基于BIM平臺的市政橋梁工程設(shè)計與應(yīng)用

俞 琦

（蘇交科集團股份有限公司，江蘇南京 210019）

越來越多的新型技術(shù)隨著科技的發(fā)展進步，在各領(lǐng)域都得到了快速推廣和應(yīng)用，BIM技術(shù)即建筑信息模型，近幾年開始在建筑行業(yè)中得到應(yīng)用?，F(xiàn)階段，BIM技術(shù)對于大多數(shù)建筑企業(yè)還比較陌生，應(yīng)用范圍也并不廣泛。目前BIM技術(shù)在設(shè)計思路方面與傳統(tǒng)的軟件存在較大區(qū)別，且在國內(nèi)沒有得到大面積使用，國內(nèi)高端BIM技術(shù)型人才也十分缺乏，多數(shù)設(shè)計師都需要從零開始學(xué)習(xí)BIM軟件的相關(guān)應(yīng)用。此外，BIM技術(shù)的入行門檻較高，造成選擇參加BIM等級考試并獲得證書的人員相對較少。需要加大對BIM技術(shù)的推廣宣傳，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的設(shè)計理念，不斷對橋梁工程設(shè)計進行優(yōu)化，可以豐富市政橋梁建設(shè)的技術(shù)手段，提高整個橋梁設(shè)計行業(yè)的水平。市政橋梁區(qū)別于公路橋梁設(shè)計，最常見的就是具有人非系統(tǒng)和管綜系統(tǒng)，BIM的應(yīng)用能更好地解決各專業(yè)的交叉碰撞沖突問題。

1 BIM平臺

1.1 BIM平臺的應(yīng)用現(xiàn)狀

BIM平臺幫助建筑行業(yè)在信息化的時代中擁有了變革的方向，在現(xiàn)階段科技飛速發(fā)展的過程中幫助工程建筑行業(yè)實現(xiàn)了信息化和智慧化。此平臺幫助工程建設(shè)行業(yè)更快捷實現(xiàn)數(shù)字化，是整個建筑行業(yè)信息化的基礎(chǔ)。建筑行業(yè)采用BIM平臺，使得橋梁設(shè)計從傳統(tǒng)開會討論的方式，轉(zhuǎn)變成由經(jīng)驗數(shù)據(jù)制定決策的方式，粗放型管理被精細化管理取代，大幅度提高了橋梁設(shè)計的質(zhì)量，縮短了設(shè)計用時。可以通過一個平臺掌控多種信息，通過三維信息模型，實現(xiàn)了橋梁建設(shè)過程中各種設(shè)計的協(xié)調(diào)規(guī)劃，可以追溯橋梁工程的各階段信息。目前BIM平臺應(yīng)用的范圍較小，但前景十分廣闊。在未來建設(shè)各種橋梁尤其是大體量、大跨度需多專業(yè)協(xié)調(diào)的復(fù)雜市政橋梁時，應(yīng)用BIM平臺是必然[1]。

1.2 BIM平臺的先進性

BIM平臺可以構(gòu)建三維的建筑模型，在傳統(tǒng)的二維圖紙基礎(chǔ)上增加了時間維度，較傳統(tǒng)的設(shè)計方式有更多優(yōu)勢。與目前通用的CAD設(shè)計相比，BIM平臺在設(shè)計時增加了時間維度，一個橋梁工程的設(shè)計階段、施工階段、招商及運營管理都可以進行模擬。BIM構(gòu)建的是三維建筑模型，原來的設(shè)計圖紙需要設(shè)計人員自己想象立體結(jié)構(gòu)，現(xiàn)階段較多橋梁工程的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，無法僅憑想象就得出構(gòu)造設(shè)計，非建筑專業(yè)的人員更難以完成。BIM平臺設(shè)計過程具有可視化特點，針對設(shè)計思路、施工方法、運營管理等各方面問題的討論，都可以在可視化的效果下進行。

過去的CAD設(shè)計是各部門獨立進行工作，路線、橋梁、路基路面、管綜等都有獨立圖紙，且設(shè)計師之間缺乏交流，經(jīng)常出現(xiàn)階段沖突的問題，造成損失和浪費。BIM設(shè)計平臺具有較好的設(shè)計協(xié)調(diào)性，方便協(xié)同工作，便于及早發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的矛盾之處，及早進行改正。BIM平臺可以進行多方面模擬，模擬建筑在實際使用過程中遇到的各種情況，通過模擬可以清晰了解建筑投入使用后的各方面狀況，方便及時發(fā)現(xiàn)問題并進行優(yōu)化。

