BIM技術(shù)在橋梁工程設(shè)計中的應(yīng)用研究

劉春森

（招商局重慶交通科研設(shè)計院有限公司，重慶 400067）

0 前言

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，我國橋梁設(shè)計技術(shù)也由傳統(tǒng)的全站儀、水準儀、經(jīng)緯儀、放線等，轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)在的航空遙感、GPS、BIM技術(shù)等現(xiàn)代化儀器，得益于現(xiàn)代化高精尖設(shè)計設(shè)備的引入，使我國的橋梁設(shè)計工程的精度不斷提高，對于天氣、地理位置的等不可抵御能力大大加強，使橋梁設(shè)計工程可以在復(fù)雜的水文及氣候條件下正常進行。利用BIM技術(shù)可直接進行可視化的信息建模，直接進行橋梁結(jié)構(gòu)，點位受力分析等各項試驗。直接在計算機上進行模擬分析，利用GPS、遙感等提供的數(shù)據(jù)直接進行數(shù)據(jù)處理，得到實時的厘米級精度的數(shù)據(jù)，大大縮短了獲取數(shù)據(jù)的時間，避免了數(shù)據(jù)測量不準確而要返工再次架設(shè)設(shè)計點等一系列繁雜的體力勞動，可以實現(xiàn)實時的人機交互。同時可以在數(shù)據(jù)庫中進行檢索，對比分析不斷優(yōu)化橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計而不是采用傳統(tǒng)的模型，避免了一些低級問題的出現(xiàn)。

1 BIM技術(shù)概述

預(yù)制裝配件結(jié)合BIM技術(shù)，使設(shè)計、施工標準化、工業(yè)化，也必然成為裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展方向。

同時，BIM（building information modeling）技術(shù)一般與RTK（real-time kinematic）技術(shù)一起使用，Trk技術(shù)是實時動態(tài)測量技術(shù)。Trk是實時測量技術(shù)的重大突破。RTK實時動態(tài)測量技術(shù)是一種基于載波相位的GPS實時差分系統(tǒng)，它由接收站、數(shù)據(jù)流和移動接收站組成。衛(wèi)星由固定參考站連續(xù)觀測，其三維坐標和運動姿態(tài)通過載體實時傳送到移動站。移動站同時接收到基站傳送的GPS信號和坐標數(shù)據(jù)。根據(jù)差分原理，實時求解了移動站的三維坐標及其計算精度。準確的原始數(shù)據(jù)對橋梁設(shè)計具有重要價值。

2 橋梁工程設(shè)計工作的重要意義

對于橋梁工程來講，在開工前一定要全面了解地貌、地質(zhì)、水文地形等條件。結(jié)合當?shù)氐纳鷳B(tài)、經(jīng)濟、人文以及社會等因素綜合考慮。確定一個合理的橋梁資源利用方案。這就需要準確又高效的橋梁設(shè)計工作，作為這一切決策的前提和依據(jù)。一個合理適用的設(shè)計技術(shù)尤為重要，正式的設(shè)計工作開始之前，設(shè)計工作組一定要認真對比分析多種設(shè)計技術(shù)，厘清每一種設(shè)計技術(shù)的優(yōu)勢以及劣勢，結(jié)合當?shù)氐膶嶋H條件，選擇適合當?shù)氐脑O(shè)計方式。對于地形地貌條件較復(fù)雜的設(shè)計工程，可以提前進行試驗，用實際數(shù)據(jù)來對比得出各種設(shè)計方式的優(yōu)劣。若在設(shè)計過程中出現(xiàn)設(shè)計方案設(shè)計有偏差，一定要及時討論論證。同時要加大檢查密度，不能因為設(shè)計方案選擇失誤而最終影響整個橋梁工程建設(shè)。

