BIM技術在橋梁工程設計中的應用

(重慶交通大學 重慶 400074)

一、引言

我國作為基礎建設大國，每年國家投入基礎建設的資金達到成百上千億元，而BIM技術最引人注目的特點在于經濟性以及有效性。據有關報道得知，BIM技術的碰撞沖突檢查可為項目總投資減少10%[1]。僅由這一點優勢都可以看出BIM技術優點，并且BIM技術相比傳統技術還有諸多優勢，其他研究報告早有詳細描述，這里不再贅述。本文從橋梁工程設計施工角度簡要分析BIM技術相比于傳統技術的優勢，以此突出BIM技術對于橋梁工程設計優化有著廣泛的應用前景，目的在于為橋梁工程設計施工工作提供新思路和新方法，提高生產效率，造福國民生活。

二、橋梁工程設計與施工特點

橋梁工程自工程選址，結構形式確定到后期的構件預制與現澆等工序各項目較為繁雜且要求較高，然而一旦建設單位要求對某部分進行修改，其他相關聯的部分也需要發生改動，造成多方面的損失。

(一)施工現場環境不確定

橋梁施工環境擁有自身與眾不同的特點，即施工環境差異較大，常出現的有山谷中建設、海中建設、河湖中建設、極端點的還有在西藏凍土地區建設等。由于施工方案和施工管理對于橋梁工程起著重要的作用，因此，項目中工程師以及管理人員在施工方案的確定、施工管理的處理方面上就顯得尤為重要。并且每個復雜的環境都有其自身獨特的地理因素，加之，每個橋梁項目都需要根據當地的情況進行合理的設計，故任意一位設計人員、施工人員在面對一個項目的時候，對他們而言都是一個全新的挑戰，這就需要各位工作人員在工作中隨機應變，見機行事。

(二)構件多、體積大，設計復雜

橋梁工程設計由于結構體積龐大，故其中存在數量巨大的構件，通常情況下橋梁工程設計相對繁瑣，難度又大，特別是在其關鍵位置設計往往更加困難，比如在構件連接處，這些地方就通常會在設計過程中出現類似連接件沖突和配筋沖突等。再者，單單修改一部分圖紙很難使修改后的圖紙與其他部分圖紙吻合，且修改圖紙費事費力修改的效果也不好。

由于預制構件本身特點，施工過程中常常在構件生產、運輸和吊裝等環節出現紕漏[2]。第一是如何保證工廠中按要求預制并安全運輸到現場。施工工作人員應該盡職盡責的記錄構件到現場的時刻、順序和線路，通過這些就可以將施工順序安排妥當。第二是通過合理的調整大型構件的安裝順序，可以控制橋梁工程的施工進度和質量。第三是吊塔等施工機械往往在實際施工過程中重復的使用，對這些器械的需求、強度、吊裝重量的把控都容易出現不準確的估計，在目前沒有很好地辦法預測。

三、通過BIM優化橋梁工程設計

由于橋梁工程的結構復雜多變，各部分細部構造又繁多，故進行建模的工作量巨大，所以一般情況需要多個設計人員協同工作。一套恰當的分工計劃對整個項目的完成至關重要。

(一)BIM參數化建模

參數化構件指的是通過各種參數來對結構構件的屬性或構件之間的邏輯關系進行確定。在這點上，Revit系列軟件提出了“族”的概念。設計人員在創建族的過程中可通過族編輯器加入和修改尺寸、形狀、材質等參數，這樣創建的族不僅有幾何形狀化包括著建筑構件的信息。并且在Revit二次開發中可以使用絕對坐標定義構件位置，這極大方便了橋梁的三維建模[3]；而CATIA軟件是通過知識工程模塊來建立參數化構件，其中需要選取關鍵定位信息，并對構件形狀尺寸進行約束，通過參數化來精確控制構件形狀位置，若后期需要對模型進行修改，可以通過參數進行快速修改。圖為CATIA軟件參數化實例。

圖1 腳手架建模

(二)BIM技術協同設計

協同設計一直作為BIM技術的核心理念，在建設工程領域經常提及[4]。建筑項目往往不是單一專業就可以獨立完成，實際工程中同一項目常常由多個專業協同完成。

四、基于BIM的橋梁施工優化

(一)施工進度優化

借助BIM技術構建的橋梁三維模型在引入時間維度，使得項目在一定的時間單位里模擬實行施工，例如在甘特圖中引入時間分析，可以較好的表達施工進度與工作間的關系，這種模擬大大貼近實際，并能從模擬中得出未來施工中可能出現的一些施工問題，從而提前做出決策，從而重新制定施工方案。其次，對于項目工程中一些復雜施工工序和關鍵位置可以實施可視化模擬，通過調整施工工序中的一些施工規劃對施工方案進行優化，使得資源配置利用最大化。

(二)施工管理優化

由于BIM技術可以通過模擬施工過程，這與傳統的管理思維有所差別，在模擬過程中提前發現施工工序中的問題，避免在現場施工中出現不必要的錯誤，這個過程不僅減少問題的出現,而且簡化施工管理過程。當前BIM技術是可以有效應用于橋梁工程中的，對于大部分常規橋梁，可以實現快速建模分析和出圖，具有重要的推廣應用價值[5]。在此過程中，施工過程中因為BIM軟件可以得到直觀的施工過程，故施工管理人員能更好地與第一線的工人溝通，以降低施工安全問題發生的概率。

五、結束語

在國內相關研究人員的努力下，BIM技術的應用已受到人們的廣泛關注和認可。根據其數字化，信息化等特點可為工程設計和施工提供技術支持，減少返工，提高效率[6]。