裝配式市政橋梁設(shè)計(jì)管理中BIM技術(shù)的應(yīng)用探討

李維華

【摘要】在市政橋梁的設(shè)計(jì)中，根據(jù)工程的詳細(xì)數(shù)據(jù)、所有信息以及裝配式結(jié)構(gòu)中各類構(gòu)件的連接等，運(yùn)用BIM技術(shù)建立三維立體模型，不但可以通過(guò)其可視化和數(shù)據(jù)模型功能進(jìn)行設(shè)計(jì)的調(diào)整和優(yōu)化，而且能夠?qū)⑵溥\(yùn)用到整體的設(shè)計(jì)管理中，保證裝配式橋梁設(shè)計(jì)的質(zhì)量和水平，提高結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性，還有運(yùn)用于預(yù)制配件的組裝和設(shè)計(jì)，可以大幅度提高工作效率和質(zhì)量。本文將分析BIM技術(shù)在裝配式市政橋梁設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)，并研究在設(shè)計(jì)管理中的具體運(yùn)用方法。

【關(guān)鍵詞】裝配式;市政橋梁;設(shè)計(jì)管理;BIM技術(shù);具體運(yùn)用

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

在現(xiàn)代化的建筑工程設(shè)計(jì)和施工活動(dòng)中，大多都會(huì)運(yùn)用BIM技術(shù)來(lái)建立對(duì)應(yīng)的模型，為施工活動(dòng)的開(kāi)展提供科學(xué)依據(jù)，它不僅僅是對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，還能夠?qū)φw的施工過(guò)程，投資、設(shè)計(jì)、質(zhì)量、成本、安全、施工以及竣工等內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)全方位的管控，結(jié)合其模型的建立、數(shù)據(jù)分析和處理技術(shù)以及計(jì)算機(jī)的運(yùn)用保證整體的施工活動(dòng)，能夠依據(jù)相關(guān)的合同和文件，正常有序地進(jìn)行，從而提高管理水平和施工質(zhì)量，這對(duì)于建設(shè)單位來(lái)說(shuō)具有重要的意義。所以要明確該技術(shù)的真正價(jià)值，針對(duì)存在的問(wèn)題，要注意選擇專業(yè)型人才，運(yùn)用BIM技術(shù)的強(qiáng)大功能，保障工程符合當(dāng)前建筑的基本要求。

1、BIM技術(shù)在裝配式橋梁設(shè)計(jì)管理中的運(yùn)用優(yōu)勢(shì)

1.1 有利于提高裝配式設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量

主要是和以往的二維平面設(shè)計(jì)相比較而言，運(yùn)用BIM技術(shù)可以根據(jù)實(shí)際需要，針對(duì)不同的部位和結(jié)構(gòu)內(nèi)容，利用立體化展現(xiàn)出來(lái)，并利用其三維立體數(shù)據(jù)模型，建立對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)和幾何關(guān)系，當(dāng)其中一項(xiàng)數(shù)據(jù)發(fā)生改變時(shí)，其他的會(huì)隨著改變，因而靈活性較強(qiáng)。運(yùn)用BIM技術(shù)反對(duì)裝配式橋梁進(jìn)行設(shè)計(jì)，不但效率快，而且質(zhì)量高。

1.2 可以有效地實(shí)現(xiàn)裝配式預(yù)制構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計(jì)

在預(yù)制構(gòu)件中，為了有效地節(jié)省成本，會(huì)使用集成化的模具進(jìn)行預(yù)制件的組裝，而在該式樣的結(jié)構(gòu)中大多都是平移關(guān)系，因而可以利用BIM技術(shù)，進(jìn)行多個(gè)方式的組合和拼裝，以明確實(shí)際預(yù)制構(gòu)件安裝中存在的問(wèn)題，并通過(guò)立體化模型，結(jié)合組合和拼裝方法提高設(shè)計(jì)的科學(xué)性。

1.3 保證設(shè)計(jì)參數(shù)的準(zhǔn)確和科學(xué)性

主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是在設(shè)計(jì)過(guò)程中，運(yùn)用BIM技術(shù)，可以對(duì)操作的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)保存，并結(jié)合數(shù)據(jù)篩選和處理技術(shù)，將有價(jià)值的數(shù)據(jù)，保存到對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)庫(kù)中，通過(guò)記錄的信息，可以明確實(shí)際造價(jià)成本和工藝參數(shù)，為后續(xù)的竣工結(jié)算提供方便。二是運(yùn)用相關(guān)的軟件，對(duì)于裝配式橋梁所有相關(guān)的設(shè)計(jì)參數(shù)，運(yùn)用相關(guān)的公式和計(jì)算方法，進(jìn)行系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算，從而提高計(jì)算效率[1]。

