BIM應(yīng)用于市政橋梁設(shè)計(jì)的實(shí)踐分析

何欣宇 安徽省城建設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司

一、市政橋梁設(shè)計(jì)中使用BIM技術(shù)的可行性分析

橋梁工程設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員和施工人員應(yīng)按施工圖紙和施工規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工。通常情況下，橋梁設(shè)計(jì)將采用CAD繪圖技術(shù)。CAD繪圖完成后，需要將已完成的繪圖轉(zhuǎn)換為三維繪圖，從而達(dá)到橋梁設(shè)計(jì)的目的。然而，這些過程復(fù)雜瑣碎，也會(huì)給橋梁施工的效率帶來一定的影響。另外，CAD圖紙轉(zhuǎn)換為三維圖紙時(shí)仍會(huì)存在一些問題和不足，但產(chǎn)生差異的原因是不同的，如圖紙錯(cuò)誤、轉(zhuǎn)換錯(cuò)誤等。所以在人們工作或使用CAD技術(shù)繪制圖紙時(shí)會(huì)出現(xiàn)一些問題。此外，三維圖中仍存在一些不可修改的元素，因此已建立的三維圖只能作為參考，在實(shí)際施工中不能發(fā)揮任何作用。市政橋梁建設(shè)仍會(huì)出現(xiàn)一些建設(shè)性的問題，甚至導(dǎo)致建設(shè)難度增加或停滯不前。

二、傳統(tǒng)橋梁設(shè)計(jì)方式存在的問題分析

（一）缺乏安全性設(shè)計(jì)

在橋梁工程設(shè)計(jì)中，既要保證整體美觀，又要考慮橋梁的安全性。目前我國市政橋梁的安全設(shè)計(jì)還比較低。設(shè)計(jì)師通過現(xiàn)有的設(shè)計(jì)規(guī)范和工程案例，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)橋梁結(jié)構(gòu)。由于不同的橋梁工程所處的環(huán)境不同，如果只按照設(shè)計(jì)圖紙和規(guī)范，不考慮實(shí)際因素，橋梁設(shè)計(jì)效果會(huì)受到影響。

（二）缺乏后期設(shè)計(jì)

橋梁工程分布在復(fù)雜的交通區(qū)域，對(duì)設(shè)計(jì)和施工要求較高。目前，橋梁工程必須遵循傳統(tǒng)的先設(shè)計(jì)后施工的方法。但是在實(shí)際施工過程中，具體的施工條件沒有結(jié)合起來，容易增加后續(xù)施工的難度。這不僅會(huì)影響施工進(jìn)度，還會(huì)使工程資源的和資金消耗增加。

（三）設(shè)計(jì)圖紙不準(zhǔn)確

在橋梁工程設(shè)計(jì)過程中，橋臺(tái)的尺寸和高度、錨固塊的位置和尺寸以及橋臺(tái)施工所需的混凝土都需要通過CAD圖紙進(jìn)行人工設(shè)計(jì)。橋梁工程結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不同模型包含多種構(gòu)件，整體計(jì)算量大，耗費(fèi)人力、物力，且容易出錯(cuò)。不準(zhǔn)確的工程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)也會(huì)影響工程結(jié)構(gòu)和安全。

三、BIM技術(shù)在市政橋梁工程設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用

（一）構(gòu)建模型并進(jìn)行精確計(jì)算

在橋梁設(shè)計(jì)階段采用BIM技術(shù)可以真正把設(shè)計(jì)工作落實(shí)到位，使工程進(jìn)度和質(zhì)量控制工作順利進(jìn)行。在過去的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法中，不同專業(yè)的設(shè)計(jì)師之間很少交流，他們都采用分散化的模式來開展工作。這種現(xiàn)象會(huì)影響各專業(yè)之間的工作協(xié)調(diào)，如果有些問題處理不好，很容易引發(fā)矛盾。此外，如果設(shè)計(jì)中的一些細(xì)節(jié)處理不當(dāng)，這些問題會(huì)使設(shè)計(jì)在施工時(shí)面臨變更的可能性，從而增加成本。但在BIM的技術(shù)支持下，提倡協(xié)同工作，設(shè)計(jì)師在一個(gè)平臺(tái)上共享和交換信息，改善了傳統(tǒng)模式，提高了工作效率，在沖突發(fā)生前解決了很多問題。從長遠(yuǎn)來看，這也是幫助節(jié)省項(xiàng)目成本的方法之一。BIM技術(shù)不僅實(shí)現(xiàn)了橋梁建筑模型的快速構(gòu)建，還可以計(jì)算橋梁工程的局部模型和整體模型。建模結(jié)果可用于局部計(jì)算，并可提取圖形數(shù)據(jù)等信息，使整體計(jì)算更加準(zhǔn)確高效。在整體計(jì)算中，將簡化橋梁結(jié)構(gòu)，增加橋梁的互聯(lián)互通性，提高數(shù)據(jù)信息的傳輸效率，減少計(jì)算時(shí)間，很大程度上提升工作效率。

