BIM技術(shù)在橋梁設(shè)計階段的應(yīng)用探討

陶晨晨 毛瑞敏

[ 作者簡介 ]

陶晨晨，男，河南商丘人，河南省交通規(guī)劃設(shè)計研究院股份有限公司，助理工程師，碩士，研究方向：橋梁設(shè)計。

毛瑞敏，女，河南周口人，河南省交通規(guī)劃設(shè)計研究院股份有限公司，助理工程師，碩士，研究方向：橋梁設(shè)計。

[ 摘要 ]

現(xiàn)有的大跨度橋梁設(shè)計大多仍沿用傳統(tǒng)的二維設(shè)計，并且主要是由工程管理人員依據(jù)施工管理經(jīng)驗來制定。然而，由于橋梁工程的設(shè)計比較復(fù)雜、構(gòu)件數(shù)量多，單憑二維圖往往只有在施工過程中才會察覺問題，這不僅會影響到工程的進(jìn)度，還會增加項目的成本，也會給施工帶來潛在的風(fēng)險。而BIM技術(shù)則可以通過數(shù)字建模來實現(xiàn)工程的設(shè)計，建設(shè)和管理運(yùn)行的整個流程。充分運(yùn)用BIM技術(shù)搭建的信息共享平臺，可以有效地提升橋梁建設(shè)的工作效率，節(jié)約成本，減少不合理的設(shè)計。目前，BIM技術(shù)在橋梁施工中的運(yùn)用還比較少見，因此，將BIM技術(shù)用于橋梁工程中的應(yīng)用就顯得尤為重要。

[ 關(guān)鍵詞 ]

BIM技術(shù)；橋梁設(shè)計；應(yīng)用

中圖分類號：TU99

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2022.15.060

BIM技術(shù)，即建筑的信息建模技術(shù)。BIM技術(shù)的關(guān)鍵在于通過對目標(biāo)建筑進(jìn)行數(shù)字化建模，對目標(biāo)建筑物進(jìn)行虛擬立體模型的建設(shè)，以便于對建筑信息進(jìn)行集中處理，BIM技術(shù)中的仿真處理器還能夠較快地檢測出道路橋梁的設(shè)計問題。橋梁施工的環(huán)境復(fù)雜、規(guī)模大、構(gòu)件眾多，采用BIM技術(shù)可以很好地解決上述問題，所以其在橋梁施工中的應(yīng)用將會更加廣泛。

1 BIM技術(shù)的優(yōu)勢

BIM技術(shù)也被稱為建筑信息模型，它主要是通過運(yùn)用計算機(jī)、信息技術(shù)、土木工程等多個專業(yè)知識，結(jié)合一些高新科技，利用計算機(jī)、信息技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，構(gòu)建了虛擬場景，并在此基礎(chǔ)上，搭建接近現(xiàn)實的建筑模型，避免人為的技術(shù)失誤，減少建筑的設(shè)計錯誤，提高建筑的質(zhì)量和工作效率。

1.1 精準(zhǔn)性

在實際橋梁設(shè)計中，為了保證設(shè)計的精準(zhǔn)性，需要對各種結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理、可行的數(shù)據(jù)支持。在我國絕大部分的橋梁工程設(shè)計中，如果采用手工繪制的設(shè)計方案可能有很大的失誤。有時候，只有在項目進(jìn)行中才能從設(shè)計圖紙上找出設(shè)計上的問題。BIM技術(shù)在實際工程中具有很強(qiáng)的計算能力，可以用于橋梁設(shè)計的各個階段。在橋梁設(shè)計中，既要考慮到各種構(gòu)架之間的協(xié)調(diào)，又要考慮到具體的環(huán)境條件，對其進(jìn)行長寬高的預(yù)測。而利用BIM技術(shù)進(jìn)行精確計算，能解決設(shè)計圖紙資料不精確的問題。

1.2 可視性

傳統(tǒng)的橋梁設(shè)計都是通過圖紙繪制出各種不同的結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)標(biāo)記，設(shè)計者在設(shè)計圖紙上繪制出立體的三維影像，有一定局限性，而對橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計并未進(jìn)行具體的運(yùn)用，因此在工程建設(shè)中會出現(xiàn)許多不確定因素。將橋梁結(jié)構(gòu)圖與BIM技術(shù)相結(jié)合，從而得到最基礎(chǔ)的模型，可以很好地解決這個問題。利用BIM技術(shù)，可以使設(shè)計者對每一種結(jié)構(gòu)有全面認(rèn)識，既能有效地規(guī)避橋梁的安全隱患，又能使設(shè)計者更好地做出正確的設(shè)計決策。

1.3 協(xié)調(diào)性

許多時候，使用CAD制作的橋梁設(shè)計圖，在實際應(yīng)用中往往會出現(xiàn)一些不協(xié)調(diào)、不實用的問題。BIM技術(shù)可以有效地彌補(bǔ)這種設(shè)計上的不足。通過對BIM技術(shù)的分析，提出了一種基于BIM技術(shù)的橋式結(jié)構(gòu)模型，在保證施工安全的情況下，能對工程進(jìn)行有效的改善。因此，BIM技術(shù)不僅可以極大地改善橋梁的設(shè)計協(xié)調(diào)，而且可以確保建成后的橋梁工程的實用性。