2 基于BIM平臺的市政橋梁工程設(shè)計優(yōu)勢

基于BIM平臺設(shè)計的市政橋梁工程，可以模擬實際現(xiàn)場環(huán)境，確保橋梁工程設(shè)計可以實現(xiàn)協(xié)同管理，如圖1所示。

圖1 設(shè)計驗證及優(yōu)化及施工方案模擬

通過搭建協(xié)同平臺實現(xiàn)各專業(yè)三維BIM協(xié)同設(shè)計，以工程項目為單位，參加的各專業(yè)在平臺的統(tǒng)一框架下，動態(tài)的、實時的整合設(shè)計成果，實現(xiàn)在線數(shù)字化復(fù)審工作，實現(xiàn)實時、跨平臺、全流程協(xié)同設(shè)計解決方案，提升設(shè)計質(zhì)量?？梢酝ㄟ^場地分析提供可視化的模擬分析數(shù)據(jù)，對施工圖進行審查時可以及時發(fā)現(xiàn)問題并對設(shè)計進行優(yōu)化，便于設(shè)計及管理人員對設(shè)計方案進行輔助設(shè)計與方案評審。

2.1 建設(shè)場地的規(guī)劃分析

建設(shè)市政橋梁工程時，場地的選擇尤為重要，進行橋梁設(shè)計時做好場地規(guī)劃非常重要，市政橋梁設(shè)計的質(zhì)量是否合格與場地規(guī)劃情況存在密切關(guān)系。過去場地規(guī)劃設(shè)計主要依靠工作人員，通過實地勘探得到的數(shù)據(jù)結(jié)果進行規(guī)劃分析，具體的規(guī)劃設(shè)計數(shù)據(jù)都會存在差異，導(dǎo)致精確度下降，浪費人力和物力，工作效率較低。在市政橋梁設(shè)計中應(yīng)用BIM平臺，有效提高了場地規(guī)劃分析的精確度，節(jié)省了人力，大幅度提高工作效率[2]。

2.2 實際情景模擬，提高工程質(zhì)量

BIM平臺的模擬功能可以通過導(dǎo)入工程項目所在地的氣候信息和地質(zhì)信息進行模擬，便于根據(jù)實際情況對設(shè)計進行修改。根據(jù)模擬功能對各種可以影響工程安全性能的因素進行動態(tài)演示，分析各種影響因素的參數(shù)設(shè)置，確?？梢约皶r發(fā)現(xiàn)設(shè)計疏漏，采取有效措施對設(shè)計進行優(yōu)化，提高工程項目的安全性，提高整體項目的質(zhì)量水平。

2.3 利用BIM平臺實現(xiàn)精確設(shè)計并分析方案可行性

BIM平臺可以以設(shè)計師給出的設(shè)計參數(shù)為依據(jù)，通過分析建立橋梁工程的3D模型。利用BIM平臺的模擬功能，可以將設(shè)計方案中的優(yōu)勢、弊端充分顯示出來，便于從各個方面對設(shè)計方案的可行性進行分析，對不足進行優(yōu)化。對橋梁工程進行設(shè)計時，數(shù)據(jù)的精確性會對工程的質(zhì)量效果產(chǎn)生極大影響。數(shù)據(jù)的精確度對于工程質(zhì)量具有重要意義，是保障工程質(zhì)量的關(guān)鍵，利用BIM平臺對橋梁工程結(jié)構(gòu)中各個組成部分的結(jié)構(gòu)配件進行分析，主要分析構(gòu)件的各種尺寸是否合適以及各項力學(xué)性能是否能夠支撐橋梁建設(shè)，根據(jù)分析的結(jié)果，設(shè)計者可以在行業(yè)規(guī)范允許范圍內(nèi)對橋梁結(jié)構(gòu)進行適當(dāng)調(diào)整，選擇更便宜的材料，加強對建筑成本的控制[3]。

3 BIM技術(shù)在市政橋梁工程設(shè)計中的應(yīng)用

3.1 初步設(shè)計階段

根據(jù)橋梁工程總體設(shè)計方案圖借助BIM平臺，完成對橋梁工程的主體結(jié)構(gòu)及配套設(shè)施的建模，這些配套設(shè)施應(yīng)保證與整體建筑工程協(xié)調(diào)。利用BIM平臺完成建模后，如果沒有發(fā)現(xiàn)明顯錯誤，平臺生成相應(yīng)的BIM模型文件等相關(guān)內(nèi)容。設(shè)計師需要根據(jù)更詳細的信息協(xié)調(diào)設(shè)計之間的沖突，并提前預(yù)測建設(shè)過程中出現(xiàn)的問題，提前做好解決方案，盡量減少施工過程中由于設(shè)計變更導(dǎo)致的工程延期。

