橋梁工程設計BIM技術應用探索

安惠娟

山西蘇交科炳坤工程勘察設計有限公司

1 橋梁設計中BIM技術的應用優(yōu)勢

1.1 協(xié)同設計

由于橋梁建設中的參與方較多，一旦彼此之間的溝通協(xié)作受阻，就會對施工產(chǎn)生直接影響，引發(fā)各種質量與安全方面的問題。利用BIM 技術就可以滿足工程設計要求，確保設計單位和施工單位都可以直接參與設計，提前解決施工可能面臨的問題，形成優(yōu)良的設計方案。在橋梁工程的施工中，通過應用BIM 模型也可以實現(xiàn)對生產(chǎn)的協(xié)同處理，促進橋梁工程建設質量與效率的全面提高。

1.2 助力設計成果轉化

在開展橋梁工程作業(yè)的過程中，考慮到包含橋墩預埋件等構件，其不僅擁有諸多種類，并且結構也非常復雜，進一步增大施工的難度。所以使用BIM 技術之后，通過建立三維模型就可以直接展示橋墩構件的具體情況，從而滿足預判處理的要求。另外，通過及時優(yōu)化施工方案，基于三維技術做好技術交底處理，能促使施工人員真正領會橋梁工程設計者的意圖，最終讓其轉化為對應的成品。

2 傳統(tǒng)橋梁工程設計方法存在的主要問題

2.1 無法及時發(fā)現(xiàn)施工機械動態(tài)運行過程中的碰撞問題

從當前我國橋梁工程的施工現(xiàn)狀可以看出，大多數(shù)橋梁工程對預制構件的需求量都比較大，而且都是采用從工廠直接定制或者在施工過程中進行預制的方法來滿足施工需求，這就要求確保這些預制構件運輸?shù)募皶r性。與此同時，由于預制構件的需求量較高，各構件的體積又比較大，對生產(chǎn)環(huán)節(jié)、運輸環(huán)節(jié)與施工環(huán)節(jié)的要求都非常高。施工企業(yè)不但要加強對構件數(shù)量與質量的控制，同時還要選擇適當?shù)奈恢脤ζ溥M行存放，以免在放置過程中出現(xiàn)變質。在實際進行橋梁工程建設的時候，構件運輸、吊裝和澆注過程都需要用到各種各樣的機械設備，且這些設備處于動態(tài)化運行的狀態(tài)下，若采用傳統(tǒng)的二維平面圖紙進行工程施工圖設計，必然無法及時發(fā)現(xiàn)施工機械設備動態(tài)運行過程中出現(xiàn)的各類碰撞問題，這就會給整個工程項目的施工帶來極大的安全風險。

3 橋梁工程設計中BIM技術的應用

研究對象為舊路改造工程，其橋梁跨越河流，該河流上已有一座既有橋梁，新建橋位置和該橋大體相同。現(xiàn)有橋梁的總長為137.7 m，采用簡支結構，八跨，每跨采用15片梁，跨度為15 m。橋面的寬度為9.76 m，行車道寬7.1 m，兩側人行道寬1.33 m。下部結構采用實心墩，基礎采用預制打入樁，橋臺采用擴大基礎。因現(xiàn)有橋梁當重車經(jīng)過時沒有顯著的震感，所以采取直接加寬措施，在舊橋的外側與舊橋緊靠新建一座橋梁，以此和舊橋組成新橋。該新橋的中心里程樁號為K5+790.388，其技術指標包括:（1）設計荷載取公路I 級；（2）設計時速取80 km/h；（3）所在位置不通航；（4）區(qū)域無地震記錄，現(xiàn)代地震不活躍，可不考慮地震造成的影響；（5）洪水頻率取1/100。新舊橋斷面設計如圖1所示。現(xiàn)圍繞本項目實際情況，對其設計過程中的BIM 技術具體應用做如下深入分析。

圖1 新舊橋斷面設計

3.1 模型的構建

BIM技術在橋梁工程中的應用首先需要構建一個科學完善的模型，具體來說，主要涉及以下兩個環(huán)節(jié)：第一個環(huán)節(jié)是借助AutodeskRevit 軟件為橋梁構件提供族的協(xié)同作用。例如，某橋梁工程的基礎形式為樁基礎，參照其平面圖紙，AutodeskRevit應用程序可通過其自帶的架構基礎族模板建構一個完整的基礎族庫，同時還可以及時而準確地導入所有相關數(shù)據(jù)，并在三維立體圖形中檢驗基礎模型的構建是否存在缺陷或漏洞。第二個環(huán)節(jié)是獲取橋梁完整的建模形態(tài)。在完成基礎構件族的建構工作之后，可借助該軟件構建一個項目數(shù)據(jù)文件，并將已經(jīng)建構好的族庫直接導入到這一項目文件之中，然后再對各基礎構件的具體方位進行調整和優(yōu)化，最終獲得準確完整的橋梁工程數(shù)字化建模信息。

