基于BIM技術的市政道路橋梁設計探究

葉剛

撫順市公路勘測設計院有限責任公司 遼寧撫順 113000

近年來，我國市政道路橋梁迅猛發展，在設計過程中需要融合BIM技術實現三維建模的科學化，整合BIM技術的應用優勢，促進道路橋梁設計的實用性與科學性。工程信息模型（BIM）在國內外建筑業中有著廣泛的應用，具體表現在工程規劃、測量和施工、施工和監測、運行和維護等工程全過程的運用，大大提升了整個工程行業的工作效率和質量。在我國市政道路橋梁勘察設計行業中，對BIM的研究與應用尚處于起步階段。BIM是基于數據互操作的，在不同的技術任務下，如何實現市政道路橋梁三維模型的標準化和信息交換，并最終實現BIM技術與市政道路橋梁勘察設計的協同配合，是市政道路橋梁勘察設計領域的核心技術問題。

1 BIM技術概述

BIM技術被稱作建筑信息模型，屬于信息化技術、建模技術和三維技術的融合。在具體的應用過程中利用技術集成特性建立BIM技術應用模型，從而實現了工程設計的可視化處理。BIM技術具有可視化特點，其在具體應用的過程中，可以建立三維立體工程模型，而與傳統的二維平面模型設計相比，三維模型技術建立能夠實現工程設計的全面覆蓋，保證工程設計的可視化。另外，BIM技術應用還具有全面性特點，其不僅應用到工程施工的設計環節，還應用在工程施工管理環節、施工質量檢測環節、工程施工進度管理環節等，全面提升了工程施工管理效率。

2 橋梁工程設計特點

2.1 結構設計復雜

市政道路橋梁工程建設數量不斷增多，給企業造成了一定壓力，需要企業加大對市政道路橋梁設計的科學分析。在進行橋梁工程設計時，設計人員需要利用力學知識，確保橋梁結構各處連接點的穩定性。國內現有的力學結構設計相對復雜，通常情況下，傳統的力學結構設計方案，即便發現問題也不可能及時解決。

2.2 預制構件數量較多

在市政道路橋梁設計中，需加大對裝配式結構的應用，滿足市政道路橋梁工程的科學發展。為了便于施工現場的安裝作業，部分預制構件必須在原廠中完成生產。因此，如果在現場安裝時，發現構件尺寸不合格，生產廠家需要重新制作預制構件，如此一來，不僅影響施工進度，同時也增加了成本，影響到企業的經濟效益[1]。

2.3 施工現場環境復雜

市政道路橋梁用途非常廣泛，施工規模也在擴大。不同的橋梁工程面臨不同的施工環境，故而不可完全借鑒之前的設計與施工設計經驗。在正式施工之前，技術人員要結合施工現場的實際情況，進行科學的建設規劃，以提升橋梁工程的施工效率與建設質量。

3 基于BIM技術的市政道路橋梁設計措施

3.1 建模分析

在市政道路橋梁設計階段加大BIM技術應用，從設計初期進行介入，利用相應的勘察數據構建三維模型，進一步為市政道路橋梁設計、市政道路橋梁選線等提供相應的數據資料支持。借助BIM技術的三維模型建模實現可視化，強化市政道路橋梁建設中各方主體之間的互動與交流，從而在滿足建設要求的基礎下實現設計工作效率的全面提升。當前，我國市政道路橋梁勘察設計中BIM技術的應用尚在探索階段，所以無法直接完成全部用途的市政道路橋梁三維模型，在實際工作中仍然需要通過分級建模來實現三維模型建模，才能完成設計目標[2]。

3.2 協同設計

協同設計能夠展現市政道路橋梁設計的實用性，發揮道路橋梁的應用價值。①模型坐標單位。DEM提出了道路設計的三維模型和交通輔助設備的三維模型，用于現場測量的飛機坐標系和高度坐標系，既符合我國市政道路橋梁現有的設計習慣，又能滿足我國道路發展的需要，便于模型的碰撞檢測與分析和后續工程的設計與運行[3]。②現有市政道路橋梁一級模型的精確度。針對市政道路橋梁改擴建工程計量要求的精確度和我國市政道路橋梁工程建設與養護管理的要求，提出了符合設計圖紙的精度要求，即高精度。就現階段來說，能夠實現高精度市政道路橋梁測量施工的只有三維激光技術，其在我國市政道路橋梁改建中有著重要作用。③直觀管理模型。相較于CAD圖形，BIM模型的屬性信息和幾何信息更加豐富，如果使用Bentley和Revit軟件對BIM應用進行開發，應該將包含屬性和幾何信息的對象信息打包成相應的文件。BIM基于層次結構LOD模型，針對工程信息不同任務的需求，提出了一種方便、高效、豐富的三維工程信息可視化方法。④專業BIM協同設計。當軟硬件水平相同時，BIM的應用效果受到用戶使用BIM技術的能力限制[4]。

3.3 碰撞試驗

市政道路橋梁結構相對復雜，如果施工中出現了碰撞問題，將會影響到工程質量，也容易造成施工安全和效率的下降。應用BIM技術進行碰撞檢測試驗，進行工程施工分析，保證工程施工管理更加有效。在實際工程施工管理過程中，利用Bentley Interference Manager碰撞檢測模塊可以完成橋梁施工過程中的合理碰撞檢測，保證橋梁工程施工更有效率，最大程度上提升橋梁施工質量。在實際的BIM技術碰撞試驗分析過程中，主要利用BIM技術模型檢測→建立碰撞模型任務→合理設定碰撞檢測→計算碰撞檢測結構等流程，保證碰撞檢測應用更有效率，最大程度上提升橋梁施工效果，保證橋梁施工技術應用更有效果。