1.4 確保整體設(shè)計(jì)工作管理的規(guī)范化進(jìn)行

主要是運(yùn)用BIM技術(shù)的協(xié)同和可視化功能，將設(shè)計(jì)、施工、機(jī)電安裝等工作有效結(jié)合在一起，將各種不同的信息和數(shù)據(jù)整合后，并建立對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)關(guān)系，結(jié)合各個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)、組合、單個(gè)模型的建立，進(jìn)行數(shù)據(jù)的集中處理，通過(guò)統(tǒng)一的處理平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和研究，從而實(shí)現(xiàn)共享。還有在施工過(guò)程中，將有關(guān)不同的構(gòu)件數(shù)量、規(guī)格以及機(jī)電信息輸入系統(tǒng)時(shí)，就會(huì)利用其龐大專業(yè)的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，對(duì)澆筑和安裝工藝進(jìn)行三維立體化呈現(xiàn)，還可以結(jié)合設(shè)計(jì)布置提高管理效益和水平。

2、BIM技術(shù)在市政橋梁設(shè)計(jì)管理中的具體運(yùn)用

2.1 明確設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)和問(wèn)題

在市政工程中，裝配式橋梁工程的設(shè)計(jì)正式開(kāi)始之前，要對(duì)交通、地下管線、排水管道以及工程所有相關(guān)的信息進(jìn)行收集，并對(duì)地質(zhì)和地理環(huán)境等進(jìn)行檢測(cè)，因而具體的設(shè)計(jì)內(nèi)容較多且復(fù)雜，所以要根據(jù)裝配式橋梁設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)流程，結(jié)合工程量和投資成本進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后利用BIM技術(shù)針對(duì)結(jié)構(gòu)安裝和連接等操作，進(jìn)行碰撞檢測(cè)，以保證工藝和參數(shù)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確。尤其是裝配結(jié)構(gòu)中的異形構(gòu)件，更要在獲取準(zhǔn)確參數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2.2 BIM各種數(shù)據(jù)模型的建立和平臺(tái)的搭建

主要包含兩個(gè)方面：設(shè)計(jì)協(xié)同和工程管理平臺(tái)的建立，利用BIM技術(shù)中的各項(xiàng)軟件建立專業(yè)的數(shù)據(jù)庫(kù)和模型，包括支梁三維立體模型的建立，并通過(guò)該技術(shù)進(jìn)行模型的組裝，在橋梁上、下結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，對(duì)相關(guān)的參數(shù)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)布置以及在上結(jié)構(gòu)的拼裝設(shè)計(jì)中，都運(yùn)用對(duì)應(yīng)的軟件和三維模型來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。然后結(jié)合整體的工程設(shè)計(jì)內(nèi)容，建立信息化協(xié)同管理平臺(tái)[2]。

2.3 流程設(shè)計(jì)

（1）建立BIM技術(shù)運(yùn)用項(xiàng)目小組，對(duì)設(shè)計(jì)單位提供的設(shè)計(jì)方案和圖紙，進(jìn)行模型建立和分析，針對(duì)不同工藝和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)情況，根據(jù)實(shí)際的內(nèi)容和要求進(jìn)行研究，明確設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題。

（2）進(jìn)行裝配式橋梁設(shè)計(jì)的碰撞檢測(cè)，根據(jù)具體的設(shè)計(jì)和相關(guān)模型的建立，將規(guī)格模型進(jìn)行不同方式的組合運(yùn)用，開(kāi)展碰撞檢測(cè)工作，然后依據(jù)檢測(cè)結(jié)果，進(jìn)行設(shè)計(jì)的調(diào)整和優(yōu)化。

2.4 設(shè)計(jì)階段的協(xié)同優(yōu)化

在設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)單位要加強(qiáng)和各個(gè)工程參與單位的溝通和交流，根據(jù)多方的意見(jiàn)和工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)。

