基于BIM的橋梁工程設計與施工優化研究

郭勝

摘要：隨著時代發展，道橋工程的基礎設施建設發生了大規模提升，逐漸成為了道路橋梁工程中的重要一員。由于道路橋梁工程的設計與施工過程復雜精細，要考慮因素較多，所以BIM在橋梁工程中得到了部分應用。作為一個近兩年興起的技術，BIM在整體設計、施工與管理方面的優化方面有著得天獨厚的優勢。本文通過對橋梁工程特點的分析，進行對BIM的橋梁工程設計與施工優化的研究，并得出BIM在橋梁工程項目中的作用性。該研究旨在對大型橋梁工程設計中應用BIM技術起到一定參考作用。

關鍵詞：BIM；橋梁工程設計；施工優化

前言

隨著近年來國內經濟的穩步增長和持續發展，大型橋梁工程項目數量在逐步增加，而大型橋梁自身結構的復雜和施工現場的多元化情況更是對施工單位能力的考驗。目前橋梁工程的設計普遍還在采用AutoCAD繪制二維圖紙，施工技術人員和管理人員只能通過多圖結合對比的方式分析設計，很多設計中的問題難以發現，從而影響施工效率，浪費資金；同時由于設計圖中問題無法提前發現，只能在施工過程中發現并解決，所以也間接增加了人力資源成本和施工管理成本。所以橋梁工程設計與優化都需要BIM來提高設計可行性，并讓現場的技術與管理人員直觀的發現設計中的問題，從而避免資金浪費[1]。

BIM作為一種國內新興的管理理念，目前在歐美國家的建筑業使用頻繁。BIM一方面可以滿足對橋梁建設項目設計與施工的支持，另一方面可以為項目各方提供協同工作的平臺，從而提高工程效率。本研究通過分析研討，從多方面實證BIM應用在橋梁工程設計與施工方面的可行性。

1橋梁工程特點

橋梁工程作為一種相對復雜的工程類型，其復雜的設計方案與現場狀況是最大的特點。

1.1 結構復雜

由于橋梁工程的力學結構，橋梁工程的設計普遍較為復雜，尤其是力學結構上的各個應力點，所以在橋梁結構設計中經常出現各種沖突，而且在傳統設計方式中，二維圖紙的修改統一性差，導致即使發現問題也難以迅速解決；同時復雜的橋體結構導致施工環境與施工條件復雜，從而使得工程施工管理困難，難以達到理想的施工效果[2]。

1.2 預制構件數量多體積大

由于預制構件必須在工廠制造完成后運輸到施工現場再進行安裝，所以一旦出現了尺寸設計問題，只能重新改變設計中的尺寸并讓工廠重新制造匹配的預制構件，從而導致施工速度放慢，也提高了不必要的施工成本；同時因為預制構件的數量和體積龐大，在運輸和施工現場整理保管時也面臨著很大的難題，必須從預制構件剛剛到達施工現場時便開始反復驗證才能保證現場管理不出現紕漏。其次，大型預制構件的安裝過程較為復雜，耗時較多。最后是橋梁工程中使用的工程設備，強度是否達標，數量是否能滿足生產需求，都需要現場管理人員經過計算和結合經驗得出[3]。

1.3 施工現場環境復雜

橋梁工程的施工往往要面對跨海跨河，山谷斷崖等環境，且每一個項目的環境都不相同，所以每一次施工都相當于從零做起，難以通過現有的經驗去完成施工方案的制定與實施，最終導致工程項目的效率降低，成本增加，施工安全也難以得到保證。

2基于BIM的橋梁工程設計優化研究

橋梁工程設計分為初步設計、技術設計和施工設計三大階段。傳統的橋梁工程設計以AutoCAD和其他附屬平面設計軟件為主，設計圖構型抽象，信息不直觀。所以想要將BIM結合到橋梁設計中，首先需要將設計轉換為3D建模形式，然后根據建模來進行修改，最終得到最直觀的設計方案信息。

