BIM技術(shù)在橋梁施工中的應(yīng)用分析

曹俊濤

摘 要：橋梁工程是現(xiàn)階段我國交通事業(yè)建設(shè)中的重要內(nèi)容，隨著交通事業(yè)的發(fā)展，對(duì)于橋梁的需求量越來越大，對(duì)橋梁的質(zhì)量要求也越老越高。現(xiàn)階段我國橋梁施工技術(shù)呈現(xiàn)出工業(yè)化、精細(xì)化、信息化相對(duì)低下的狀態(tài)。BIM技術(shù)作為現(xiàn)階段國際上較為先進(jìn)的施工技術(shù)在多項(xiàng)施工當(dāng)中均有應(yīng)用，側(cè)重于在大型項(xiàng)目當(dāng)中的使用。現(xiàn)階段我國的橋梁施工中依然采用CAD，不過隨著橋梁技術(shù)要求的提升，單憑CAD是不能夠滿足當(dāng)前橋梁工程建設(shè)需求的。橋梁施工具有類型復(fù)雜、周期長的特點(diǎn)，運(yùn)用BIM技術(shù)可以創(chuàng)建精準(zhǔn)的BIM模型，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)可視化，因此在橋梁施工中應(yīng)用BIM技術(shù)具有重要意義。

關(guān)鍵詞：BIM;橋梁工程;施工

中圖分類號(hào)：U445 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

BIM（Building Information Modeling）即建筑信息模型技術(shù)，由此可知BIM技術(shù)的核心就是信息，可以實(shí)現(xiàn)將全生命周期的有關(guān)信息集中在一個(gè)三維模型當(dāng)中，為項(xiàng)目建設(shè)提供統(tǒng)一的信息共享平臺(tái)。可視、模擬、參數(shù)、協(xié)調(diào)是BIM技術(shù)的主要特點(diǎn)，BIM技術(shù)的自身屬性使其在國際范圍內(nèi)建筑行業(yè)當(dāng)中得到廣泛應(yīng)用。近年來，在我國許多重大建設(shè)項(xiàng)目中都應(yīng)用了BIM技術(shù)并且取得了理想的成果。我國橋梁工程建設(shè)中對(duì)于BIM技術(shù)的使用依然處于探索階段，為了提升我國橋梁施工的質(zhì)量，需要將BIM技術(shù)應(yīng)用于橋梁工程建設(shè)中，為橋梁工程建設(shè)提供更多的解決方案。

1 BIM技術(shù)在橋梁施工中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

1.1 橋梁施工特點(diǎn)

現(xiàn)階段，我國橋梁建設(shè)事業(yè)發(fā)展速度比較快，從橋梁工程項(xiàng)目建設(shè)現(xiàn)狀來看，與其它工程相比，施工難度較大是橋梁工程最大的特點(diǎn)，主要體現(xiàn)在以下方面：（1）規(guī)模龐大。對(duì)于橋梁整體結(jié)構(gòu)而言，具有整體結(jié)構(gòu)體積龐大的特點(diǎn)，同樣也體現(xiàn)在橋梁各構(gòu)件的體積上，龐大的體積導(dǎo)致橋梁工程在建設(shè)中的難度也相應(yīng)增大，所以在橋梁工程建設(shè)中，對(duì)管理人員、施工人員、技術(shù)人員的要求都非常高。（2）從橋梁結(jié)構(gòu)上來看，不管是在設(shè)計(jì)與構(gòu)建中，難度也都比較大，特別是傳統(tǒng)的橋梁結(jié)構(gòu)，更為復(fù)雜，在設(shè)計(jì)與構(gòu)建中需要對(duì)穩(wěn)定性、安全性加以重視，才能最大限度的避免施工中出現(xiàn)問題，保證最終建筑質(zhì)量。（3）從施工環(huán)境來看，外界環(huán)境對(duì)橋梁工程的影響較大，由于橋梁工程建設(shè)多處于惡劣的環(huán)境中，所以施工進(jìn)度、安全及質(zhì)量等均會(huì)受外界環(huán)境的影響，也增大了施工的難度。可見，橋梁工程建設(shè)中，難度大、復(fù)雜性是最突出的特點(diǎn)，因此要想提升橋梁工程建設(shè)質(zhì)量，就需要在施工過程中加強(qiáng)管控，這也為BIM技術(shù)的應(yīng)用提供了可能。