橋梁工程的建設(shè)時，一定要嚴格遵守各項規(guī)章制度。這一切的前提就是精準的橋梁設(shè)計數(shù)據(jù)。設(shè)計工作者將編制好的設(shè)計說明書提供給相關(guān)部門，由工程小組討論地質(zhì)報告的可行性及在后續(xù)施工過程中可能出現(xiàn)的地質(zhì)情況，提前做好對應(yīng)方案。只有了解整個施工區(qū)域的地質(zhì)、地形、地貌、水文條件以及資源分布狀況。才能為后續(xù)的生產(chǎn)施工提供指導(dǎo)性的意見，才能從根本上保證后續(xù)生產(chǎn)過程的安全以及整個橋梁工程的時效性和工程質(zhì)量。

傳統(tǒng)的橋梁設(shè)計工作往往需要消耗大量的人力、物力，并且設(shè)計周期長。需要多個部門的配合才能展開工作，這就導(dǎo)致了傳統(tǒng)橋梁設(shè)計工作基礎(chǔ)數(shù)據(jù)存在偏差。傳統(tǒng)設(shè)計體系較為復(fù)雜，所需要的設(shè)計周期較長，造成了在設(shè)計工程中設(shè)計質(zhì)量得不到保證。隨著我國橋梁基建需求量的不斷增加，橋梁設(shè)計工作量也隨之增加。傳統(tǒng)橋梁設(shè)計方式的缺點便更加明顯，新型的橋梁設(shè)計方式便應(yīng)運而生，BIM技術(shù)新型的橋梁設(shè)計方式有精度高、工程周期短、勞動強度低的優(yōu)點。且新型設(shè)計方式改變了傳統(tǒng)橋梁設(shè)計方式需要多部門配合的特點，大大降低了設(shè)計工作中組織協(xié)調(diào)的難度和管理成本。設(shè)計所得到的數(shù)據(jù)直接可以為設(shè)計小組所用，從制度和流程上簡化了工作，降低了成本，新型設(shè)計方式高精度的結(jié)果，對提高工程橋梁工程質(zhì)量有極大的幫助。科學(xué)準確地設(shè)計數(shù)據(jù)，對于一個工程的順利竣工有極重要的現(xiàn)實意義，設(shè)計工作對于工程建設(shè)有著基礎(chǔ)性的指導(dǎo)作用，設(shè)計工作在整個工程中的地位由此可見一斑。大力推行新型設(shè)計技術(shù)的社會效益和經(jīng)濟效益十分明顯。

3 BIM測量技術(shù)在橋梁設(shè)計中的應(yīng)用

3.1 BIM技術(shù)的動靜結(jié)合

應(yīng)用BIM技術(shù)針對復(fù)雜的橋梁工程設(shè)計環(huán)節(jié)進行測量，可以結(jié)合動態(tài)測量和靜態(tài)測量的優(yōu)勢，實現(xiàn)一體化的橋梁設(shè)計方式。橋梁設(shè)計主要由靜態(tài)設(shè)計和動態(tài)設(shè)計兩個環(huán)節(jié)組成。其中靜態(tài)測量主要是通過BIM系統(tǒng)建立起一系列的基礎(chǔ)操作網(wǎng)絡(luò)，形成高精度的數(shù)字化模型，對于動態(tài)的測量數(shù)據(jù)進行基本的處理和后續(xù)數(shù)據(jù)加工；動態(tài)設(shè)計主要是通過BIM測量技術(shù)實現(xiàn)對于數(shù)字化模型放樣工作的施加載荷和繪圖操作，這樣利用BIM技術(shù)便保障橋梁設(shè)計的結(jié)構(gòu)合理性與實際承載能力。

3.2 較高的現(xiàn)場操作度

我們可借助BIM技術(shù)的優(yōu)勢在于可以有效保證設(shè)計精度，在放樣過程中需要保證放樣坐標與相關(guān)中心線的關(guān)系。進行合理的放樣規(guī)劃及現(xiàn)場實地操作，便可獲得較高的放樣精度。