2 橋梁的設(shè)計和施工特點

2.1 構(gòu)造設(shè)計復(fù)雜

由于橋梁工程在整個建筑行業(yè)中所占比重日益增大，因此，施工單位對其進(jìn)行合理的設(shè)計也更加被關(guān)注。在進(jìn)行橋梁工程設(shè)計時，應(yīng)充分運(yùn)用力學(xué)知識來保證各節(jié)點的穩(wěn)定。我國現(xiàn)行的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計較為煩瑣，采用常規(guī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，往往難以在短時間內(nèi)得到解決。

2.2 預(yù)制構(gòu)件數(shù)量較多

隨著裝配式建筑的廣泛采用，許多橋梁項目也開始采用這種方式。為方便現(xiàn)場的安裝，一些預(yù)制件要在原來的工廠生產(chǎn)。所以，在現(xiàn)場安裝時，若發(fā)現(xiàn)零件尺寸不符合要求，則要進(jìn)行加工，這不但會影響工程的進(jìn)度，還會造成成本的上升，從而降低企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

2.3 施工現(xiàn)場的環(huán)境復(fù)雜

由于橋梁起著至關(guān)重要的作用，它的使用范圍比較廣，且不同的橋梁工程所面對的環(huán)境也不盡相同，因此無法完全借鑒以往的設(shè)計和施工經(jīng)驗。在正式施工前，技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場的具體條件，制定合理的施工方案，提高施工的效率和質(zhì)量。

3 BIM技術(shù)的重要性

BIM技術(shù)是將三維建模技術(shù)應(yīng)用于建筑的三維虛擬模型，并將各種相關(guān)的信息納入其中。隨著計算機(jī)行業(yè)的飛速發(fā)展，與建筑設(shè)計有關(guān)的軟件也越來越多樣化。在BIM技術(shù)的輔助和支持下，可以對橋梁工程的設(shè)計方式、工期和成本進(jìn)行有效的規(guī)劃。通過對工程造價等各方面的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和控制，能夠?qū)こ痰木唧w情況進(jìn)行全面的了解，以便設(shè)計者能夠針對實際情況做出相應(yīng)的調(diào)整，以提高設(shè)計的科學(xué)性和合理性。此外，BIM技術(shù)的輔助與支撐，使我國的傳統(tǒng)工程設(shè)計方式和技術(shù)方法發(fā)生了革命性的變化，使各種業(yè)務(wù)、流程得到了創(chuàng)新與發(fā)展，使整個工程施工過程更精細(xì)更協(xié)調(diào)，大大提高了工程建設(shè)的質(zhì)量。此外，BIM還可以通過相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為實物，還可以監(jiān)控建筑施工過程中的實際數(shù)據(jù)變化。施工單位在這一基礎(chǔ)上，對工程的整體設(shè)計水平可進(jìn)行優(yōu)化，降低了工程的預(yù)計成本，提升了工程整體的質(zhì)量。

4 橋梁設(shè)計中BIM技術(shù)的運(yùn)用策略

4.1 在可行性分析階段的運(yùn)用

在橋梁工程的設(shè)計中，可行性分析是一個非常重要的階段，它直接關(guān)系到整個橋梁工程的施工質(zhì)量，并對可能出現(xiàn)的潛在問題進(jìn)行全面的分析，從而為今后的橋梁工程建設(shè)提供有力的支撐。BIM技術(shù)在橋梁工程可行性分析中的作用是非常明顯的，它可以通過對各種數(shù)據(jù)全面、詳細(xì)的分析來綜合評價橋梁工程的可行性，從而保證以后的方案設(shè)計工作更有針對性。BIM系統(tǒng)中的海量數(shù)據(jù)和信息成功地導(dǎo)入相應(yīng)的BIM平臺，實現(xiàn)對橋梁結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的正確分析和評價，并對各種不同的橋梁結(jié)構(gòu)方案的使用效果進(jìn)行預(yù)測，對不可行的項目進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，保證后期建設(shè)的經(jīng)濟(jì)合理，不會給未來的計劃造成太大的限制和影響。

4.2 在施工圖設(shè)計階段中的運(yùn)用

BIM技術(shù)在橋梁工程的設(shè)計中的運(yùn)用充分體現(xiàn)在施工圖紙設(shè)計上。過去的橋梁工程設(shè)計采用的都是二維平面設(shè)計，這不僅增加了設(shè)計者的工作難度，而且很有可能會造成錯亂問題，從而影響施工圖的使用。然而，BIM技術(shù)的運(yùn)用使設(shè)計者可以充分利用其強(qiáng)大的三維建模能力，對橋梁工程進(jìn)行整體的規(guī)劃，使其更加全面、細(xì)致，同時也能將橋梁工程的方方面面都考慮進(jìn)去，從而為以后的施工提供一個好的參考。為使后續(xù)的橋梁工程施工進(jìn)一步優(yōu)化，BIM技術(shù)還能對2D圖進(jìn)行最優(yōu)輸出，并能根據(jù)不同的施工要求，繪制出相應(yīng)的二維平面圖，從而對后續(xù)的施工工作有較好的指導(dǎo)作用。例如，利用BIM技術(shù)可以將不同的橋梁構(gòu)件的結(jié)構(gòu)參數(shù)直接反映出來，從而促進(jìn)結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)和安裝，避免結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題，如圖1。

