BIM技術(shù)在公路橋梁施工中的應(yīng)用技術(shù)

摘要：在施工機(jī)械的不斷優(yōu)化升級和CAD、Project等工程輔助軟件的協(xié)助下，工程質(zhì)量得以提升。然而工程施工管理中的大量問題依靠傳統(tǒng)的技術(shù)和工具仍無法解決。文章介紹在墨臨高速公路地約科1號大橋工程施工過程中，通過結(jié)合BIM技術(shù)，完成了項目的三維建模、碰撞檢查和制作施工模擬動畫等工作，為橋梁施工全過程的管理決策提供了有力依據(jù)，并促進(jìn)了施工管理水平的提升。

[作者簡介]江昊（1996—），男，專科，主要從事BIM技術(shù)工作。

目前，由于我國基礎(chǔ)建設(shè)工程規(guī)模的日益增加和擴(kuò)大，結(jié)構(gòu)和形式愈加復(fù)雜，尤其是超大型的工程項目層出不窮，使得企業(yè)和工程項目單位面臨著巨大的信息技術(shù)投資和使用風(fēng)險、管理風(fēng)險和信息技術(shù)應(yīng)用風(fēng)險[1]。但是，當(dāng)前的管理模式和信息化的手段都已經(jīng)無法很好地適應(yīng)我國現(xiàn)代化工程建設(shè)的實際發(fā)展需求。如何充分應(yīng)用BIM信息技術(shù)，從根本上有效地解決建筑全生命周期中各專業(yè)技術(shù)系統(tǒng)間的信息聯(lián)系出現(xiàn)斷層的問題，從傳統(tǒng)的設(shè)計、施工技術(shù)的應(yīng)用到管理全面提高信息化水平和信息技術(shù)應(yīng)用的效果，已經(jīng)成為建設(shè)單位和企業(yè)的迫切發(fā)展需求。

本文以地約科1號大橋的實例應(yīng)用為基礎(chǔ)和依托，為BIM技術(shù)在建筑工程施工質(zhì)量管理實踐過程中的發(fā)展和應(yīng)用研究提供了理論思路、體系和實踐過程，分析了其優(yōu)缺點，總結(jié)了其應(yīng)用的障礙，提出了其發(fā)展方向和建議，具有一定的前瞻性理論技術(shù)研究價值和重要的現(xiàn)實意義，能夠為企業(yè)如何運用質(zhì)量管理實踐和開展后續(xù)的研究工作提供參考。

1 工程概況

墨臨高速公路地約科1號大橋位于墨江縣地約科村，工程項目具有墩高且跨徑大、橋梁上部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工場地小等難點。高墩施工集中在3#、4#、5#、6#墩處，主要施工方法為爬模法施工與滑膜法施工。

本橋位于整體式路基段，最大橋墩高93.4 m。橋梁起訖點樁號為K5+643～K6+098，橋梁總長455 m，跨徑布置為（3×30 m預(yù)應(yīng)力混凝土T梁）+（72 m+125 m+72 m波形剛腹板連續(xù)鋼構(gòu)）+（3×30 m預(yù)應(yīng)力混凝土T梁）。單幅橋標(biāo)準(zhǔn)橋面寬度為12.5 m，墩臺徑向布置。地約科1號大橋形象見圖1。

以此可見，本橋的結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，存在一定的項目施工管理風(fēng)險和難度，結(jié)合運用BIM技術(shù)，對項目施工管理進(jìn)行多個方面、多重角度的分析優(yōu)化。提供科學(xué)有力的數(shù)據(jù)支撐，將會為項目的有序進(jìn)行保駕護(hù)航。

2 BIM應(yīng)用軟件分析

BIM的應(yīng)用過程離不開軟件的支撐，軟件就是展現(xiàn)BIM的工具和載體。在BIM的整個應(yīng)用實施過程中，除了必須有核心建模軟件以外，還需多種功能軟件的綜合應(yīng)用。才能實現(xiàn)BIM應(yīng)用的效益最大化。根據(jù)應(yīng)用功能與階段的劃分，BIM應(yīng)用軟件可分為建模、計軟件和運維軟件[2]。

