BIM技術(shù)支持下的橋梁設(shè)計(jì)研究

摘要 為提高橋梁設(shè)計(jì)效率，保證橋梁建設(shè)質(zhì)量，該文結(jié)合實(shí)際橋梁項(xiàng)目，在設(shè)計(jì)階段應(yīng)用BIM技術(shù)，通過Revit構(gòu)建了橋梁族庫，并提出一種新的橋梁模型搭建流程，同時(shí)借助模型進(jìn)行橋梁景觀的設(shè)計(jì)，繪制了施工圖紙，設(shè)計(jì)了工程組織規(guī)劃方案。研究結(jié)果表明：BIM技術(shù)的應(yīng)用，能夠降低成本支出，提升橋梁建設(shè)效益，通過三維模型不斷完善橋梁設(shè)計(jì)圖，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對橋梁建設(shè)的全生命周期管理。

關(guān)鍵詞 BIM；橋梁設(shè)計(jì)；建模

中圖分類號 U448 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）15-0025-03

0 引言

作為城市交通建設(shè)的重點(diǎn)工程，橋梁工程在交通運(yùn)輸中占有重要的地位，在一定程度上影響著城市的規(guī)劃與道路的建設(shè)。在宏觀政策調(diào)整下，我國交通行業(yè)進(jìn)入高速發(fā)展階段，橋梁建設(shè)在迎來新機(jī)遇的同時(shí)，也面臨諸多難題與挑戰(zhàn)。橋梁設(shè)計(jì)不僅要求具有藝術(shù)感，而且要保證安全性，設(shè)計(jì)難度較大。依托BIM技術(shù)的橋梁設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)橋梁工程智能化、數(shù)據(jù)化，提高橋梁設(shè)計(jì)效率的同時(shí)，還能保證橋梁設(shè)計(jì)的合理性，提高橋梁安全性與穩(wěn)定性。

1 工程概況

該研究以某高架橋?yàn)槔?，該橋橫斷面為0.5 m+3 m+9.5 m+0.5 m，共13.5 m，長度56.3 m。綜合考慮立交布跨、景觀、橋墩數(shù)量等多方面因素，跨徑布置為：3×30 m+3×29 m+3×30 m+2×22 m+2×30 m+（28+28+27.1） m，共454.1 m。

該橋梁應(yīng)用了現(xiàn)澆筑連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，上下結(jié)構(gòu)相呼應(yīng)，橋墩為花瓶式墩柱，鉆孔灌注樁作為樁基。

2 搭建橋梁BIM模型

2.1 BIM模型搭建思路

BIM技術(shù)通過模型直觀展示工程實(shí)際情況，因此模型搭建是應(yīng)用BIM技術(shù)的首要步驟。現(xiàn)階段，BIM技術(shù)主要應(yīng)用于房建工程，在橋梁工程項(xiàng)目中的應(yīng)用較少，橋梁建模效率較低，無法在最大限度上發(fā)揮BIM技術(shù)的優(yōu)勢[1]。該研究通過Revit進(jìn)行橋梁族庫的構(gòu)建，并提出一種新的橋梁模型搭建流程，在保證建模精度的同時(shí)，能夠進(jìn)一步提高建模效率。模型搭建思路如圖1所示。

（1）通過Revit軟件構(gòu)建橋梁族庫，并在族庫中查詢合適參數(shù)化族；

（2）借助Dynamo編程提取、修改橋梁上下部結(jié)構(gòu)以及附屬設(shè)施的族參數(shù)，以此進(jìn)行模型搭建；

（3）搭建橋梁BIM模型。

2.2 上部結(jié)構(gòu)創(chuàng)建

橋梁上部模型結(jié)構(gòu)主要分為兩部分，即箱梁與T梁族，上部模型創(chuàng)建過程中，需要將多個(gè)箱梁族拼裝在一起，為減少工作量，可以通過程序進(jìn)行構(gòu)件族拼裝以及參數(shù)重復(fù)修改[2]。箱梁族創(chuàng)建流程如圖2所示。

該研究以某高架橋?yàn)槔?，橋梁橫斷面13.5 m，長度56.3 m，上部為混凝土澆筑連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，模型較為復(fù)雜，搭建難度較大[3]。故而該研究利用Dynamo程序的批量數(shù)據(jù)處理功能處理箱梁參數(shù)，在很大程度上提高了箱梁模型搭建效率。

橋梁模型搭建流程如下：

（1）整理箱梁數(shù)據(jù)。在箱梁信息系統(tǒng)中，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙對箱梁橫截面各部分尺寸、編號等數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，具體數(shù)據(jù)表格如表1所示。

（2）截面數(shù)據(jù)讀取。通過File path節(jié)點(diǎn)、File from path節(jié)點(diǎn)將整理完成的數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)化，并通過Data.Import File節(jié)點(diǎn)對箱梁橫截面數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取。