3.3 BIM技術(shù)可加密載荷點

在正式開工之前，設(shè)計工作者往往會對待設(shè)計區(qū)域進行實地試測，且在實際應(yīng)用中，往往會使用BIM技術(shù)進行加密點測量。但是由于我國復(fù)雜的地理環(huán)境，待測區(qū)域往往都在偏遠荒涼的地區(qū)，并不具備加密測量的高級流動控制點。只能通過普通的水經(jīng)儀和測距儀等進行測量，使工作量成倍增加且精度大大下降。更有甚者，對于一些地形特別復(fù)雜的待測區(qū)域，比如斷崖等不可架設(shè)設(shè)備的待測點，只能模糊化處理，這樣就使得設(shè)計精度更低。而使用BIM設(shè)計技術(shù)來施加加密控制點，使設(shè)計工作的難度大大降低，大幅提高了橋梁設(shè)計的可操作性和設(shè)計精度。

3.4 BIM技術(shù)的數(shù)據(jù)庫

在數(shù)字化設(shè)計下所得到數(shù)據(jù)的流通性和應(yīng)用性更高。可以用BIM技術(shù)提供更加有效、更加精準的數(shù)據(jù)信息，不斷完善BIM技術(shù)所需要的數(shù)據(jù)庫。目前的情況來看，BIM作為新興的一種設(shè)計技術(shù)，需要大量的設(shè)計數(shù)據(jù)來支撐其正常運轉(zhuǎn)。BIM技術(shù)日益完善后，又可以反哺數(shù)字化設(shè)計工作。目前，利用BIM技術(shù)為高難度橋梁設(shè)計工作提供了新思路和新方法，有效降低了設(shè)計成本，提高了設(shè)計精度。

3.5 BIM技術(shù)的交互優(yōu)勢

BIM設(shè)計過程中用到的數(shù)據(jù)全部都是經(jīng)過GPS等現(xiàn)代化測量手段或者人工放樣等傳統(tǒng)方式取得的原始資料，各種格式，各種類型的數(shù)據(jù)交互雜糅。利用BIM技術(shù)處理過后得到的原始設(shè)計模型可以輸出為通用的工程格式，還可以直接進行三維出圖。多樣的數(shù)據(jù)類型和豐富的軟件接口讓BIM技術(shù)可以和各種軟件進行結(jié)合。可以在BIM中進行模型設(shè)計，利用UG，SolidWorks進行仿真加工制作、利用ANSYS進行結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能分析、利用FLUENT進行風洞及空氣流體試驗計算迎風面等。在橋梁設(shè)計中，一個原始模型往往不止一次被用到，利用BIM技術(shù)進行的模型預(yù)制及應(yīng)用大大加強了數(shù)據(jù)交互的便捷性和規(guī)范性。且對于后續(xù)的改進分析都有十分積極的現(xiàn)實意義。

4 結(jié)語

結(jié)合我國經(jīng)濟發(fā)展水平和城鎮(zhèn)化建設(shè)腳步的不斷加快，對于橋梁設(shè)施的需求將持續(xù)處于高位，而在保護生態(tài)環(huán)境的前體現(xiàn)，獲得最大的社會效益和經(jīng)濟效益是每個橋梁工程都應(yīng)努力做到的。這些都離不開一份合格橋梁設(shè)計報告。BIM技術(shù)在橋梁設(shè)計中具有十分明顯的應(yīng)用優(yōu)勢，不但可以讓橋梁設(shè)計工作的快速準確進行，改進了設(shè)計效率和質(zhì)量。但BIM技術(shù)仍有自身的缺陷，首先要加強對于技術(shù)人員的培訓(xùn)，提高他們的自身素質(zhì)，再結(jié)合當?shù)氐膶嶋H情況，積極吸取前人的經(jīng)驗。以BIM設(shè)計技術(shù)等先進技術(shù)為主，結(jié)合多種設(shè)計技術(shù)作為輔助手段，不斷減少設(shè)計誤差，為橋梁工程的順利竣工提供有力的數(shù)據(jù)保證。