由于項目BIM應(yīng)用需要多種軟件交互工作，數(shù)據(jù)兼容的問題應(yīng)當(dāng)首要考慮。第一種方案，把每種軟件自己的數(shù)據(jù)格式導(dǎo)出成一種所有軟件都能夠支持的中間格式。目前國際上主流的兩種通用格式，一種是Gbxml，另外一種是IFC，但都具有一定的不穩(wěn)定性，增加了后續(xù)應(yīng)用實施風(fēng)險。因此本項目選用第二種方案，全部用同一個軟件廠商提供的BIM工具和平臺。Revit作為Autodesk公司的核心建模軟件，具有投入成本低、參數(shù)化程度高、二次開發(fā)完善、與其他軟件整合性高等優(yōu)點。能夠充分滿足本項目的應(yīng)用功能需求，為項目的BIM應(yīng)用實施提供有力支持;魯班BIM平臺作為行業(yè)的領(lǐng)航者，能夠結(jié)合三維模型對項目進(jìn)行全生命周期的施工管理，通過對施工進(jìn)度、物料管理、成本預(yù)算、安全質(zhì)量等方面的細(xì)致管控，保證項目的有序進(jìn)行，提高項目質(zhì)量。

3 BIM技術(shù)應(yīng)用

3.1 三維建模

通過對以往施工圖紙的觀察分析發(fā)現(xiàn)，其所涵蓋范圍大多相互分離，關(guān)聯(lián)性較差，再加上道路橋梁工程自身所固有的復(fù)雜施工環(huán)境與施工工藝，導(dǎo)致潛藏于施工中的各類問題難以挖掘。本項目橋梁部分上部結(jié)構(gòu)為波形剛腹板連續(xù)鋼構(gòu)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在二維的平面圖紙上很難得以體現(xiàn)，存在一定的技術(shù)隱患[3]。

利用Revit對橋梁進(jìn)行精細(xì)化的三維模型創(chuàng)建。三維模型能夠?qū)蛄汗こ讨懈鱾€構(gòu)件之間的關(guān)系及作用機(jī)制進(jìn)行全面的詳細(xì)的呈現(xiàn)，可視化的三維模型對圖紙進(jìn)行了生動及清晰的表達(dá)，確保了設(shè)計的準(zhǔn)確性和可靠性。相比較于傳統(tǒng)的人工圖紙審核，所需投入人力少、所需時間周期短、達(dá)到的效果更加顯著。針對本項目中的波形鋼腹板、鋼筋、鋼絞線等結(jié)構(gòu)與工程，如利用Revit進(jìn)行大規(guī)模的三維建模任務(wù)，對計算機(jī)的配置要求極高，且工作效率低，對施工單位人員來說整體效果不夠理想，不建議進(jìn)行整體建模。本項目進(jìn)行了單獨的復(fù)雜節(jié)點建模，輸出3份碰撞檢測報告，共計發(fā)現(xiàn)碰撞100余處，復(fù)雜鋼筋節(jié)點優(yōu)化59處。復(fù)雜節(jié)點示意見圖2。

對于混凝土結(jié)構(gòu)及一些異性結(jié)構(gòu)，手工計算工程數(shù)量的效率不高且不夠準(zhǔn)確，本項目借助于Revit三維建模來實現(xiàn)精準(zhǔn)算量。發(fā)現(xiàn)計算錯誤、鋼絞線長度及混凝土量統(tǒng)計錯誤、構(gòu)件尺寸前后不統(tǒng)一等問題38處。避免了施工返工現(xiàn)象及材料資源浪費，節(jié)約了施工成本，提高了施工效率。它的需求來源于每個基礎(chǔ)崗位，回歸于項目施工各個環(huán)節(jié)本質(zhì)。

3.2 工程施工方案優(yōu)化

在工程施工方案優(yōu)化中BIM技術(shù)應(yīng)用主要在3個方面：施工方案優(yōu)化、施工場地布設(shè)和施工工藝流程優(yōu)化。

在Revit精細(xì)建模后，結(jié)合Autodesk系列軟件Navisworks強(qiáng)大的可視化、審查、漫游功能。分解三維模型并加入時間概念創(chuàng)建四維施工模擬動畫，輸出更為生動形象的四維施工進(jìn)度表，通過可視化呈現(xiàn)項目工程施工計劃。對施工工藝流程和施工技術(shù)方案的設(shè)計決策提供科學(xué)理論和技術(shù)支持。提高工作效率，保證工程質(zhì)量。在本項目中依據(jù)四維施工模擬動畫，比較方案選用5次，解決施工重難點2次，提升施工效率并保證項目工程的有序進(jìn)行。