（3）創(chuàng)建箱梁族。通過Poly Curve.By Points節(jié)點(diǎn)、Poly Curve.By curves節(jié)點(diǎn)對坐標(biāo)控制點(diǎn)進(jìn)行連接，以此形成單側(cè)內(nèi)外輪廓，再通過Geometry.Mirror鏡像另外一側(cè)內(nèi)外輪廓。同時(shí)，對橋梁實(shí)體進(jìn)行布爾運(yùn)算，將相鄰的兩個(gè)箱梁輪廓實(shí)體化，再進(jìn)行內(nèi)外實(shí)體相減，開展實(shí)體間扣除運(yùn)算，進(jìn)而生成不同箱梁模型。

（4）放置箱梁族。通過Structural Framing Beam By curve節(jié)點(diǎn)讀取箱梁節(jié)段、箱梁截面位置，從而進(jìn)行箱梁族的放置。

橋梁上部構(gòu)建模型創(chuàng)建過程中，主要依托Dynamo批量讀取構(gòu)建信息的功能，大幅度提高了模型構(gòu)建效率，保證了橋梁構(gòu)件截面尺寸以及位置的準(zhǔn)確性。橋梁上部結(jié)構(gòu)模型如圖3所示。

2.3 下部結(jié)構(gòu)創(chuàng)建

與上部結(jié)構(gòu)模型不同，橋梁下部結(jié)構(gòu)模型屬于分散結(jié)構(gòu)，不能連接成為一個(gè)整體，單純依靠Revit軟件放置族的位置不僅需要軸網(wǎng)定位，并且還需要繪制多條參照平面[4]。不僅如此，由于受地形差異影響，不同位置樁基的長度也有所差異。綜合來看，橋梁下部結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建更加復(fù)雜，且工程量較大，因此需要通過程序降低工作量。如圖4所示，橋梁下部結(jié)構(gòu)搭建主要分為六個(gè)步驟[5]。

（1）樁基數(shù)據(jù)處理。確定項(xiàng)目基點(diǎn)，然后將樁基數(shù)據(jù)錄入到系統(tǒng)當(dāng)中。具體如表2所示。

（2）橋梁數(shù)據(jù)讀取。通過File from path節(jié)點(diǎn)、Data.Import Excel節(jié)點(diǎn)對整理完成的樁基數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，并確定表格名稱。

（3）確定樁基放置點(diǎn)。通過Point.By cosordinates節(jié)點(diǎn)對樁基的橫、縱坐標(biāo)以及樁頂坐標(biāo)進(jìn)行確定。

（4）放置參數(shù)族。載入樁基族，通過Family types節(jié)點(diǎn)、Family Instance.By Point節(jié)點(diǎn)進(jìn)行樁基族放置。

（5）調(diào)整族參數(shù)。通過Element.Set Parameter By Name節(jié)點(diǎn)對樁基族進(jìn)行參數(shù)控制。

3 基于BIM技術(shù)的橋梁設(shè)計(jì)

3.1 景觀設(shè)計(jì)

該項(xiàng)目位于城市生態(tài)治理景區(qū)，為保證橋梁美觀且與周圍環(huán)境相符合，需對項(xiàng)目周圍景觀進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先，結(jié)合高架橋所在位置的地形地貌以及周邊情況，對橋梁模型的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)橋梁造型、周邊環(huán)境以及景觀，再以效果圖的方式呈現(xiàn)給建設(shè)方，更加直觀地展現(xiàn)工程與周圍景觀的協(xié)調(diào)性[6]。

3.2 繪制施工圖紙

BIM模型在橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，能自動(dòng)生成平面圖及剖面圖，再輔以標(biāo)注等工作，以此繪制橋梁施工圖紙。設(shè)計(jì)過程中，可將橋梁信息數(shù)據(jù)等輸入到BIM軟件，對錄入的數(shù)據(jù)進(jìn)行碰撞檢測，從而對橋梁可能出現(xiàn)的情況進(jìn)行評估，避免錯(cuò)漏碰撞的情況發(fā)生。依照碰撞試驗(yàn)結(jié)果，可了解碰撞的具體位置，從而在設(shè)計(jì)圖紙中進(jìn)行修改。利用BIM技術(shù)，還能避免施工變更與返工情況的發(fā)生，提升建設(shè)效率與設(shè)計(jì)水平。通過對工程過程的模擬，得出模擬結(jié)果，如果滿足預(yù)設(shè)要求，則啟用該流程，若不符合施工標(biāo)準(zhǔn)，則重新設(shè)計(jì)施工方案。

3.3 施工技術(shù)交底

通過BIM技術(shù)對橋梁模型進(jìn)行輕量化處理，能夠?qū)崿F(xiàn)信息共享，施工單位、監(jiān)理單位以及建設(shè)單位均能隨時(shí)查看橋梁模型及數(shù)據(jù)信息，促進(jìn)施工技術(shù)交底。橋梁主梁建設(shè)需要應(yīng)用到近百種類型鋼筋，且鋼筋使用數(shù)量龐大，構(gòu)造十分復(fù)雜。借助橋梁三維模型，能夠?qū)蛄褐髁哼M(jìn)行分解，通過視頻為后續(xù)施工提供輔助。同時(shí)，根據(jù)橋梁模型，還能夠參考信息數(shù)據(jù)進(jìn)行鋼筋下料，提高鋼筋使用效率，避免因下料失誤而造成鋼筋浪費(fèi)，提高橋梁建設(shè)的經(jīng)濟(jì)成本。

