基于BIM的橋梁工程設計與施工優化研究

文/袁遠 徐州市市政設計院有限公司 江蘇徐州 221002

基于BIM的橋梁工程設計與施工優化研究

文/袁遠 徐州市市政設計院有限公司 江蘇徐州 221002

將建筑信息模型（BIM）引入到橋梁工程中，可以有效提高設計和施工效率。本文通過對橋梁工程設計和施工進行分析，提出了基于 BIM 的橋梁工程設計和施工優化解決方案，包括設計和施工的各個程序，例如，初步設計優化、施工設計優化、施工工序優化 、施工進度優化以及施工管理優化等。本文對橋梁工程的設計與施工特點進行描述，并分析了BIM在橋梁工程與施工設計優化中的應用。

BIM；橋梁工程設計；橋梁工程施工；優化

近年來，為滿足經濟發展的需要，大型橋梁的建設工程項目逐漸增多，這就對橋梁的設計和施工工作提出了更高的要求。傳統的大型橋梁工程的設計主要依靠二維圖紙來完成，施工規劃也是以項目管理人員的經驗來進行。近年來大型橋梁增多，項目設計復雜性增強，設計構建較多，傳統的二維圖紙很難實現，這些在設計過程中不能發現就會影響施工。

建筑信息模型（簡稱BIM）的管理理念，始于19世紀70年代，在發達國家得到廣泛推廣，今年在我國也得到一定的應用。不僅有效支持項目的設計與施工，還能為各協作和參與方提供交流的平臺，提高工程效率，節約時間和成本。

1、橋梁工程設計與施工特點

橋梁項目一般以大型的工程居多，設計和施工都較為復雜。其特點主要表現在三方面：一是，構件多、結構設計復雜。在橋梁工程設計中涉及大量的構件，為保障結構安全，橋梁工程設計會比較復雜，尤其在構件的連接處，因此，結構設計上會出現沖突問題。傳統的設計中，僅需要依靠二維圖紙進行檢測，但是由于工程的復雜性難以僅依靠圖紙進行檢測，很多問題直到施工中才能發現，這就會造成工期的延誤。二是，預制構件多、體積龐大。橋梁工程都涉及大量的預制構件。這些構件或現場預制或工廠中生產，之后再運輸到施工現場安裝，容易導致尺寸不匹配。預制構件體積和重量較大，且數量多，構件的生產、運輸和吊裝等也存在潛在的問題。三是，施工環境復雜多變相對于一般的建筑工程項目，橋梁工程的施工環境比較復雜多變，如跨河、跨海、跨山谷、凍土地帶等。為了保證施工順利進行及施工的安全性，必須針對不同的環境制定相應的施工方案。因此， 橋梁工程對施工方法、 施工管理等要求較高。

2、基于 BIM 的橋梁工程設計優化

橋梁工程設計包括三個部分：初步設計、施工圖設計、施工組織設計。BIM與橋梁設計優化的結合需要有三維建模作為基礎。傳統的設計采用二維圖紙，因此首先需要應用BIM技術將二維圖紙轉換為三維模型，在三維模型的基礎上進行優化。圖1就展示了BIM對項目工程設計的優化過程。

圖1 基于 BIM 的橋梁工程設計優化流程

如圖所示，BIM技術主要應用在設計方案的建模與檢測分析以及問題的反饋與檢測上。項目人員在收集圖紙資料進行三維建模，模型建立，通過BIM系統檢測分析，出現的問題交由技術團隊進行解決，修改并重新分析檢測，直到圖紙沒有問題，這種方法能在設計之初將問題消滅，減少工程返工情況。

2.1 BIM 與初步設計

在橋梁工程中，初步設計的主要目的是確定橋式方案和總體構想。比如橋梁平面布置、立面布置及橫斷面布置，確定橋位。這一過程需要經過約業主的不斷磋商與協調。利用BIM技術可以建立三維模型，更直觀的展示橋梁的方案和構想。圖2就展示了某一橋梁工程的BIM模型，在模型的基礎上還可以分離出各個斷面的圖片，這樣更為直觀，便于分析優缺點。同時模型的修改與調整也更便捷。