1.2 BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

BIM技術(shù)在橋梁工程施工中應(yīng)用要想對(duì)BIM技術(shù)充分利用，就需要明確BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)與價(jià)值，從BIM技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐來看，該技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾方面：（1）信息完整性。信息完整性的優(yōu)勢(shì)是BIM技術(shù)在橋梁工程施工應(yīng)用最主要的優(yōu)勢(shì)，完整的信息也就表明了BIM技術(shù)在橋梁工程施工中，能夠?qū)蛄航Y(jié)構(gòu)中各個(gè)構(gòu)件的類型、型號(hào)、尺寸等信息全面分析，并以數(shù)據(jù)的形式體現(xiàn)出來，為橋梁工程施工提供輔助。（2）模型關(guān)聯(lián)性。橋梁工程施工中，BIM技術(shù)在應(yīng)用中，模型的關(guān)聯(lián)性特點(diǎn)也是其最大的優(yōu)勢(shì)之一，即通過建筑信息模型結(jié)構(gòu)，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)中各個(gè)構(gòu)件之間的關(guān)系，以及各構(gòu)件之間的作用機(jī)制，能夠全面呈現(xiàn)出來，為橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工提供依據(jù)。（3）模型可視化。BIM技術(shù)在橋梁工程項(xiàng)目中合理利用，可視化效果是最大的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)人員、施工人員能夠通過可視化技術(shù)，對(duì)橋梁工程項(xiàng)目建設(shè)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)、重點(diǎn)環(huán)節(jié)直觀的進(jìn)行觀看，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的問題，確保了施工的規(guī)范性與標(biāo)準(zhǔn)化，避免施工中出現(xiàn)人為差錯(cuò)及失誤，最大限度的保證了施工效果的提升。從BIM技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)來看，在橋梁工程施工中有較高的應(yīng)用價(jià)值。

2 BIM技術(shù)在橋梁設(shè)計(jì)當(dāng)中的應(yīng)用

將構(gòu)件進(jìn)行組合設(shè)計(jì)被稱之為參數(shù)化設(shè)計(jì)，使用BIM技術(shù)對(duì)橋梁建模實(shí)際上是將許多虛擬構(gòu)件進(jìn)行組合，并且在構(gòu)件設(shè)計(jì)中并不需要過多的建模語言，主要的操作就是旋轉(zhuǎn)、拉伸，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有構(gòu)件的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，這些參數(shù)也可以進(jìn)行自由調(diào)節(jié)，使構(gòu)件形體出現(xiàn)一些變化，滿足工程的設(shè)計(jì)要求。[1]設(shè)計(jì)參數(shù)的過程中需要通過參數(shù)對(duì)構(gòu)件的屬性進(jìn)行模擬，對(duì)參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、計(jì)算，可以大幅度提升建模的效率、技術(shù)水平，同時(shí)也可以提升設(shè)計(jì)企業(yè)的市場競爭力。

2.1 選擇平臺(tái)