3.4 工程組織規(guī)劃

（1）BIM小組的成立

為提高BIM技術(shù)應(yīng)用的有序性、科學(xué)性，設(shè)計(jì)階段需專門設(shè)立BIM應(yīng)用小組。該小組負(fù)責(zé)利用BIM技術(shù)對現(xiàn)場布線、工序、材料、設(shè)備等進(jìn)行規(guī)劃，建立統(tǒng)一部署的線上指揮機(jī)構(gòu)。該小組配備組長一位，副組長一位，下屬機(jī)構(gòu)由不同施工單位派遣專人擔(dān)任組員，保證工程建設(shè)的穩(wěn)步推進(jìn)。項(xiàng)目資源所有人員應(yīng)自行建立服務(wù)器系統(tǒng)，并配有獨(dú)立數(shù)據(jù)庫。為BIM小組配備大型平板設(shè)備與設(shè)計(jì)用筆記本[7]。

（2）施工組織協(xié)調(diào)

橋梁設(shè)計(jì)建設(shè)過程中，將以深化設(shè)計(jì)、工藝、進(jìn)度、現(xiàn)場管理作為BIM技術(shù)應(yīng)用的主要方向，通過BIM技術(shù)將不同環(huán)節(jié)進(jìn)行協(xié)調(diào)與模擬分析，凸顯BIM技術(shù)的可視化優(yōu)勢。利用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)對工程全程的集成化管理。橋梁建設(shè)過程中存在大量的小空間施工，施工現(xiàn)場空間十分有限，在特定的空間結(jié)構(gòu)中進(jìn)行復(fù)雜的施工作業(yè)，需進(jìn)行大量的交叉施工。由于交叉施工人員受雇于不同單位，因此協(xié)調(diào)配合的難度較大，如果缺乏必要的組織協(xié)調(diào)，將導(dǎo)致施工的規(guī)劃與布局存在問題，從而影響整體工程的安全性。利用BIM技術(shù)可對橋梁建設(shè)方案進(jìn)行模擬與分析，同時(shí)評估不同施工場景的實(shí)際環(huán)境，涉及施工主場位置、交通布局、材料堆放、器械進(jìn)場等。

其一，需結(jié)合工程施工情況，保證整體施工環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)，讓施工順利推進(jìn)，項(xiàng)目組織協(xié)同管理可利用BIM實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)分析[8]。

其二，利用BIM技術(shù)進(jìn)行評估與測量，同時(shí)理順BIM技術(shù)應(yīng)用流程，從方案模擬、工程量計(jì)算、深化設(shè)計(jì)、材料管理等角度明確BIM技術(shù)應(yīng)用思路，以此確保BIM技術(shù)的應(yīng)用可滿足建筑施工信息交換的需求。

其三，建構(gòu)BIM技術(shù)團(tuán)隊(duì)，將施工主體作為主導(dǎo)，結(jié)合BIM小組，成立BIM技術(shù)工作室。整個(gè)管理組織架構(gòu)是保證工程信息化發(fā)展的基礎(chǔ)，BIM團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)維護(hù)與處理數(shù)據(jù)庫信息，同時(shí)強(qiáng)化信息與數(shù)據(jù)共享的能力，以此產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)庫。新數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)可再次被共享，橋梁設(shè)計(jì)階段可聯(lián)合多個(gè)部門獲取對應(yīng)信息，保證安全管理的有效性。從單位或主體的責(zé)任分工來看，BIM技術(shù)管理團(tuán)隊(duì)主要由業(yè)主確定，投資主體根據(jù)BIM數(shù)據(jù)庫內(nèi)部的信息，可及時(shí)獲取工程量清單等數(shù)據(jù)，橋梁設(shè)計(jì)部門可以利用BIM技術(shù)確定不同施工工序的施工內(nèi)容，同時(shí)配合施工方案，保證施工的順利開展。BIM技術(shù)應(yīng)用中須確定施工內(nèi)容，明確施工方案，同時(shí)理清不同部門的主體職責(zé)。

4 結(jié)束語

現(xiàn)階段，BIM技術(shù)主要應(yīng)用于建筑領(lǐng)域，該研究以橋梁設(shè)計(jì)為突破口嘗試將BIM技術(shù)應(yīng)用于橋梁建設(shè)。從整體層面分析，BIM技術(shù)的應(yīng)用程度和普及程度與理想狀態(tài)尚有一定差距。為促進(jìn)橋梁施工的有序開展，降低成本支出，提升橋梁建設(shè)效益，有必要在設(shè)計(jì)階段應(yīng)用BIM技術(shù)，通過三維模型不斷完善橋梁設(shè)計(jì)圖，最終利用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)對橋梁建設(shè)的全生命周期管理，促進(jìn)我國橋梁建設(shè)行業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展。

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收稿日期：2024-02-28

作者簡介：黃國?。?981—），男，工程碩士，高級工程師，研究方向：道路橋梁設(shè)計(jì)。