橋梁工程設計BIM技術應用探索

(重慶交通大學土木工程學院 重慶 400074)

引言

近年來，由于BIM技術在橋梁工程設計和施工領域中有著舉足輕重的作用，相關學者經過一系列科研與突破，一定程度上提出并改良了基于BIM的橋梁施工優化。在這過程中，有一個事實容易被人忽略但我們必須意識到，由于橋梁工程其涉及項目繁多，其設計與施工的難度也是非常大的，這些困難成為橋梁工程的工作人員棘手的問題。因此，當工作人員通過BIM技術對橋梁工程施工進行優化的過程中，如何處理出現的問題就顯得尤為重要了。由于橋梁工程設計與施工特點紛繁復雜，故本文只挑選其中的關鍵點進行簡要分析。

一、橋梁工程設計與施工特點

(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。這就說明施工環境不是一塵不變的，施工項目的改變導致施工環境的更改，并且處理各個施工環境之間的方案還不盡相同，要保證項目安全順利的進行，必須因地制宜，根據當地的環境來確定最適宜的施工方案。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。然而，由于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，盡管如此，由于項目的復雜性也不能確定制定出來的施工方案是完全有效?？尚械?，那么，這就會產生過多安全問題、造價上升、工期延后等。

(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。在過去，檢驗設計問題通常在二維設計圖紙上，但是，因為工程設計量大并且復雜，通過設計師人工在圖紙上檢驗往往很難發現施工中的問題，所以，長期出現的情況是未檢測出的問題在實際工程中才會出現，這將會導致施工返工、工期加長等。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。

我國現階段建造得比較多的是鋼筋混凝土橋和鋼橋，這兩種橋型都會使用大量預制構件。這些構件通常是按照設計中的尺寸在工廠中預制，然后通過貨車或者貨船運達目的點進行安裝，若設計中的構件尺寸或生產工藝達不到要求，那么將會造成構件不能在實際結構中拼裝。若在施工過程中發生構件尺寸不吻合時，處理方法都是很復雜的，要么修改圖紙、要么改造構件，如果是混凝土構件都沒法改造只能重新預制。這將會造成施工進度被拖慢，還會大幅度提高造價。

二、通過BIM優化橋梁工程設計

(一)BIM與初步設計

在傳統設計方式下，各專業設計人員分散工作導致各專業工程之間容易產生不協調或碰撞，到施工過程 中才發現問題。從而導致設計變更，增加成本而BIM 技術提倡 的就是協同工作．設 計人員基于同一個平臺進行信息共享和交流。改變了傳統的設計模式。通過軟件的白動碰撞檢查不僅提升了工作效率．而且使得大量的沖突問題在施工前就得已解決，大大的降低了設計變更 的數量，從而減低 了工程造價。韓厚正等學者深入分析了BIM 應用于橋梁設計時在可視化、參數化設計、智能化設計、自動化制圖和協同工作等諸多方面的價值。表明BIM 在橋梁設計中的應用不僅提高設計效率和質量，更有利于優化和再造橋梁設計乃至全生命周期管理的流程，可極大地提升橋梁工程的建設與管理水平。

在橋梁工程初步設計中的第一項工作是確定橋型和總體結構構想，如橋梁各個面的布置，以及上下部結構和選址問題等。在選擇橋梁方案的時候，通常情況布置一個方案，一般都是有多種方案來比較然后選擇其中的一種，往往由于方案復雜繁瑣在和業主商量過程中不能很好的表達雙方意愿。由于BIM技術在工程商能在短時間內自動生成平、立、斷面圖并且將工程師的多種構思方案進行數字化處理形成三維模型，以這種優點可以使得設計方與業主方的溝通更加直觀，便于分析出各個方案的優劣。一方面，BIM技術在修改和調整方案方面比較簡便，修改的同時平、立、斷面會隨著修改實時更新。另一方面，直觀形象的BIM技術搭建起一個容易溝通便于交換意見的平臺，使得業主方與各方人員可以暢所欲言討論。

(二)BIM與技術、施工設計

由于BIM對結構復雜的技術、施工設計問題有針對性的解決方法。在設計過程中出現設計沖突時通過BIM軟件的便捷性可以減少人工機械性操作。如果產生設計瑕疵，可以通過檢驗，重新建模，修改，循環往復直到達到設計人員的期望。BIM模型有一個特點，即模型中各種繁雜的構件之間都互相存在邏輯關系，使得各個構件之間因果關系緊密相連，一個構件改動會引起另外的構件變化，從這個層面來講，從一定程度上減輕了工程師的工作里也提高了正確率。

三、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，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關鍵節點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。再者，通過循環往復的改進施工方案，再重新模擬，再重復的過程可以不斷優化施工進度安排，并且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。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。綜上所述，BIM技術可加快橋梁施工進度，優化施工管理，提高施工安全水平。

結語

雖然現階段我國對于橋梁工程方面基于BIM的研究任不及西方那么成熟，距離其普遍使用任還需一定的時間，但值得慶幸的是這方面的應用已經廣泛獲得人們認可。希望在國內外相關學者的研究下，BIM技術會發展的更加完善，從而讓施工管理、施工進度進一步優化，讓國人的享受高質量的生活。