輯軟件合成，編制和輸出高清晰的箱梁吊裝動(dòng)態(tài)動(dòng)畫(huà)。

2.4 漫游動(dòng)畫(huà)的創(chuàng)建

Lumion是一款融合了高清晰度真實(shí)感繪制與場(chǎng)景動(dòng)畫(huà)的三維可視化軟件，主要應(yīng)用于影視、靜態(tài)畫(huà)面的繪制，也可以應(yīng)用到建筑設(shè)計(jì)等方面。而與Lumion進(jìn)行對(duì)接的BIM應(yīng)用程序中，Revit是最廣泛受用的，Revit與Lumion共同開(kāi)發(fā)一個(gè)名為“Lumion Live Sync”的插件，使得Revit所建立的模型能夠被Lumion軟件輸出，并能夠被Lumion軟件調(diào)用[5]。在此，考慮本項(xiàng)目顯卡配置等因素，所用的是Lumion8版本。

（1） 利用修改后的插件Lumion Live Sync，將所有由Revit建立的模型文件輸出為dae格式。

（2） 開(kāi)啟Lumion8，選中任何載入畫(huà)面，并將該模式檔案導(dǎo)入。盡管Lumion和Revit兩個(gè)文件都是開(kāi)放的，但是它們的材料庫(kù)是不兼容的，而Lumion的材料庫(kù)則更加豐富，更加真實(shí)。由于模型的材質(zhì)在Revit中是事先被歸類(lèi)的，因此在Lumion里只要改變材料和修改材料的參數(shù)就可以。

（3） 以L(fǎng)umion內(nèi)的樹(shù)、花、人、車(chē)等三維建模為基礎(chǔ)，來(lái)豐富場(chǎng)地布局。

（4） 制作漫游動(dòng)畫(huà)。選擇一下動(dòng)畫(huà)模式，選擇錄制，調(diào)節(jié)焦距，此處設(shè)置為15 mm。把畫(huà)面調(diào)到合適的位置，按一下照片，把當(dāng)前畫(huà)面保存，再照下一幕。要想使場(chǎng)景更加豐富，就必須在場(chǎng)景中添加諸如陽(yáng)光亮度、陰影等特效。動(dòng)畫(huà)作品的制作水準(zhǔn)，主要依賴(lài)于運(yùn)用鏡頭和構(gòu)圖的構(gòu)思。

用Lumion做的漫游動(dòng)畫(huà)，不僅操作簡(jiǎn)單，在鍵盤(pán)上的操作也和電腦游戲中的一樣，而且還很逼真，基本不需要調(diào)整參數(shù)。真實(shí)的虛擬實(shí)境，不僅能從各個(gè)角度考察建筑工地的布局是否合理，還能找出施工方案中存在的問(wèn)題，從而在實(shí)際施工之前就能將問(wèn)題解決掉，還能讓人有一種身臨其境的感覺(jué)。不管是身處在建工地，還是沉浸在竣工后的情景中，都能大大地豐富項(xiàng)目的渲染效果。

3 BIM橋梁施工應(yīng)用效益總結(jié)

3.1 施工作業(yè)效益

此橋梁的結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，具有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)高、管理要求高的特點(diǎn)。而B(niǎo)IM技術(shù)在復(fù)雜橋梁建設(shè)過(guò)程中靈活運(yùn)用，充分發(fā)揮其自身的特性和優(yōu)勢(shì)，為橋梁工程建設(shè)提供有力的支持，可以有效地提升復(fù)雜橋梁的建設(shè)工作效率和經(jīng)濟(jì)效益。將BIM技術(shù)用于橋梁施工渲染圖的繪制，并代替?zhèn)鹘y(tǒng)的2D平面圖，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜工程的可視化展示，引導(dǎo)橋梁建設(shè)工作的開(kāi)展。該功能的實(shí)現(xiàn)，不僅可以增強(qiáng)建筑人員的交流和溝通能力，還可以降低施工過(guò)程中出現(xiàn)的失誤、返工變更等問(wèn)題，從而提升工程建設(shè)工作的一次成形效率和施工效益[6]。

3.2 進(jìn)度管控效益

在橋梁施工全流程中引入BIM技術(shù)，利用BIM信息的整合和共享，可以對(duì)施工前、中、后的全過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)追蹤監(jiān)測(cè)和精細(xì)管理。運(yùn)用BIM技術(shù)模擬建設(shè)工程施工全過(guò)程，對(duì)建筑工人、材料、設(shè)備等各類(lèi)資源的進(jìn)場(chǎng)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，避免施工進(jìn)度的返工與延遲。在建筑模型中，可以將工程的進(jìn)度安排直觀(guān)地展示出來(lái)，并和實(shí)際的完成狀況進(jìn)行比較和分析，從而讓我們知道，在實(shí)際的施工過(guò)程中，是否存在著與計(jì)劃不符的地方，并對(duì)其進(jìn)行合理的糾正和調(diào)整。

3.3 安全質(zhì)量管理效益

在BIM技術(shù)支持下，工程質(zhì)量安全管理員可以迅速地掌握橋梁施工現(xiàn)場(chǎng)的質(zhì)量安全狀況，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)和主體狀況進(jìn)行更有針對(duì)性的監(jiān)督。同時(shí)，還可以利用BIM的軟件技術(shù)，迅速地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量安全問(wèn)題進(jìn)行拍照存檔、BIM問(wèn)題定位、整改通知下發(fā)以及整改驗(yàn)收等工作。BIM技術(shù)的運(yùn)用，讓工程建設(shè)的安全和質(zhì)量管理有了一個(gè)合理的依據(jù)，從而向規(guī)范化和規(guī)范化的方向發(fā)展。BIM技術(shù)的運(yùn)用既能減少工程建設(shè)的安全質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，又能極大地提升工程的管理工作效率。

3.4 經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益

利用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)建筑工程圖和施工流程的可視化，讓非專(zhuān)業(yè)人士更清楚、更有效地判定需求能否被滿(mǎn)足，提前發(fā)現(xiàn)工程中存在的問(wèn)題。通過(guò)施工過(guò)程仿真，準(zhǔn)確的數(shù)量統(tǒng)計(jì)，提高施工過(guò)程的管理水平。對(duì)建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)行優(yōu)化，并對(duì)資源的利用進(jìn)行跟蹤，節(jié)省建設(shè)時(shí)間和成本。BIM能讓工程師們?cè)陧?xiàng)目中節(jié)省出更多的時(shí)間，從而提高工作效率。此外，還可以防止在建設(shè)期間由于溝通和協(xié)調(diào)出現(xiàn)的管理問(wèn)題而增加投資。

4 結(jié)語(yǔ)

文中基于公路橋梁建設(shè)的特征，對(duì)BIM技術(shù)在橋梁建設(shè)中的應(yīng)用價(jià)值和可實(shí)現(xiàn)性進(jìn)行了深入的探索。同時(shí)，對(duì)BIM技術(shù)在橋梁建設(shè)中的應(yīng)用思路和技術(shù)進(jìn)行全面分析，通過(guò)工程實(shí)例對(duì)BIM技術(shù)在橋梁建設(shè)中的具體應(yīng)用、結(jié)果和收益進(jìn)行研究。BIM技術(shù)是互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代最先進(jìn)的科技產(chǎn)品，它改變了傳統(tǒng)的市政路橋設(shè)計(jì)理念，促進(jìn)路橋建設(shè)從平面走向立體，對(duì)提高工作效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量具有十分重要的意義。

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[作者簡(jiǎn)介]盧樹(shù)軍（1988—），男，廣西南寧人，大學(xué)本科，工程師，研究方向：房屋建筑工程。