基于BIM的橋梁工程設計與施工優化研究

文/曹磊

前言

隨著我國社會經濟的不斷發展，我國的橋梁建設工程也逐漸增多。而在橋梁工程的設計過程中，需要對各方面的因素或者條件進行充分的考慮，這樣才能夠確保后期的工程得到順利的開展，但是隨著時代的進步與發展，傳統的二維圖紙所存在的局限性逐漸突顯出來。基于此，需要將BIM應用于工程的設計之中，以提高工程設計的效率與質量。下文就BIM的橋梁工程的設計與施工優化研究進行分析。

1、橋梁工程設計以及施工的主要特點

1.1 結構設計較為復雜

在橋梁工程設計過程中，涉及到許多的構建，為了確保橋梁結構的安全性，橋梁的結構設計通常較為復雜，尤其是在構件的連接之處。因此，在進行橋梁結構設計之時，就會出現一些沖突問題，例如以下幾種：（1）連接件沖突、（2）配筋沖突等等。在以往的橋梁設計中，如果出現這些設計上的問題，主要是設計人員根據自己的經驗來進行解決，根據二維設計圖紙進行檢測。但是，因為橋梁工程較為復雜，通過二維圖紙難以檢測到這些問題，只有在施工之時才會發現這些問題，這樣就會導致工期延遲。

1.2 施工環境較為復雜

從施工環境上來看，橋梁工程具有復雜多變的特點，例如跨山谷、跨河等。橋梁項目的不同，所面臨的施工環境也有著較大的差異。為了確保工程的施工安全性，就需要以施工環境為根據，然后制定相應的施工方案【1】。故此，橋梁工程對施工管理有著較高的要求。但是，在施工管理中，往往依賴于項目經理的個人經驗，這樣就很難確保施工方案的可行性。一旦出現判斷失誤，就會影響后期的工程施工，進而導致施工的成本有所增加，導致安全問題頻繁發生。

1.3 預制構建較多

在橋梁工程中，通常會涉及到許多的預制構件，這些構件有些是直接現場預制，也有一些是在工廠中生產出來。這樣就對構件的設計提出了較高的要求，一旦出現尺寸問題，那么就只能改造構件，或者是修改圖紙。預制構件的重量較大，其數量也較多，這使得構件的運輸以及吊裝變得更加困難。為此，現場管理人員需要經過精確的計算和驗證，以確定吊裝的重量，確定吊裝的工序。但是，這些都只能夠依靠管理人員的個人經驗，很難提前預測問題，進而解決問題。

2、基于BIM的工程設計優化

2.1 BIM與初步設計

在橋梁工程設計過程中，初步設計較為重要，其主要是確定橋梁的方案，對橋梁的總體結構進行構想，例如橋梁的平面布置、橋梁的立面布置等。但是，在確定方案的這一過程之中，會涉及到許多方案的評比。而運用BIM技術，設計人員可以進行數字化三維建模（如下圖）。基于BIM模型，還可以直接生成立面圖以及斷面圖。這種設計方法非常的直觀，能夠將各種設計方案的優點以及缺點直觀地展現出來，極大的便利了方案的選擇。與此同時，參數化建模便利了后期的方案修改，并且還能夠與立面圖以及斷面圖等進行對應更新【2】。此外，建立BIM模型，也方便了與業主的溝通與協調，這樣能夠更好的了解業主的想法，能夠節約大量的時間。

2.2 BIM與技術以及施工設計

所謂技術設計，其實就是初步設計的拓展，也就是對確定好的方案進行細化處理，適用于大型、復雜的橋梁工程。至于施工設計，則是對橋梁的結構進行深入的分析，并且以此為依據繪制施工圖。無論是技術設計，還是施工設計中，都存在著一定的復雜性，但是BIM技術的應用，就為其提供了優化手段。仍然以該橋梁為例，其細部構造如下圖所示，然后采用BIM軟件，可以對設計沖突進行分析，并且該軟件會自動生成分析報告。如果發現設計問題，那么設計人員就可以根據軟件提示進行圖紙修改，然后再建模，再檢測，直到所有的問題都得到解決。在設計優化過程中，其實就是設計→建模→檢測→修改（設計）的這一個過程。設計方案的確定，其實就是在不斷的檢測以及修改之中逐漸地確定下來。BIM技術的出現，就簡化了工程設計方案的修改工作。

圖 橋梁工程的細部構造模型

3、基于BIM的施工優化分析

3.1 施工工序的優化

通過對BIM技術的運用，設計人員可以將橋梁三維模型與施工方法有機的結合在一起，從而實現對施工工序的科學模擬。通過直觀的過程模擬，施工人員可以對所制定的施工工序進行分析，例如，對預制構件的吊裝程序進行分析，分析其是否科學合理【3】。如果發現了施工問題，那么就需要對施工方案進行修改，然后再進行模擬，直到獲得高效的施工方案，以保證橋梁工程的施工質量。

3.2 施工進度優化

運用BIM技術，將所設計的三維模型與進度計劃結合在一起，從而實現對施工進度的模擬。一來，可以以月、日、周的時間單位為根據，來對橋梁工程項目的施工進度進行模擬，然后以現場的實際情況為基準，對施工進度進行相應的調整，并對不同的施工方案進行分析，以挑選出最合適的方案。另外，可以對工程項目中的難點部分進行可視化模擬，例如，對施工機械配置規劃的施工方案進行優化，對構件安裝工序進行優化。同樣的，施工進度優化其實也是一個重復模擬的過程，以便實現資源的優化配置。

3.3 施工管理優化

通過對施工方案進行模擬，有助于施工單位及時發現問題，并加以解決，這樣一來，就突破了傳統管理思想的束縛，改變了以往被動管理，進而轉變為主動管理。如此，便能夠使得施工問題的發生有所減少，能夠進一步簡化施工現場的管理活動。與此同時，這個可視化的施工過程，可以用來指導真實的施工。這種做法能夠讓施工人員對施工工藝、安全隱患等有著更深的了解，不但降低施工安全問題的產生，也能夠提高工程的管理效率。

結語

綜上，在橋梁工程設計與施工中，存在著結構設計較為復雜以及施工環境較為復雜的特點，這就對工程的設計與施工提出了較高的要求。為此，在設計與施工中，需要將BIM技術運用到其中，通過建立三維模型，來實現對工程的優化設計，對施工的可視化模擬。如此一來，便能夠提高橋梁工程的施工效率以及管理水平。