2.1 初步設計

初步設計的目的是敲定橋梁結構和方案。在確定橋梁方案時，通過BIM技術將各種橋梁方案轉換為3D建模，還可以轉換為2D圖紙，在分析比較方案的方面優勢明顯，清晰明了；同時3D參數化建模對于方案修改也非常輕松。另外通過建立BIM模型的方式來探究方案可行性，可以促進業主等參與方的協調溝通，不僅提高效率，還能結合各個參與方的建議，得出具有可行性的方案。

2.2 技術設計

技術設計是在初步設計結束，確定可行性方案后將方案進行細化處理，主要用于大型橋梁工程。由于BIM的自身優勢，使得技術設計階段對于方案的修改變得簡單快速，通過BIM進行設計沖突分析，發現問題后便可以直接進行修改，例如碰撞沖突分析，在檢測到碰撞沖突后，系統將自動生成沖突報告，并可以將有沖突的構件表位高亮，方便進行修改。修改過后重新進行建模后再檢測，最終完成技術設計階段。

2.3 施工設計

施工設計是在技術設計細化處理之后進行最后的計算分析，繪制最終施工圖紙的過程。在BIM中進行分析計算，發現問題后進行修改，最終確定方案。由于BIM中，一個構件的修改會將所有有關的信息一同修改，很大程度解放了設計人員的重復思考，提高了設計人員的工作效率。

3基于BIM的橋梁工程施工優化研究

施工優化主要是施工工序，進度及管理的優化，根據設計中建立的BIM施工模型和施工規劃，進行模擬施工，分析施工中多方面可行性，最終改良并確定施工方案。施工過程分析由BIM技術實施和施工現場管理協調溝通，共同決定對方案的修改意見。

3.1 工序優化

技術人員通過BIM的3D建模與數據整理技術將3D模型結合到施工方案中，通過生動形象的施工流程模擬，讓施工人員可以直觀的看到整個過程中的方案流程是否可行，同時發現問題后直接在BIM上修改方案并再次模擬，直到施工方案達到可行性要求方可采用，從而確保橋梁工程的施工質量和效率。

3.2 進度優化

BIM在項目施工方面中的作用主要用于施工進度模擬分析。在BIM中代入項目進度計劃，通過BIM的3D建模進行施工項目進度模擬，并由項目負責人、BIM建模設計師和工程師共同完成進度修改并確定方案。在進度優化初期，首先對施工的項目進度進行初步施工過程模擬，主要對施工工序，施工按照設計進度開展的可能性展開研究，并得到初步確定可行的施工方案；初步方案確定之后，施工進度計劃細化完成，BIM技術人員與項目管理人員基于之前確定的BIM中施工方案進行修改細化并進行模擬，最終得到可行的方案。這種模擬施工進程和方案的方式為施工計劃的順利實施提供了保障，同時也提高了方案的可行性。

3.3 管理優化

由于BIM模擬施工進程和方案的能力，施工過程中才會發現的問題在方案設計之時就得到了解決，所以管理方式也就相應發生了變化，由等待問題解決問題的管理方式轉變為發現問題解決問題的管理方式，由被動轉換為主動；同時，施工過程的可視化同樣可以用作在施工現場指導流程和方案的方式，讓工人直觀地看到整個流程以及每一個安全隱患，在有效的減少了施工問題的同時，也解放了施工現場的管理規模，讓管理人員減少無用的時間浪費，從而提高了整體的管理效率，優化了管理的整體流程，最終達到提高施工管理水平的目的。

結語

本研究全面分析研究，得出BIM能夠為橋梁工程的設計和施工方面提供支持。通過盡管BIM在橋梁工程項目中的作用只有設計三維化，問題監測和施工進度模擬，但通過對整個工程項目的保障和幫助仍不可忽視，表明了BIM本身在建筑工程方面的作用性，隨著BIM的廣泛運用，BIM的應用面定會更廣，技術性也會更高，BIM在建筑工程方面的發展空間無比巨大。

參考文獻：

[1]李紅學，郭紅領，高巖，劉文平，韋笑美，基于BIM的橋梁工程設計與施工優化研究[J].工程管理學報，2012.12（6）：48-52.

[2]楊會強，基于BIM的橋梁工程設計與施工優化研究[J].建筑設計，2016（5）：21，26.

[3]何濤，基于BIM的橋梁工程設計與施工優化研究[J].建材裝飾，2016（9）：240-241.