BIM技術(shù)在橋梁工程設(shè)計階段的應(yīng)用

董士杰

DONG Shi-jie

(上海市政工程設(shè)計研究總院（集團）有限公司)

(Shanghai Municipal Engineering Design Institute (Group) Co.,Ltd.)

1 項目概況

工程為上海市某高速公路橋梁段，工程路線全長約4.6km。工程包含全線設(shè)互通立交1處；設(shè)置菱形立交1處。立交以北至主線收費站為高速公路入城段，規(guī)劃紅線寬度為60m，建設(shè)規(guī)模為雙向6車道。該段按照80km/h城市快速路標(biāo)準設(shè)計，不設(shè)置硬路肩。其中，立交采用高架橋梁形式，高架橋梁下預(yù)留實施地面輔路的條件。

借助該公路的項目平臺，在BIM技術(shù)與設(shè)計、施工結(jié)合的廣度和深度上作更進一步的探索，利用BIM技術(shù)真正解決工程技術(shù)存在的問題，其最終目的是利用BIM技術(shù)提高項目生產(chǎn)效率。

2 工程案例中BIM應(yīng)用分析

2.1 橋梁預(yù)制結(jié)構(gòu)建模

一跨三片小箱梁作為一個整體產(chǎn)品，采用參數(shù)化建模，包括各片小箱梁橫坡、縱坡、梁端與道路中線斜交角度、邊梁挑臂對處于小半徑段內(nèi)凹外凸都可以通過參數(shù)進行調(diào)節(jié)。

本階段對雙邊箱及整體斷面組合梁進行了建模，同時也對適用于小箱梁及組合梁上的兩種欄桿進行建模。

橋梁工程各部分建模完畢并檢查無誤后，進行橋梁整體模型組裝，組裝后進一步檢查并完善橋梁整體模型，確保模型的正確無誤。

通過橋梁工程的整體模型組裝，可以更直觀的快速發(fā)現(xiàn)設(shè)計過程中的不合理。

2.2 工程量計算與分析

2.2.1 工程量計算規(guī)則

本次橋梁工程BIM的工程量計算規(guī)則參考《市政工程工程量計算規(guī)范（GB50857-2013）》，橋梁工程工程量計算各部分按照相應(yīng)的模型尺寸。組合梁鋼結(jié)構(gòu)部分工程量計算規(guī)則為按設(shè)計圖示尺寸以質(zhì)量計算。不扣除孔眼的質(zhì)量，焊條、鉚釘、螺栓等不另增加質(zhì)量。BIM模型是對真實工程的模擬，模型中根據(jù)設(shè)計圖紙已扣除入孔，檢查孔等孔眼，實際需要的交付工程量不扣除孔眼，因此BIM模型中所得鋼結(jié)構(gòu)重量應(yīng)略小于設(shè)計圖紙計算工程量。

圖1 橋梁整體模型組裝

根據(jù)計劃進度，本次BIM項目選取NW匝道進行工程算量的應(yīng)用。NW匝道上部結(jié)構(gòu)包含小箱梁、雙邊箱組合梁及單箱組合梁；下部結(jié)構(gòu)包含倒T蓋梁、小箱梁與組合梁交接墩、組合梁與組合梁交接墩及平頭蓋梁。以下章節(jié)將結(jié)構(gòu)分為上下部進行工程算量的展示。

2.2.2 工程量計算

1）混凝土部分

上部結(jié)構(gòu)混凝土部分即小箱梁結(jié)構(gòu)，可細分為預(yù)制和現(xiàn)澆部分，預(yù)制部分即小箱梁梁體，現(xiàn)澆部分為濕接縫及橫隔板。根據(jù)四跨小箱梁12片梁梁長統(tǒng)計，BIM模型與CAD圖紙最大梁長差值僅為3mm，BIM具有較高精度；根據(jù)四跨小箱梁12片梁的梁體積統(tǒng)計，BIM模型中預(yù)制小箱梁體積略大于CAD。經(jīng)過比較模型發(fā)現(xiàn)，CAD圖紙按平坡放樣，而BIM模型根據(jù)道路提供縱坡和橫坡等要素進行精確放樣，在非平坡情況下梁體傾斜，控制挑臂兩側(cè)水平投影長度與CAD上劃板圖一致，實際橫坡方向梁體更寬，BIM模型體積略大于CAD實屬正常。根據(jù)小箱梁結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆部段體積統(tǒng)計對比，濕接縫兩者體積差值不大，橫隔板處CAD圖體積略小于BIM模型，BIM模擬施工建立模型，通過梁體高差調(diào)整這一跨小箱梁的橫坡，橫隔板體積略大于CAD也是正常的。BIM模型內(nèi)提取的體積更貼近實際，具有更高的可靠性。