橋梁施工使用BIM進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，使用 MicroStation Connect進(jìn)行建模，MicroStation Connect參數(shù)化功能相對(duì)薄弱，由此不能順利實(shí)現(xiàn)全參數(shù)化驅(qū)動(dòng)。為了彌補(bǔ)參數(shù)功能薄弱的特點(diǎn)，可以選擇使用參數(shù)化功能更強(qiáng)的 Autodesk Revit，設(shè)計(jì)過程中可以結(jié)合工程的實(shí)際需求構(gòu)建不同的參數(shù)族模型。如果需要構(gòu)建更加復(fù)雜的模型，建議使用 Dynamo，但是 Dynamo建模功能并不是很強(qiáng)，只可以進(jìn)行命令，即便 Dynamo可以在一定程度上將建模能力提升，但是編程依然是主要的方式，操作難度大，造成建模工作效率低下。[2]Autodesk Inventor同時(shí)具備強(qiáng)大的參數(shù)化、建模能力，還可以對(duì)圖、統(tǒng)計(jì)、應(yīng)力進(jìn)行分析，擁有規(guī)范庫族，還可以輸入 Dynamo模型，因此在橋梁工程建設(shè)中建議使用Autodesk Inventor 與 Autodesk Revit實(shí)現(xiàn)高效率參數(shù)化建模。

2.2 參數(shù)化組庫

橋梁施工過程中，橋塔鋼錨梁和錨拉板在結(jié)構(gòu)上具有高度的相似性，部分參數(shù)會(huì)發(fā)生變化，可以為參數(shù)化建模創(chuàng)造條件。為了進(jìn)一步減少建模強(qiáng)度，建議使用 Autodesk Inventor與 Autodesk Revit 實(shí)現(xiàn)參數(shù)化建模，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建參數(shù)族。需要使用兩種軟件構(gòu)建的參數(shù)族庫對(duì)鋼錨梁進(jìn)行對(duì)比，由此可見 Autodesk Revit在建模過程中是存在一些問題的，即便是可以構(gòu)成不同參數(shù)之間的模型關(guān)系，但是還是會(huì)因?yàn)槠矫骝?qū)動(dòng)順序造成參數(shù)驅(qū)動(dòng)無效，因此需要對(duì)參數(shù)之間的關(guān)系和模型的搭建順序進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。模型搭建時(shí)，如果此時(shí)的邏輯關(guān)系相對(duì)復(fù)雜就會(huì)在一定概率上造成錯(cuò)誤，延長調(diào)整過程，但是使用 Autodesk Revit進(jìn)行建模就不需要很強(qiáng)的邏輯思維，同時(shí)簡化參數(shù)之間的關(guān)系設(shè)置，即便是一些復(fù)雜的構(gòu)件也可以實(shí)現(xiàn)一次成型，減少了調(diào)整參數(shù)、模型需要的時(shí)間，這也進(jìn)一步驗(yàn)證了 Autodesk Revit強(qiáng)大的建模能力。

3 圖紙校對(duì)

CAD屬于二維圖紙，并不能實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)的直觀展示，造成設(shè)計(jì)缺少一定的協(xié)同性，從某種程度上將容易造成不同構(gòu)件設(shè)計(jì)過程中產(chǎn)生的錯(cuò)誤，構(gòu)件之間的碰撞是一種較為常見的錯(cuò)誤。在設(shè)計(jì)過程中，為了進(jìn)一步滿足橋梁結(jié)構(gòu)的受力要求，有必要在構(gòu)件當(dāng)中對(duì)鋼筋、預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行合理布局，但是鋼筋、預(yù)應(yīng)力筋完全屬于不同的專業(yè)領(lǐng)域，因此容易在布置結(jié)束以后出現(xiàn)碰撞現(xiàn)象，而這種問題很難通過CAD二維圖紙發(fā)現(xiàn)，但是使用BIM卻可以讓問題清晰地展現(xiàn)出來。

橋面屬于一種組合梁，因?yàn)闉榱藢?shí)現(xiàn)鋼箱梁與頂部的混凝土實(shí)現(xiàn)共同受力，有必要在鋼箱梁的頂端布置剪力釘。為了最大限度上確保橋面受力的合理性，需要在橋梁內(nèi)部布置鋼筋，此時(shí)三者之間極其容易發(fā)生碰撞。此外，對(duì)于橋塔下橫梁往往也需要布置大量的鋼筋，同樣容易出現(xiàn)碰撞。為了最大限度上追求橋梁的設(shè)計(jì)效果，減少返工，可以選擇BIM技術(shù)建模作為設(shè)計(jì)方案碰撞檢查的基礎(chǔ)，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的碰撞現(xiàn)象。