3.2 建造模型階段

主要對現(xiàn)有的圖紙資料進行統(tǒng)一整理，并匯總成一套完整的圖紙信息，這些數(shù)據(jù)信息就是構(gòu)建模型的基礎(chǔ)依據(jù)。初步模型構(gòu)建完成后，可以利用BIM平臺的相關(guān)軟件，形成碰撞報告，匯總可能出現(xiàn)的各種設(shè)計類問題。需要對初步構(gòu)建的模型進行整體漫游，利用BIM平臺預(yù)覽平面設(shè)計圖在三維實體階段的效果，并對設(shè)計信息進行整合，借助BIM模型使各設(shè)計部門實現(xiàn)信息共享[4]。

3.3 整體優(yōu)化階段

根據(jù)建模階段構(gòu)建的模型以及發(fā)現(xiàn)的問題，匯總獲得的所有專業(yè)問題報告的結(jié)果，提出相應(yīng)的解決措施，對設(shè)計方案中得分較低的選項進行優(yōu)化，并依照優(yōu)化后的設(shè)計對模型進行再次調(diào)整。以模型的整體結(jié)構(gòu)為依據(jù)，在設(shè)計方案中添加排水、路燈等附屬設(shè)施。針對各種數(shù)據(jù)信息及時做好設(shè)計文檔集成與歸檔工作，關(guān)聯(lián)與工程相關(guān)的圖檔以及施工模擬視頻等和模型，方便日后可以直接在模型處打開相關(guān)文檔進行查詢。

3.4 地下管線設(shè)計

在市政橋梁設(shè)計中，橋梁的管線在不同專業(yè)工程平面位置和豎向高程間需要進行綜合設(shè)計。橋梁工程施工前，需要對管線的具體走向、種類和管徑參數(shù)做好規(guī)劃，對各項參數(shù)內(nèi)容做好核查優(yōu)化工作，借助BIM平臺建立包含橋梁管線分布的靜態(tài)模型。建好模型后需要進行碰撞檢測分析，根據(jù)碰撞檢測結(jié)果整理報告內(nèi)容，判斷是否需要調(diào)整。根據(jù)BIM平臺的綜合調(diào)控，確定管道的具體尺寸、管徑以及走向，為日后的施工提供參考[5]。

4 市政橋梁工程設(shè)計中應(yīng)用BIM平臺的價值

在信息化的時代，需要通過設(shè)備更快收集需要的信息。BIM平臺可以迅速對各種信息進行分析，構(gòu)建三維化模型，通過可視化的模型以及得出的各種參數(shù)，減輕工作人員的任務(wù)量，精簡設(shè)計步驟，提高工作效率，使設(shè)計團隊意見達到統(tǒng)一，減少傳統(tǒng)方式中各設(shè)計部分的意見不統(tǒng)一現(xiàn)象，避免了人力、物力的浪費，節(jié)省設(shè)計時間。目前BIM平臺是一個輔助工具，其應(yīng)用圍繞工程設(shè)施的設(shè)計、施工、運維等過程展開，是實現(xiàn)建筑行業(yè)數(shù)字化與信息化的重要載體。通過廣泛應(yīng)用BIM平臺，不僅幫助設(shè)計橋梁設(shè)計師提升了效率，完整保存橋梁整體數(shù)據(jù)，促進橋梁設(shè)計行業(yè)整體發(fā)展[6]。

5 結(jié)語

綜上所述，我國目前的橋梁建筑行業(yè)對BIM技術(shù)的使用還不成熟，隨著社會的發(fā)展和科技水平的進步，信息化技術(shù)在各行各業(yè)的應(yīng)用不斷加強，未來橋梁工程設(shè)計尤其在市政橋梁設(shè)計方面，會逐漸加強信息化技術(shù)的應(yīng)用。當(dāng)前市政橋梁建設(shè)是一座城市對外的窗口，是地標性建筑，反映了一座城市的發(fā)展水平。BIM平臺在一定程度上打破了傳統(tǒng)模式中的弊端，使得市政橋梁規(guī)劃設(shè)計真正實現(xiàn)一體化管理，在加強橋梁設(shè)計水平時，更利于提高市政橋梁設(shè)計的質(zhì)量，促進城市化發(fā)展。