（二）擬定并優(yōu)化施工方案

BIM技術(shù)的可視化設(shè)計(jì)可以詳細(xì)構(gòu)建橋梁工程相應(yīng)的信息模型，并在此基礎(chǔ)上制定橋梁工程施工方案，然后借助BIM技術(shù)展示整個(gè)過程，通過模擬運(yùn)營分析整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全性和適用性。通過對(duì)三維模型的操作，增強(qiáng)了施工模擬的直觀性和動(dòng)態(tài)性，并以直觀的形式呈現(xiàn)整體施工進(jìn)度。可以在模擬中表達(dá)各種構(gòu)造方案，并且可以通過表達(dá)式來區(qū)分各種方案之間的差異。同時(shí)BIM的模型數(shù)據(jù)可以導(dǎo)出到智能設(shè)備中，使設(shè)計(jì)人員和施工人員可以通過遠(yuǎn)程查看直接進(jìn)行溝通，合理選擇和修改施工方案，加強(qiáng)資源配置的協(xié)調(diào)，做好成本控制，優(yōu)化施工方案，提升橋梁施工效率，使整體施工質(zhì)量得到提升。

（三）對(duì)出圖模板進(jìn)行設(shè)置并且創(chuàng)建施工圖

橋梁設(shè)計(jì)圖設(shè)計(jì)完成后，必須將施工圖交付建設(shè)單位。如果是傳統(tǒng)的2D技術(shù)，很難在很多重疊的位置充分顯示，但是BIM技術(shù)可以準(zhǔn)確顯示橋梁的所有幾何特征，避免2D設(shè)計(jì)圖紙上的表達(dá)障礙，更準(zhǔn)確地表達(dá)橋梁施工中更復(fù)雜的內(nèi)容，設(shè)置圖紙模板的每個(gè)細(xì)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)施工圖的有效輸出。

（四）統(tǒng)計(jì)量

在以往的橋梁設(shè)計(jì)中，工程量是通過人工計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)來計(jì)算的，或者使用造價(jià)軟件。但是這兩種方法都會(huì)消耗大量的人力物力，而且經(jīng)常出錯(cuò)。但在橋梁設(shè)計(jì)中，采用BIM技術(shù)構(gòu)建橋梁模型，在此基礎(chǔ)上可以同時(shí)讀取與各個(gè)構(gòu)件相關(guān)的數(shù)據(jù)信息。統(tǒng)計(jì)后，工程量會(huì)以表格的形式顯示出來。如果設(shè)計(jì)中有一些模型需要調(diào)整，BIM系統(tǒng)會(huì)根據(jù)相關(guān)的數(shù)量和定額自動(dòng)處理相關(guān)的數(shù)據(jù)，同時(shí)這部分各種材料的數(shù)據(jù)會(huì)以表格的形式表示出來，這樣就可以準(zhǔn)確的計(jì)算出成本預(yù)算。

（五）優(yōu)化設(shè)計(jì)管理

在橋梁工程的設(shè)計(jì)階段，BIM技術(shù)可以應(yīng)用到橋梁設(shè)計(jì)的每個(gè)細(xì)節(jié)部分，同時(shí)可以顯示施工中涉及的所有信息。通過對(duì)模型的模擬，可以合理劃分橋梁施工涉及的不同專業(yè)、不同工種，并根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容合理分配整個(gè)施工，最大限度地實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置，有效控制和管理橋梁工程的信息和成本，從而實(shí)現(xiàn)整體設(shè)計(jì)的優(yōu)化。在日常工作中，還可以利用BIM技術(shù)的協(xié)同工作平臺(tái)，與參與的承包商和管理部門共享實(shí)時(shí)橋梁運(yùn)營信息，及時(shí)獲取信息，快速做出相應(yīng)的決策，對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的效率和質(zhì)量都有所提升。

綜上所述，橋梁工程在城市現(xiàn)代化中發(fā)揮著重要作用，橋梁工程設(shè)計(jì)可以促進(jìn)城市發(fā)展，緩解交通壓力。BIM技術(shù)在橋梁工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用不僅可以提高設(shè)計(jì)效率，還可以維護(hù)結(jié)構(gòu)安全，降低施工安全風(fēng)險(xiǎn)和成本。傳統(tǒng)橋梁設(shè)計(jì)方法仍存在諸多問題，有必要在實(shí)際應(yīng)用中進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，全面推進(jìn)BIM技術(shù)在橋梁工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，從而有效提高市政橋梁工程的設(shè)計(jì)質(zhì)量，促進(jìn)我國城市化的可持續(xù)發(fā)展。