2）鋼結(jié)構(gòu)部分

根據(jù)NW匝道Pnw9～Pnw12三跨組合梁鋼結(jié)構(gòu)1:1仿真模型，BIM應(yīng)用選取這一聯(lián)對鋼結(jié)構(gòu)工程算量進行探索。摘取BIM鋼結(jié)構(gòu)模型內(nèi)對應(yīng)板件數(shù)量（BIM建模扣除板件孔眼，在對比時將扣除孔眼手動計入從BIM模型中提取工程量，使CAD施工圖與BIM模型對比條件相同）進行對比，經(jīng)核查發(fā)現(xiàn)CAD圖上有5處板件數(shù)量上的錯誤，經(jīng)修改后CAD圖紙與BIM模型鋼結(jié)構(gòu)數(shù)量表相差僅為0.66%，這主要由于本聯(lián)組合梁位于曲線段，CAD圖紙鋼結(jié)構(gòu)數(shù)量表按道路中心線展開尺寸計算，而BIM模型按曲線1：1建模，更接近施工模型，其模型所提取數(shù)量表更準。

鋼結(jié)構(gòu)模型具有板件規(guī)格多，板件數(shù)量多的特點，人工手算難免會在板件長度、數(shù)量統(tǒng)計上出現(xiàn)錯誤，最終造成數(shù)量較真實量有較大誤差，給整個工程造成浪費。BIM模型建模所建即所得，建立模型的同時即可獲得各板件數(shù)量，建模精度高，數(shù)量準確，較CAD圖人工手算有較大優(yōu)勢。

3）下部結(jié)構(gòu)工程算量算例

根據(jù)對，下部結(jié)構(gòu)工程量在蓋梁體積對比中有所差距，在承臺及立柱對比中CAD和BIM模型均是相同的。這是由于承臺及立柱外形規(guī)整，特別是承臺，由于外形一致，兩模型不會存在計算時基本不會存在誤差。另外，只要BIM模型立柱控制標(biāo)高準確，立柱高度依據(jù)標(biāo)高即可獲得，其數(shù)量應(yīng)與CAD圖紙上一致。下部結(jié)構(gòu)數(shù)量有較明顯差距出現(xiàn)在蓋梁處，這是由于BIM模型中準確模擬了支座墊石，而CAD圖紙上并未計入墊石混凝土的量，因此BIM模型數(shù)量較CAD圖有所增加。另外由于BIM模型考慮道路縱橫坡等要素，因此同型號各蓋梁間的工程量也略微有所差異，BIM模型與CAD圖紙差別＜1.12%。

3 結(jié)語

隨著BIM技術(shù)的發(fā)展，BIM技術(shù)在工程設(shè)計中的應(yīng)用已經(jīng)比較成熟[1]。本次橋梁工程設(shè)計階段的BIM技術(shù)應(yīng)用通過建模及模型提取的工程量進行分析，可以得出以下結(jié)果：

①BIM模型的建立和分析可以更高效的發(fā)現(xiàn)橋梁工程設(shè)計中存在的問題，調(diào)整和修正設(shè)計方案也更快捷；

②相較于CAD人工手算工程量，BIM軟件在工程算量方面具有明顯優(yōu)勢。BIM通過建立模型后可以準確快速計算并提取工程量，提高設(shè)計的精度和效率。

[1]潘永杰,趙欣欣,劉曉光,魏乾坤,蘆永強.基于BIM的大跨度橋梁PHM系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用[J].鐵道建筑,2018(1): 5-9+19.