4.3 在方案優(yōu)化階段的運(yùn)用

BIM技術(shù)在橋梁工程設(shè)計中的應(yīng)用，也是非常重要的部分，它能更好地指導(dǎo)后續(xù)的施工作業(yè)，防止出現(xiàn)問題和錯誤，從而影響到橋梁工程的最終效果。BIM技術(shù)在橋梁工程設(shè)計中的運(yùn)用，能夠全面地分析橋梁工程的設(shè)計方案，從而更好地識別出可能存在的安全隱患和缺陷，并對其進(jìn)行改進(jìn)。在傳統(tǒng)的二維平面設(shè)計中，許多構(gòu)件之間存在著重疊、重合的問題，使得優(yōu)化分析變得困難，而且無法形成較好的工程驗證結(jié)果。然而，BIM技術(shù)可以進(jìn)行直觀的可視化分析，從而判斷出各構(gòu)件的大小和連接方式，從而避免出現(xiàn)重大的偏差。基于BIM技術(shù)，通過對管道碰撞的監(jiān)測可以全面地分析橋梁工程的設(shè)計方案，從而及時地發(fā)現(xiàn)問題，并通過自動分析軟件對其進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，使其在虛擬安裝施工模式中得到更好的完成。

4.4 對設(shè)計變更的響應(yīng)

設(shè)計是指導(dǎo)施工的基本原則，在進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)從施工的角度進(jìn)行分析。橋梁的設(shè)計工作量很大，特別是吊車、吊籃等，如果每一種尺寸的改變都會對施工進(jìn)度和造價產(chǎn)生一定的影響。在操作過程中很容易出現(xiàn)設(shè)計上的變化。為了有效地控制這些問題，在設(shè)計前期可以采用BIM技術(shù)對各種對橋梁施工設(shè)計產(chǎn)生影響的各種參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測。在設(shè)計變更時，使用裝載修改后的BIM模型，通過警示信息可以對預(yù)警參數(shù)進(jìn)行驗證，并就其對設(shè)計的影響進(jìn)行分析，盡量減少由于審核不及時和人為原因而導(dǎo)致的疏漏。

4.5 在橋梁項目后期的應(yīng)用

在橋梁項目的后期，BIM模型的設(shè)計審查與碰撞檢驗是必不可少的。橋梁工程的各項指標(biāo)都有很高的要求，BIM試驗可以使設(shè)計者更好地檢驗其結(jié)果，從而提高試驗的效率，當(dāng)出現(xiàn)問題時，可以對其進(jìn)行修正。同時，也可以為以后的工程建設(shè)打下堅實的基礎(chǔ)，減少工程建設(shè)過程中的問題，進(jìn)一步深化BIM的建模，并在BIM項目的監(jiān)督內(nèi)形成分析報告。由于三項式應(yīng)力管線和斜拉鎖等復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體系，導(dǎo)致了其內(nèi)部結(jié)構(gòu)空間的復(fù)雜性。傳統(tǒng)的二維CAD繪圖難以準(zhǔn)確地表示出不同的構(gòu)件，若各工程的工作人員之間缺乏有效的溝通，將會給施工帶來很大的難度，導(dǎo)致施工質(zhì)量的下降，從而帶來不必要的損失。同時，由于圖形的表現(xiàn)會導(dǎo)致大量的信息流失，導(dǎo)致設(shè)計者無法充分表達(dá)自己的想法，部分組件在項目中的位置發(fā)生了矛盾。利用BIM技術(shù)可以在極短的時間內(nèi)對橋梁構(gòu)件進(jìn)行三維建模，并進(jìn)行三維可視化的技術(shù)交底。同時，還可以將維護(hù)信息添加到設(shè)計中，為橋梁的建設(shè)提供一定的支持，從而增強(qiáng)信息的完整性。在工程建設(shè)中，一旦出現(xiàn)問題，就可以快速地找出問題的根源，并加以改進(jìn)。

5 結(jié)束語

本文通過對BIM技術(shù)的分析，得出了BIM技術(shù)在橋梁施工中的重要性，通過三維模型構(gòu)件的建立、數(shù)據(jù)處理和分析，可以幫助設(shè)計和選擇橋梁施工過程中的集中管理，保證施工過程的安全，提高施工效率。BIM技術(shù)雖然在工程實踐中仍有一定的缺陷，但只要能根據(jù)工程的具體情況，選擇合適的施工方案，并加強(qiáng)對施工的監(jiān)管與指導(dǎo)，就能使BIM在施工中的作用得到最大化。

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