3.4 設計分析

BIM技術在市政道路橋梁設計中展現了良好的優勢，通過對工程量、可視化技術交底以及節點分析滿足市政道路橋梁的設計要求。①統計工程量。根據對BIM模型的分析計算，可以計算出項目不同節點施工中所需要的各項材料用量，包括混凝土、鋼材等，在本項目中采用Revit模型直接提取項目混凝土工程量信息，與按照項目設計圖紙計算的結果一致，誤差可以忽略不計。在鋼結構施工部分，通過對BIM模型進行分解，可以直接提取鋼構件三維模型，作業人員可以獲取具體的構件尺寸、形態等信息。②可視化技術交底。在項目施工過程中，技術交底工作極為關鍵，直接關系到項目施工質量，傳統口頭或者書面技術交底的形式直觀性較差，施工作業人員往往難以把握施工內容的重難點，而利用BIM技術可視化的功能，可以模擬施工方案，技術人員組織施工作業人員開展可視化技術交底，進而使施工作業人員更好地了解掌握施工藝以及施工流程。③節點分析。對項目施工圖紙進行研究分析，明確其中的關鍵性施工節點或者施工復雜度、難度較高的節點，通過搭建BIM模型進行深化設計，對該節點進行三模分析及模擬，比如復雜度較高的鋼筋節點，建立BIM模型后可以模擬找出鋼筋碰撞點，進而優化鋼筋布置；也可以利用BIM模型模擬模板受力狀態，進而優化模板施工方案，確保施工安全[5]。

3.5 橋梁結構拼裝

市政道路橋梁施工中存在著橋梁拼接任務，在設計過程中需要考慮到施工場地的具體情況。由于，項目場地主要為狹長場地，因此，在建模時采用大地坐標體系構建橋梁曲線線性，在施工過程中，實現動態調整坐標、高程等內容。同時，在橋梁拼裝過程中需要結合GIS技術，橋梁模型節點主要由坐標信息控制。由于模型搭建時需要控制縱、橫坡結構線型變化，為了提高工作效率使用Dynamo模塊完成該項工作，通過利用參數變化滿足空間曲線要求，從而完成橋梁模型的拼接工作。Dynamo模塊在模型構建過程中的方法較為繁瑣，同時也有可能產生人為原因造成的錯誤。因此，在建模過程中結合Pvthon模塊，兩個模塊相結合從而實現橋梁模型的快速拼接。

3.6 方案模擬及二維碼應用

利用BIM技術做好市政道路橋梁的模型構建，采用剖切、測量等操作實現施工現場的樣品制作，落實三維技術交底。應用BIM技術對模板腳手架方案進行三維布置模擬，通過對模板腳手架方案進行模擬，及時發現不足，通過BIM軟件進行動態調整，并進行安全計算，通過智能排布，結合手動調整，使模板得到最大化的利用，大大提高模板的利用率，最后導出相應方案所需的鋼管構件材料及模板的材料清單，助力項目材料的精細化管理。基于BIM模型，結合施工技術要點及現場情況，編制弧形墻體砌筑專項施工方案。運用navisworks制作砌筑動畫，從三維角度論證方案可行性。同時，將砌筑動畫上傳到協同平臺，關聯模型構件集，結合二維碼功能，生成二維碼并打印粘貼到構件上，施工人員通過移動端掃描二維碼，能夠直接查看吊裝動畫，極大地提高了砌筑工程的質量及效率。

3.7 勘察設計

在勘察設計中，利用BIM技術發揮工程的應用優勢，在三維模型構建過程中適當增加市政道路橋梁的屬性信息，如市政道路橋梁的路面鋪裝施工工藝、路面施工材料等，這可以幫助市政道路橋梁建設項目中各方主體通過三維模型獲取到更多的信息，更進一步完善市政道路橋梁的勘察設計，為后續的設計與施工提供有力的支持。此外，針對當前BIM技術在市政道路橋梁勘察設計中的應用現狀，要注重BIM技術應用質量的提升，具體而言：首先，注重BIM技術協同平臺的建設。要想實現BIM技術的優化與完善，必須通過基于數據庫存儲技術與互聯網信息技術建設協同平臺，為BIM技術在不同專業領域中的應用提供支持；其次，以實際情況為出發點，制定科學合理的BIM技術發展規劃。BIM技術實際應用過程中通過結合市政道路橋梁勘察設計的實際需求與情況制定長遠規劃，不僅可以提升工作質量，而且能加快BIM技術在項目中的集成應用；最后，要注重BIM專業人才與團隊的培養。在實踐工作中一方面要注重通過實踐工作來培養專業人員的專業素養與專業能力；另一方面要通過高密度、高水平的BIM技術的專項培訓工作幫助專業人員在不斷地學習過程中實現自身能力提升的同時推動BIM技術的研發與應用，從而提升市政道路橋梁勘察設計質量。

4 結語

總而言之，BIM技術在市政道路橋梁設計中有重要價值，通過對BIM技術的研究與探討發現，BIM技術相對于傳統的技術不僅可以實現設計的可視化管理，而且為各專業的設計人員提供了更加準確、全面、直觀的信息數據支持，切實強化了各專業設計人員的交流與互動，從而真正提升了市政道路橋梁勘察設計質量。未來，相關工程人員應深入研究、持續探索，深化BIM技術在市政道路橋梁勘察設計中的應用，為促進市政道路橋梁工程行業的創新發展提供技術支持。