基于BIM的橋梁工程設計與施工優化研究

赫競

摘要：橋梁工程施工技術不斷發展，大跨度橋梁的應用逐漸增多，因此其使用功能備受關注。橋梁建設過程中，存在諸多安全隱患，施工成本相對較高。 BIM能夠實現三維建模，借助可視化技術，對工程進行直觀展示，該種技術在橋梁工程中應用，能夠有效提升工程施工效率，提高各項數據的準確性，因此對該項技術進行研究意義深遠。本文根據筆者工作實踐，對基于BIM的橋梁工程設計與施工優化進行了分析和探討。

關鍵詞： BIM;橋梁工程;設計;施工

1 橋梁工程施工可視化

通過建立完備的路橋隧三維數據模型，實現長大線路測量內外業一體化及施工測量的精準管控，是現代路橋施工測量與管控技術發展的主要方向，相關的研究與應用可有效提高項目施工測量工作效率，降低或杜絕項目施工測量錯誤，提高項目施工測量管控及信息化和標準化應用水平;另外，能夠建立統一的路橋三維數據模型，并提供豐富的臨時結構設計的專家技術支持，也是路橋施工行業BIM 技術應用的重要內容。可視化主要是使用計算機先進技術——圖像顯示技術、圖像處理技術等，對抽象的信息進行適當的轉換，使其形成直觀的圖像展示在人們面前。當前，現代化技術迅速發展，而可視化技術也實現了一定的突破，二維平面技術已經不能滿足人們的需求，而三維立體技術取而代之。三維立體模型的表現比較真實，可以把全部信息直觀的展示在用戶面前。可視化程度是工程時效的一個重要標準，傳統可視化技術多數為二維的CAD圖像，三維3DMAX模型。當下發展的BIM技術可視化程度相對較高，和3DMAX相互對比，該技術操作起來較為簡單，模型所占據的內存相對較小。 BIM技術所搭建的三維模型，包含的項目中全部真實信息，例如建筑的幾何尺寸、相關參數等。 BIM技術搭建過程中，也是對工程建設進行模擬的過程，可以促使施工各個參與方得到各自的信息，從而直接參與到施工活動當中去，提升建設進度，同時還能夠提高相互之間的溝通、討論和決策。

2 基于BIM技術的橋梁施工可視化技術

基于BIM技術的橋梁施工可視化技術主要是搭建三維可視化模型，對建筑工程建設過程進行成果展示。該項技術所借助的媒介為BIM建模軟件和BIM應用平臺。主要構成模塊為數據層、平臺層和應用層。其中的數據層是一種數據庫，其中包含各種類型的信息，如幾何信息、物理信息，在施工過程中所附加的相關信息和管理信息等。在相應的平臺層主要是對信息當中的不同信息作出有效的分析和組合，比較常見的軟件平臺有Naviworks、DELMIA等軟件。應用層屬于在對工程項目進行管理和決策過程中的一種支撐源泉，而應用層主要是借助施工優化系統、動態管理系統、施工碰撞檢測系統等提供支撐。

3 基于BIM的橋梁工程設計與施工優化

3.1 BIM 與初步設計

在對橋梁工程進行初步設計時，需要確定橋梁方案 ，明確橋梁的總體結構 ，其中包括：對橋梁平面、立面和斷面進行規劃布置，確立橋梁位置和橋梁上、下部結構等。 在使用 BIM 技術時，設計師可以用不同的設計構想構建數字化和參數化的三維模型，根據模型生成對應的平面圖，BIM 技術可以直觀地表現出設計方案存在的問題，再通過參數對方案進行調整、優化，使橋梁工程具備一定的實用性。另外，使用 BIM 技術建立方案模型，可以為業主提供良好的溝通平臺，確保滿足業主的實際需求。

3.2 基于BIM三維模型的測量應用

利用RBCCE創建的橋梁三維數據模型，可以方便得到以下計算成果：（1）橋梁平面布置圖，包括承臺、樁基、給定高度的墩身、墩頂、墊石、支座、主梁平面圖，從該平面圖上可以檢查到橋梁布置的左右梁縫、曲線偏心、縱向偏心及預偏心（本橋沒有預偏心）、橋臺雙偏心等橋梁布置的特征數據;（2）查詢到承臺、樁基、墩身、墩帽、墊石、主梁上任意點三維坐標，并以EXCELL表格形式批量輸出，可以用于橋梁施工的坐標放樣及測點檢查，將 RBCCE 應用軟件裝載在平板電腦上，可以實現基于統一模型內外業一體化測量作業。