在本項目中可用場地較少，前期規(guī)劃困難，項目借助Revit與Civil 3D軟件相互結(jié)合應(yīng)用，創(chuàng)建三維地形模型，可以協(xié)助項目進(jìn)行施工項目場地的布置方案選用和設(shè)計決策。Civil 3D利用軟件管理系統(tǒng)中的施工項目勘測和設(shè)計任務(wù)管理工具可以自動地完成許多需要耗費大量時間的勘測和任務(wù)，有助于大限度地簡化了項目設(shè)計工作的流程。Civil 3D協(xié)助項目所設(shè)計生成的地形模型中包含豐富的智能、動態(tài)數(shù)據(jù)，便于在施工項目的任何一個設(shè)計階段快速準(zhǔn)確進(jìn)行勘測和設(shè)計變更;而且協(xié)助項目能根據(jù)統(tǒng)計分析和評估設(shè)計性能的結(jié)果自動做出更明智的設(shè)計決策，選擇最佳的設(shè)計方案。項目利用Civil 3D實現(xiàn)場地布置方案優(yōu)化，規(guī)劃用地3 000 m2，同時也為臨建設(shè)施選地提供了科學(xué)依據(jù)，取得了節(jié)約項目成本造價，科學(xué)規(guī)劃項目用地的優(yōu)質(zhì)效果。

3.3 項目施工運維管理

項目基于BIM模型，搭建了魯班BIM平臺，作為一個全生命周期的平臺，能將整個項目施工過程中的勞動力、材料、安全質(zhì)量、文化建設(shè)等各類信息集成。平臺界面展示見圖3。

從橋梁工程的施工進(jìn)度管理中來說，應(yīng)為其施工的復(fù)雜性比較高，相應(yīng)的進(jìn)度管理難度也比較大。借助魯班BIM平臺，關(guān)聯(lián)三維模型進(jìn)行每天的進(jìn)度填報工作，對整個橋梁工程項目的施工管理過程的細(xì)節(jié)都進(jìn)行嚴(yán)密的監(jiān)察和把關(guān)，實時監(jiān)控實際施工進(jìn)度、智能預(yù)警，使各個施工流程都能夠滿足于施工進(jìn)度的預(yù)期，避免出現(xiàn)較大的施工拖延問題。

除了在施工進(jìn)度管理中，魯班BIM平臺基于三維模型還具有巡檢調(diào)查、資料集成、成本預(yù)算、物資填報等多個功能，各個功能板塊交互協(xié)作，建立了一套完善的項目施工運維管理流程，為項目施工管理提供了強(qiáng)有力的支持，但與項目施工工作人員的日常工作交際不是很理想，還有一定的改善和進(jìn)步空間。目前項目在魯班BIM平臺的協(xié)作管理下，井然有序的進(jìn)行中，共歸集資料約600份、完善工程施工質(zhì)量問題24處，為項目運維提供扎實的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語

綜上所述，BIM技術(shù)在橋梁工程中的應(yīng)用是極具價值的。BIM技術(shù)不僅在前期策劃、施工圖紙優(yōu)化等方面發(fā)揮很好的作用，且在具體的項目施工管理過程中，能有效地結(jié)合信息化技術(shù)提高項目的整體管理水平。本文通過結(jié)合實際工程施工項目，從不同方面、多個角度，簡要概述和分析了BIM技術(shù)在公路橋梁工程中所發(fā)揮的實際作用和體現(xiàn)。希望以此能夠促進(jìn)BIM技術(shù)在公路橋梁工程施工中的發(fā)展和進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄧春瑤，叢學(xué)森.BIM技術(shù)在土木工程施工管理中的應(yīng)用研究[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊.2019（35）：24.

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[3] 劉孟，張文全，黃國鑫，等.BIM技術(shù)在黃河特大橋項目施工管理中的應(yīng)用[J].施工技術(shù).2016（S2）：208.