3.2 實現(xiàn)各設計對方的實時溝通、精誠合作

與傳統(tǒng)技術相比，BIM 技術的一大顯著優(yōu)勢就是可實現(xiàn)橋梁工程設計者之間的實時溝通與交流，使其保持良好的合作關系，從而有效避免重復設計、設計沖突等問題的出現(xiàn)，這對整個橋梁工程各階段設計質量的提升來說是大有好處的。借助BIM技術自帶的協(xié)同操作平臺，還可將項目設計過程中的所有參與方聚集到這一平臺之上，充分發(fā)揮出BIM 數(shù)字化系統(tǒng)模型的優(yōu)勢，使高質量、高效率的設計目標從幻想變?yōu)楝F(xiàn)實。

3.3 將BIM與相關分析軟件相整合

在以往的橋梁工程設計之中，計算模型與圖紙模型往往是相互獨立的，在進行設計方案優(yōu)化的時候往往只能參照模型的計算結果，這就導致圖紙修改的工作量大幅增加。而BIM 技術的應用則能有效解決這一問題。立足于BIM 技術，對其進行二次開發(fā)，可生成完整的三維模型，然后再使其他分析軟件和BIM模型實現(xiàn)相互連通，把BIM 模型中的相關數(shù)據(jù)直接導入分析軟件進行計算處理，這樣就能實現(xiàn)橋梁工程設計效率與質量的大幅提升。

3.4 統(tǒng)計橋梁工程量

運用BIM 技術統(tǒng)計橋梁工程量，則需要先運用CAD 圖紙來計算工程量，細化橋梁工程施工所需要的混凝土量、鋼筋量以及其他材料數(shù)量，同時，要根據(jù)橋梁工程信息與整體模型，統(tǒng)計橋梁工程施工成本，而且，設計師應協(xié)同橋梁工程造價管理人員運用BIM 技術制定科學合理的施工成本計劃。從宏觀層次來分析，成本計劃是依據(jù)橋梁工程項目開發(fā)目標所制定的目標成本，具體規(guī)定在期限內為完成施工作業(yè)所支出的一切成本費用，并細化實現(xiàn)成本目標的具體措施。需要注意的是，成本計劃是降低橋梁工程施工成本的具體目標，也是實施成本控制、成本分析與成本考核的依據(jù)。

其次，要運用BIM技術做好成本預算工作，即通過分析模型數(shù)據(jù)對施工期間所支出的成本費用進行全面預算，準確定位橋梁工程項目成本的支出動向，同時，要科學調控費用成本，確保在具體成本預算執(zhí)行過程中能全面預估控制力與執(zhí)行力。對于成本控制工作中所出現(xiàn)的任何問題，必須全面分析該問題的成因，并及時解決，努力確保成本控制工作的順利執(zhí)行。需要注意的是，前期的成本預算管理工作非常重要，后期的成本監(jiān)督工作也不容忽視。因此，橋梁工程設計師應協(xié)同施工管理人員加大后期的成本監(jiān)督力度，確保總成本支出與成本預算結果相符。

另外，橋梁工程設計師應注意運用BIM 技術協(xié)助施工企業(yè)做好成本分析與考核工作，通常，成本分析是依據(jù)成本預算所提供的成本數(shù)據(jù)和相關資料，聯(lián)同計劃成本和本企業(yè)之前的橋梁工程項目成本歷史以及先進成本管理經(jīng)驗進行比較，正確認知成本差異，科學判斷成本超支的原因，并根據(jù)具體原因制定成本控制對策。成本考核工作以成本分析為基礎，并對成本計劃的執(zhí)行結果進行全面評估。在成本考核工作中，應注意細分成本指標與成本責任，以此確保成本考核的客觀性。

4 提升BIM技術在橋梁設計中的應用效用的建議

BIM 技術的使用有許多好處，但是如果不能正確使用具體的施行辦法，就可能導致問題的產(chǎn)生，不利于提高橋梁設計的效率，影響設計周期。就目前國內該技術的使用，必須進行相關人員的專業(yè)素質培訓，組織技術的應用點，提高BIM技術使用的效率和價值。首先橋梁設計人員可以通過更新仿真和數(shù)據(jù)統(tǒng)計的方式方法，并且結合以創(chuàng)新的思維將該技術引進中國的橋梁設計工作中，其次積極的關注應用相關的數(shù)據(jù)信息，通過提高數(shù)據(jù)的可靠性實現(xiàn)橋梁設計的可行性。最后施工單位要更新管理模式和工作模式，一方面能夠有效地降低成本，另一方面也能提高工程建設的效率，實現(xiàn)利潤的最大化。因此BIM 技術的使用必須以提高橋梁設計效率和施工質量為目標，在控制相關施工因素的同時，實現(xiàn)設計圖紙的構建，并在模型的不斷建設中提高后期橋梁設計的效率，而且也能夠保障后期的施工質量。

5 結束語

綜上所述，借助BIM技術對本項目實施設計與施工模擬，構建相應的族庫，使模型利用率得到大幅提升，本項目研究具有很好通用性，能提高設計的實用性與可行性，最終為后續(xù)類似項目的實際設計工作與施工模擬都積累寶貴經(jīng)驗。相信通過不斷地完善和積累，BIM 技術的應用能為企業(yè)核心競爭力起到重要作用。