3.3 基于BIM施工現場布置

對橋梁項目進行具體施工過程中，多數處于偏遠山區，或者在一些丘陵地帶，施工所在地的地形相對復雜，這種情況下，對場地進行有效布置，屬于施工準備階段的重要內容。利用RBCCE平臺對BIM技術進行應用，建立三維模型，能夠比較直觀和形象的展示工程施工場地的布置情況，技術人員使用吊裝設備，對施工道路進行合理規劃，能夠促使施工現場機械設備覆蓋率有所提高，并且還能夠降低材料運輸以及起吊費用。使用現場三維BIM模型，對模擬材料進行直觀展示，對鋼梁進場、起吊過程以及運輸空間需求等進行模擬，從而反應項目四周的真實情況，對場地進行科學合理的布置。

3.4 基于BIM可視化施工模擬

利用BIM技術進行可視化模擬，主要是對現場施工方案和BIM技術進行有機結合，創建的三維數據模型可以作為橋梁臨時結構設計與計算、連續梁橋及剛構橋懸臂施工仿真計算的基礎數據，再利用 RBCCE 提供的各種大小模式，完成常見臨時結構的設計優化與結構的查詢計算，或自動生成三維MIDAS模型進行三維空間計算，目前可以實現計算對象包括各種梁柱式支架計算、掛籃計算、托架計算、模板計算、鋼板樁及碗扣滿堂支架、鋼便橋等常用臨時結構進行建模優化設計，并得到相應的計算結果及臨時結構的三維造型，可以對項目施工技術管理及項目挖潛增效帶來的積極影響。

3.5 基于BIM技術的橋梁施工可視化管理

當前，我國橋梁施工管理主要是將二維方式為主，針對部分多標路段、工序比較繁瑣的工程項目而言，很難全面統籌或者進行精細化管理。以BIM技術為基礎，實施可視化施工管理，主要是使用三維激光掃描、條形碼、二維碼等技術，對現場3D模型和施工進度計劃相連，然后和施工資源信息結合為一體。借助RBCCE平臺對工程項目管理中的進度計劃、成本計劃、進度偏差、進度執行情況等進行糾偏。然后以BIM技術為依據，對施工進度、人力、設備、成本、安全等實施4D動態集成管理。例如可視化交底，對BIM模型三維截圖和相關施工模擬視頻、施工進度計劃之間相互連接，然后導入到BIM施工管理平臺當中去，此后借住管理平臺和手機客戶端相互連接，對結構三維形象和相應工序操作視頻向現場技術人員的手機上發送，然后現場可以借助手機直觀的對結構形式有一個相應的了解，通過這種方式，現場人員可以查詢施工方案、施工計劃、風險源識別等技術文件。

使用 BIM 技術，可以模擬施工過程，使施工人員充分了解工程結構和施工工序;可以對工程結構和施工工序的合理性進行有效分析，一旦發現問題，及時上報給項目負責人， 對施工方案進行優化調整;然后再進行模擬。

通過 BIM 技術對橋梁工程進行優化調整，可以有效發現工程中存在的問題， 并且及時予以解決。這種方式極大地優化了施工管理，從傳統被動式轉為主動式，從而降低了施工過程中出現問題的概率，簡化了施工進程，通過可視化模擬施工過程中的重點、難點工作，有效提高了管理人員的工作效率，保障了施工人員的人身安全。

4 結語

總而言之， BIM可視化技術能夠實現三維建模，實現對橋梁工程的可視化施工和可視化管理，從而提高工程施工質量以及施工效率。RBCCE建立的橋梁三維數據模型可以作為橋梁臨時結構設計與計算、連續梁橋及剛構橋懸臂施工仿真計算的基礎數據;可以利用RBCCE提供的各種大小模式，完成常見臨時結構的設計優化與結構的查詢計算，或自動生成三維MIDAS模型進行三維空間計算，可以實現計算對象包括各種梁柱式支架計算、掛籃計算、托架計算、模板計算、鋼板樁及碗扣滿堂支架、鋼便橋等常用臨時結構進行建模優化設計;通過連續梁橋及剛構橋懸臂施工仿真計算建模操作可以快速得到能夠反映連續梁橋及剛構橋的懸臂施工仿真計算的MIDAS命令流，可以廣泛應用于該類橋梁的線形與應力監控;得到相應的計算結果及臨時結構的三維造型，可為后續的 BIM 技術應用提供了有效支持，對項目施工技術管理及項目挖潛增效帶來的積極影響。

參考文獻：

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