4 BIM與VR結(jié)合

使用BIM對(duì)橋梁進(jìn)行設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)可視化設(shè)計(jì)，在BIM建模的基礎(chǔ)上形成對(duì)應(yīng)的渲染圖，可以立體化地展現(xiàn)出方案的整體效果，同時(shí)通過渲染圖還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)一些實(shí)際問題的展示。將BIM與VR進(jìn)行結(jié)合運(yùn)用可以實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬方案的展示，通過專門的展示平臺(tái)可以在空間中形成展示模型，模型在虛擬空間中形成，工作人員可以在虛擬空間中提前感受橋梁設(shè)計(jì)全過程的狀態(tài)。

5 BIM模型

從橋梁的全部施工工序出發(fā)，在BIM模型的基礎(chǔ)上制作施工模擬動(dòng)畫：

（1）導(dǎo)出FBX格式的BIM模型到三維模型軟件當(dāng)中。（2）在施工組織設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，參考相關(guān)資料，做好設(shè)備與模型預(yù)期工作。（3）構(gòu)建橋梁工程地形模型，在模型當(dāng)中需要增加施工環(huán)境中存在的元素，甚至可以設(shè)計(jì)相應(yīng)的背景。（4）對(duì)橋梁、設(shè)備模型進(jìn)行合理布置。（5）渲染動(dòng)畫序列幀，后期開始合成，在必要情況下增加配音、制作施工動(dòng)畫可以強(qiáng)化技術(shù)交底，清晰展示施工方案，這對(duì)于所有參與到施工的人員來說具有一定的便利性。

6 方案展示與數(shù)字化交付

在傳統(tǒng)的公路項(xiàng)目管理過程中，通常用文字的方式完成技術(shù)交底工作，而管理人員只能通過口頭傳授的方式完成交底，在交流的過程中，由于個(gè)人語言表達(dá)能力存在的差異，管理人員本身也會(huì)出錯(cuò)，不同的人理解能力有差異，因此對(duì)于技術(shù)交底存在理解差異，這樣一來施工過程中就會(huì)存在一定的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)與安全隱患，對(duì)整個(gè)工程造成負(fù)面影響。在工程建設(shè)中使用BIM模型實(shí)現(xiàn)數(shù)字化交付具有較強(qiáng)的直觀性、易讀性。從而為施工提供正確指導(dǎo)，對(duì)于整個(gè)工程施工具有重要意義。

7 碰撞檢測(cè)報(bào)告

首先需要明確碰撞檢查的范圍與規(guī)則，明確碰撞程度與優(yōu)先級(jí)，對(duì)無效碰撞進(jìn)行精準(zhǔn)識(shí)別。對(duì)于水管穿墻、穿板造成的碰撞現(xiàn)象，需要最大限度上將碰撞點(diǎn)的數(shù)量降到0。對(duì)于局部電機(jī)發(fā)生的碰撞，對(duì)于尺寸較小的管道出現(xiàn)的碰撞需要靠后處理，雖然靠后處理但是要予以高度關(guān)注，形成可靠的碰撞報(bào)告可以對(duì)碰撞現(xiàn)象進(jìn)行細(xì)致描述。對(duì)于局部碰撞或者是一些構(gòu)件出現(xiàn)的多次碰撞可以在報(bào)告中單獨(dú)列出，最大限度上對(duì)碰撞情況進(jìn)行反應(yīng)。

8 結(jié)論

在橋梁施工中使用BIM技術(shù)可以有效提升工程設(shè)計(jì)水平，這樣可以保證技術(shù)交底的實(shí)際效果，對(duì)比Autodesk Inventor與 Autodesk Revit，經(jīng)過綜合考量最終確定使用Autodesk Inventor。最終將BIM與VR進(jìn)行結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果的可視化展示，并制作施工動(dòng)畫，確保設(shè)計(jì)方案可以滿足施工需求，增強(qiáng)技術(shù)交底效果。

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