2.4.1 BIM技術(shù)的三維立體模型的建立

主要是運(yùn)用可視化特點(diǎn)，向施工單位和業(yè)主展現(xiàn)工程設(shè)計(jì)方案和施工管理模型，并對(duì)其中的工藝、工程質(zhì)量、設(shè)計(jì)進(jìn)度以及安全等進(jìn)行流程設(shè)計(jì)，然后結(jié)合碰撞檢測(cè)，對(duì)地下管線和樁基等進(jìn)行安全檢測(cè)，保證各個(gè)結(jié)構(gòu)的安全性。

2.4.2 4D施工模型建立

主要是將建立的三維模型，結(jié)合時(shí)間曲線變化，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)展示，從而明確各個(gè)施工階段的詳細(xì)情況，有利于提高管理效率。

2.5 質(zhì)量管理

在設(shè)計(jì)過(guò)程中的質(zhì)量管理，對(duì)于設(shè)計(jì)整體水平和項(xiàng)目開(kāi)展有著最主要的影響，而在質(zhì)量管理中，主要是針對(duì)設(shè)計(jì)方案是否能夠滿足國(guó)家對(duì)裝配式橋梁規(guī)定、工程建設(shè)、使用功能以及方案的可行性問(wèn)題，依據(jù)相關(guān)的工作管理流程來(lái)進(jìn)行，利用BIM技術(shù)的3D、4D、5D模型的建立，對(duì)各項(xiàng)設(shè)計(jì)內(nèi)容，通過(guò)模型來(lái)展示，并對(duì)裝配式預(yù)制構(gòu)件的安裝和連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)模型分析和研究，根據(jù)不同的規(guī)格、型號(hào)的構(gòu)件的安裝和連接部位，運(yùn)用對(duì)應(yīng)的連接、組合和固定工藝進(jìn)行科學(xué)化施工，確保各個(gè)構(gòu)件設(shè)計(jì)參數(shù)正確[3]。

2.6 設(shè)計(jì)進(jìn)度

主要是對(duì)設(shè)計(jì)工作開(kāi)展的實(shí)際情況進(jìn)行監(jiān)督和管理，運(yùn)用BIM技術(shù)的信息共享和協(xié)同設(shè)計(jì)建立進(jìn)度管理平臺(tái)，將工程資料、二維平面設(shè)計(jì)以及數(shù)據(jù)模型信息等，可以提高協(xié)同設(shè)計(jì)的工作效率，并將設(shè)計(jì)工作的開(kāi)展、對(duì)設(shè)計(jì)圖紙和方案和審核工作進(jìn)行一個(gè)平臺(tái)管理，還可以利用參數(shù)設(shè)計(jì)，對(duì)具體的工藝操作進(jìn)行數(shù)據(jù)模擬，提高設(shè)計(jì)建模速度，比如在現(xiàn)澆箱梁截面模型的建立，根據(jù)數(shù)據(jù)群進(jìn)行批量式的建模，而且在模型建立時(shí)，相關(guān)的配筋設(shè)計(jì)可以協(xié)同完成[4]。

2.7 成本管理

對(duì)于工程建設(shè)來(lái)說(shuō)，投資成本的管理和控制是整體工作中的重點(diǎn)，而在相關(guān)的設(shè)計(jì)管理中，主要通過(guò)造價(jià)成本控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。造價(jià)成本主要包含兩個(gè)方面的內(nèi)容：工程量統(tǒng)計(jì)和預(yù)算。在成本管理中，主要是運(yùn)用5D效果，在原有的施工管理模型的基礎(chǔ)上添加成本管理內(nèi)容，通過(guò)模型的建立和相關(guān)有效信息的收集，進(jìn)行工程量的自動(dòng)統(tǒng)計(jì)，還有在設(shè)計(jì)工作中，相關(guān)的設(shè)計(jì)人員會(huì)根據(jù)工作的開(kāi)展將工程所有數(shù)據(jù)都輸入到系統(tǒng)中，然后運(yùn)用系統(tǒng)計(jì)算軟件進(jìn)行處理，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的對(duì)比，明確其中存在的差異，但要注意的是在設(shè)計(jì)工作中，不僅僅要根據(jù)對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行優(yōu)化，還要結(jié)合具體的投資成本和質(zhì)量要求進(jìn)行限額設(shè)計(jì)，綜合成本管理，進(jìn)行設(shè)計(jì)的調(diào)整[5]。

