BIM技術在橋梁施工中的應用研究

雷向軍

摘要：橋梁行業通過多年的發展，對于各個階段的要求也越來越高。在橋梁設計、施工和運營過程中，涉及的單位眾多，這對各個單位和部門之間的協調配合提出了很高的要求。BIM技術可以保證橋梁全生命周期，各單位有序地配合。通過對橋梁BIM模型的建立以及相關軟件的應用研究，提出了BIM系列軟件應用的新思路。近些年來，BIM技術在政府的支持下，發展成果有目共睹。

關鍵詞：BIM;施工過程;信息化;模擬

中圖分類號：U445 文獻標志碼：A

0引言

BIM（Building Information Modeling）即建筑信息模型，在我國發展較晚，2004年建筑類行業才嘗試將該技術引入。盡管如此，在國家的鼓勵下，相關高校和科研單位都積極投身于BIM技術的學習研究中。短短幾年，相關論文和工程應用實例層出不窮。

目前，BIM相關軟件有很多，而不同的軟件針對于不同的行業領域。本論述采用Bentley公司系列軟件建模和應用研究。

1工程概況

本論述選取高墩連續剛構作為研究對象，其橋跨結構布置為（75+3x140+75）m。引入BIM軟件，建立橋梁模型，并對系列軟件進行研究。橋型布置圖如圖1所示。

2工程實施難點

該橋為變截面連續箱梁。（1）梁體內普通鋼筋、鋼絞線管道以及各種預埋件種類繁多，數量較大，施工過程中，經常會出現碰撞沖突問題。（2）該橋無論上部結構還是下部結構，鋼筋、混凝土等材料用量較大，對工程量統計和工程造價提出了很高的要求。施工模擬。除此之外，該橋橋墩均超過100m，在施工過程中，施工人員和設備都受到場地限制，沒有可行的施工方案，極易出現安全事故。引入BIM系列軟件，避免資源浪費，消除安全隱患。

3模型建立

3.1族庫建立

在BIM系列軟件中，有一個“族”的概念?！白濉笨梢钥醋鹘ㄖ锏幕A元素，在建立這些元素之后，就可以通過拼接或者參考的方式將這些元素搭建成建筑物。一般情況下，“族”文件可以分為標準構件文件和特殊構件文件。標準構件文件可以將以前建立過的元素文件直接調取使用。特殊構件文件無法通過“族”庫直接使用，需要根據實際工程情況重新建立。

“族”以文件形式存儲，可以直接調取拼接或者通過“參考”命令使用，在保證建模精度的前提下，降低模型的存儲空間，提高模型運行速度。圖2—6為部分BIM“族”文件。

3.2整體模型

通過直接拼裝或者“參考”命令進行全橋模型建立，在執行“參考”命令時，須注意各個文件的嵌套關系和相對坐標。橋梁模型如圖7所示。

4BIM技術在碰撞檢測中的應用

在一座橋梁的全生命周期內，項目運轉需要各個專業領域的技術人員協調合作。在此過程中，傳統的二維模型可視化效果差，信息傳遞的準確性完全依賴相關技術人員的專業水平。

即使經驗再豐富的專業技術人員，也很難保證，在信息傳遞的整個過程中，不會有失誤，導致體積碰撞。這種情況在設計階段很難發現，只有在施工過程中容易遇見，此時已經對工程成本控制和施工安全有了影響。

為了避免這一問題，本論述利用BIM軟件建立了全橋的模型。針對復雜的下部結構，BIM相關技術可以進行橋墩鋼筋和承臺鋼筋的碰撞檢測。在施工之前找到碰撞沖突點，可以有效避免資源浪費、消除安全隱患。

在ProStructure軟件中，找到工具菜單中的碰撞檢測，如圖8所示。

碰撞檢測操作后，得到模型碰撞位置的三維示意圖，如圖9所示。

5BIM技術的工程量統計

一個工程除了安全質量，成本控制也很重要?？刂瞥杀卷氂斜容^精細的工程量統計來支持。

在該橋梁模型建立過程中，利用ProStructure功能建立對O#塊普通鋼筋模型，再對其進行工程量統計的工作，如圖10、11所示。

6BIM技術的3D輸出技術

傳統的二維圖紙可視化差，對于一些復雜的結構，則依賴專業技術人員的識圖能力。BIM技術的3D輸出解決了這一問題，利用Bentley的三維打印功能，可將該橋結構輸出為3D-PDF，該文件可以在電腦、手機等移動設備中查看，如圖12、13所示。

7BIM技術在施工進度模擬中的應用

以薄壁空心墩施工為研究對象，模擬施工的整個過程。墩身掛架系統主要由預埋件、承重系統以及模板工作平臺等裝置構成。

將BIM系列軟件建立的橋墩模型和掛架系統以.dgn的格式導入到Navisworks軟件中去，再通過各個階段的時間和實體劃分，實現薄壁空心墩的全過程施工模擬，如圖14所示。

首先，進行橋墩第一節段模板的搭設、橋墩鋼筋綁扎，如圖15所示。

當橋墩第一節段模板搭設和鋼筋綁扎完成之后，進行混凝土澆注，待齡期達到規范要求，進行模板拆除，如圖16所示。

橋墩第一節段模板拆除后，重復之前的步驟，進行下一階段的施工，如圖17所示。

8BIM導出模型至有限元計算軟件

Midas FEA是一款空間有限元仿真程序。它有簡潔的操作界面，可以直觀地進行模型建立和數據分析。特別是在工程中遇到的比較復雜、受力不明確的問題，可以利用該軟件有效地解決。

MicroStation軟件與其他三維建模軟件有較強的數據交互能力，可以實現與Midas FEA軟件的交互，在保證建模精度的同時，減少了Midas FEA重復建模的時間。

在變截面箱梁施工過程中，橋梁零號塊受到較大的負彎矩，是施工中的關鍵工序，重要程度不言而喻。

本論述通過MicroStation軟件建立零號塊1/4模型，再利用MicroStation軟件和Midas FEA軟件的交互，將模型導入，對其進行網格劃分、邊界約束，并對其施加荷載和單元溫度，即可得到該模型在z軸方向的位移圖。計算結果如圖18、19所示。

9結論

本論述以高墩連續剛構為研究對象，經過模型建立以及相關技術研究，得出以下結論：

（1）BIM相關軟件在國內引入時間晚，相關技術還不成熟，目前還處于探索研究階段。即便如此，隨著該技術在工程實踐中發揮的作用越來越不可替代，國內相關科研單位都響應國家號召，進行BIM技術的相關研究工作。

（2）利用BIM系列軟件，建立了橋梁施工過程中的基礎構件模型，并通過參考等方式搭接主體結構的BIM模型。

（3）研究了BIM在橋梁各個階段中的應用，主要包括碰撞檢測、工程量統計、3D輸出、施工進度模擬以及BIM與有限元計算軟件的交互使用等。

本論述對BIM系列軟件的部分功能進行研究，對于行業內的BIM應用有一定的參考、借鑒的價值。