圖2 橋梁工程的 BIM 模型

2.2 BIM 與施工圖設計、施工組織設計

施工圖設計是對初步設計的細化，在確認的總體方案的基礎上對局部進行細化。施工設計則是對橋梁結構進行數字分析和計算，畫出施工圖紙。BIM針對技術、施工設計的復雜性也提供了良好的優化方法，在整體橋梁的BIM模型基礎上，建立結構細化模型，對細化模型進行對沖分析，自動生成分析報告，發現設計中存在的問題，及時進行修改和檢測，直至問題全部解決。BIM對設計的優化是一個循環過程，不斷的分析檢測直至圖紙無需修改，設計方案也就浮出水面，最終塵埃落定。BIM使得所有可能的設計問題在設計過程中及時被發現，避免代入到施工過程，影響工程進度。

3、基于 BIM 的橋梁工程施工優化

橋梁施工的優化主要目的是建立可行的施工方案。施工過程優化建立在上述BIM的模型基礎上，借助可視化的施工過程模擬，分析施工進度、供需、物資采購等過程，并在模擬中不斷優化施工方案?；贐IM技術對橋梁工程施工的優化過程見圖3。這一優化過程需要施工人員與BIM技術人員共同來進行，以施工管理人員的經驗來確認對方案修改的必要性。

圖3 基于 BIM 的橋梁工程施工優化流程

3.1施工工序優化

項目工作人員借助BIM技術和可視模擬技術，將橋梁三維模型與施工過程進行集成，進行施工工序的模擬。這個過程生動、直觀的展現了施工過程，施工人員可以準確發現工序中存在的問題、預制構件的吊裝程序是否可行，一定存在問題，及時對施工方案進行修訂，直至獲得可行的、高效的施工方案，確保工程順利完工。

3.2 施工進度優化

與工序優化類似，集成三維模型和進度計劃，實現以時間為維度的進度模擬，根據施工現場情況及時調整進度安排，直至獲取最佳方案。此外，還可以提前對項目的重難點進行模擬，提前確定安裝規劃，避免臨時抱佛腳。

3.3施工管理優化

施工方案的優化將問題發生的可能前置，變被動局勢為主動，管理人員可以及時進行管理，避免問題發生。還可以借助可視化模擬過程指導現場施工，提高工作效率，消除安全隱患。由此，BIM和模擬技術的集成，為橋梁工程管理提供了較好的工具，優化了施工過程，減輕管理負擔。

結語：

綜上所述，基于BIM的橋梁工程設計與施工優化是卓有成效的。希望本文的研究對大型的橋梁工程建設有所裨益。隨之BIM技術的廣泛推廣和應用，BIM在土木建設中的應用會越來越多，對提高工作效率和管理水平有很大幫助。

[1]李紅學,郭紅領,高巖,劉文平,韋笑美.基于BIM的橋梁工程設計與施工優化研究[J].工程管理學報,2012,06:48-52.

[2]劉智敏,王英,孫靜,賈英杰,高日.BIM技術在橋梁工程設計階段的應用研究[J].北京交通大學學報,2015,06:80-84.

[3]曹旭光,楊偉名.BIM技術在橋梁工程設計與施工中的應用研究[J].四川水泥,2016,04:85.

表2 優化冷水機組運行策略

這樣執行可以讓系統在很大一段時間內穩定運行，機組不會頻繁切換啟動。過渡季節由于圍護冷負荷、新風負荷降低很多，很多時候1臺30XW0352就可以滿足系統需要，所以維持原運行策略不便。在控制過程中同時還要注意，為防止負荷細微變化在成機組頻繁切換，所有負荷變化幅度超過限定10%十五分鐘后，才會進行機組的切換或者加載，由于運行策略是建立在機組負荷70%的前提下，所以在十五分鐘的加載準備期，系統的冷量仍然可以保證供給，不會造成冷量不足的現象出現。

結論：

根據本文的計算、分析，若能在建筑BAS系統設置之初就考慮到暖通系統對于此類數據的需求，對于非博物館建筑，也可以參照本項目的控制流程。本項目作為地下空間占建筑面積70%以上的建筑無疑是有其特殊性，但是作為超深基坑技術日益成熟的今天，地下空間的空調設計的研究存在一定意義。

參考文獻：

[1]《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》GB50736-2012.

[2]簡明空調設計手冊，中國建筑工業出版社.

[3]陳勝,陳姝.溫濕度獨立控制空調系統的分析探討[J].城市建設理論研究（電子版）,2012,(16).

[4]高飛.中央空調水系統節能分析[J].科技資訊,2011,(10):31-32.

[5]安星明,繆宇寧,洪寶寧等.淺析地下空間節能關鍵技術[J].建筑節能,2012,(5):43-46.

[6]陳勝男.結合建筑節能談談地下建筑空間的人性化設計[J].科技信息,2011,(1):318-319.