3、裝配式市政橋梁設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

3.1 混凝土梁

根據(jù)國(guó)家相關(guān)規(guī)定，對(duì)梁體結(jié)構(gòu)的承重能力和極限狀態(tài)進(jìn)行科學(xué)驗(yàn)算，并運(yùn)用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后對(duì)節(jié)段拼裝梁要根據(jù)預(yù)制構(gòu)件來(lái)進(jìn)行，預(yù)制梁和空心板可以使用混凝土強(qiáng)度為C50的材料進(jìn)行，而箱梁和T梁要使用強(qiáng)度為C40的混凝土材料，在新舊混凝土的連接部分，要進(jìn)行凹凸處理使得形成粗糙面。

（1）在空心板的設(shè)計(jì)中，可以利用后張法進(jìn)行，并確保底板的寬度和厚度都在規(guī)定的范圍內(nèi)，在單個(gè)空心板的一端要設(shè)置支座，還有在側(cè)面絞縫處理中，可以采用深縫構(gòu)造，在縱向鋼筋位置要設(shè)置隔離板，橋墩的鋼筋長(zhǎng)度要大于一千毫米，并進(jìn)行對(duì)稱伸縮縫中心設(shè)置。

（2）預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁。在箱梁設(shè)計(jì)中，主要有兩種結(jié)構(gòu)：先簡(jiǎn)支后橋面連續(xù)和先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)連續(xù)。前者主要是在單個(gè)箱梁中進(jìn)行單個(gè)支座的建立，而后者是在結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)化后，在相鄰的箱梁中進(jìn)行支座的設(shè)計(jì)，在結(jié)構(gòu)負(fù)彎矩部分，要將鋼束錨固在翼緣下的齒塊上。

（3）節(jié)段拼裝。主要可以分為標(biāo)準(zhǔn)、過(guò)渡以及墩頂節(jié)段三種形式，在進(jìn)行預(yù)制的過(guò)程中，要根據(jù)實(shí)際的工程情況，或者運(yùn)用BIM技術(shù)進(jìn)行模擬，選擇合適的方法處理，并確保箱梁、結(jié)構(gòu)負(fù)載力以及底板的厚度能夠滿足承重要求，還有在接縫處理中，如果采用的是濕縫處理，要保證節(jié)段的預(yù)留寬度在六十毫米以上，使用細(xì)石混凝土材料進(jìn)行填充。而運(yùn)用膠縫處理時(shí)，使用環(huán)氧樹(shù)脂材料要保證厚度均勻，并進(jìn)行擠壓和固化[6]。

3.2 鋼混組合式梁體結(jié)構(gòu)

3.2.1鋼板梁

可以選用雙主梁或者多個(gè)主梁形式，間距大小要根據(jù)梁體結(jié)構(gòu)的跨度和寬度來(lái)確定。在進(jìn)行節(jié)段連接時(shí)，上翼緣可以使用對(duì)接焊縫處理，而下翼緣可以運(yùn)用焊接或者強(qiáng)度較高的螺栓進(jìn)行連接，焊縫要使用T形。

3.2.2槽型

主要有單箱單室、雙室、多室三種形式，在梁支點(diǎn)的斷面部分，要在跨中處設(shè)置橫向隔離，可以運(yùn)用桁架和實(shí)腹式隔離。在運(yùn)用閉口加勁時(shí)，要確保間距設(shè)置合理。

3.2.3橋面板

其具體的厚度要大于一百八十毫米，如果主梁間距較大，可以設(shè)置承托結(jié)構(gòu)，當(dāng)承托的高度高于八十毫米時(shí)，要在底部進(jìn)行橫向鋼筋的布置，對(duì)于縱向接縫的處理，可以使用環(huán)形鋼筋來(lái)進(jìn)行，濕接縫和預(yù)制板外延的橫向鋼筋要采取綁扎處理。

3.2.4連接件

主要是在鋼混形式的結(jié)構(gòu)中，使用連接件，可以運(yùn)用焊釘或者開(kāi)孔版來(lái)進(jìn)行連接處理。焊釘可以運(yùn)用均勻或者集中布置形式來(lái)進(jìn)行，開(kāi)孔板的厚度不能小于十二毫米，要注意的是在型鋼中的連接件的間距設(shè)置，最大不能超過(guò)500毫米。

3.3 下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

有關(guān)預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計(jì)，要確保能夠滿足內(nèi)力的傳遞作用，還要方便安裝。在預(yù)制構(gòu)件的連接設(shè)計(jì)中，要根據(jù)具體的結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度以及拼裝等來(lái)進(jìn)行處理，比如灌漿套筒主要運(yùn)用于橋臺(tái)和橋墩的豎向連接中。

3.3.1蓋梁

對(duì)于預(yù)制梁來(lái)說(shuō)，可以使用高強(qiáng)度的混凝土材料進(jìn)行，在進(jìn)行節(jié)段預(yù)制拼裝的過(guò)程中，相關(guān)的拼接面要運(yùn)用剪力結(jié)構(gòu)形式，并進(jìn)行預(yù)應(yīng)力構(gòu)架的設(shè)計(jì)。蓋梁與墩柱進(jìn)行連接時(shí)，可以進(jìn)行灌漿金屬波紋管和后張預(yù)應(yīng)力的連接，對(duì)于預(yù)應(yīng)力啊連接要將錨固結(jié)構(gòu)設(shè)置在墩樁上，并將張拉端放于梁結(jié)構(gòu)上部。在進(jìn)行階段連接設(shè)計(jì)時(shí)，可以運(yùn)用濕接頭處理方法進(jìn)行，對(duì)縱向上的鋼筋進(jìn)行焊接和錯(cuò)開(kāi)布置處理，并且要避開(kāi)構(gòu)架的負(fù)載力較大的截面。

3.3.2墩柱

預(yù)制結(jié)構(gòu)可以使用性能較好的混凝土，并且強(qiáng)度要大于規(guī)定的等級(jí)，尤其是在塑性結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)要進(jìn)行加筋處理。在節(jié)段拼裝預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)連接處理中，可以使用黏結(jié)性力筋進(jìn)行，將錨固設(shè)置在承臺(tái)，張拉端在墩頂，并用波紋管進(jìn)行連接和密封處理。

3.3.3承臺(tái)

該結(jié)構(gòu)的預(yù)制連接與墩柱和樁基的設(shè)計(jì)方法差不多，在進(jìn)行承臺(tái)和樁基的連接中，運(yùn)用承插和插槽方法進(jìn)行。在墩柱和樁基的連接中，運(yùn)用灌漿套管進(jìn)行設(shè)計(jì)，承壓樁結(jié)構(gòu)在使用插槽連接時(shí)，要先將預(yù)制樁放入到合適的高度，在鋼筋材料放到承臺(tái)中時(shí)，其長(zhǎng)度不能低于規(guī)定數(shù)值，而且要滿足抗震設(shè)計(jì)要求，還有在錨固鋼筋和面板進(jìn)行雙面焊接設(shè)計(jì)時(shí)，要確保焊縫的長(zhǎng)度不得小于錨固筋體結(jié)構(gòu)直徑大小的五倍。在進(jìn)行穿插連接設(shè)計(jì)時(shí)，將實(shí)心的樁體插入長(zhǎng)度不得低于錨固筋長(zhǎng)度，如果對(duì)其有著明確的抗震要求設(shè)計(jì)，要進(jìn)行長(zhǎng)度的增加。此外對(duì)于承臺(tái)的預(yù)留孔洞的處理，要在填筑工藝進(jìn)行前進(jìn)行清理，然后使用稍微碰撞式的混凝土材料進(jìn)行填充。

結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，在裝配式市政橋梁的設(shè)計(jì)中，要根據(jù)相應(yīng)的規(guī)范和要求，選用合適的結(jié)構(gòu)組合形式，確保結(jié)構(gòu)連接穩(wěn)固和安全，并根據(jù)具體的橋梁結(jié)構(gòu)，進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件的安裝，運(yùn)用BIM技術(shù)對(duì)整體的設(shè)計(jì)，進(jìn)行全過(guò)程動(dòng)態(tài)化管理，在設(shè)計(jì)工作中，運(yùn)用可視化立體模型和協(xié)同化平臺(tái)的建立，提高建模效率和質(zhì)量，并結(jié)合設(shè)計(jì)質(zhì)量、進(jìn)度、成本等管理，保證設(shè)計(jì)的科學(xué)和準(zhǔn)確，為施工活動(dòng)的開(kāi)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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