BIM技術在裝配式橋梁工程中的應用研究

摘要：目前傳統3d橋梁建模技術缺少對建模結構的優化，導致工程造價控制能力較低。對此，提出BIM技術在裝配式橋梁工程中的應用研究，通過設計參數的選取以及標準構建族的創建，構建出裝配式橋梁模型。通過橋梁碰撞檢測，得到模型碰撞點，對模型結構進行有效優化。在實驗中，對提出的裝配式橋梁模型構建技術進行了造價控制能力的檢驗，經實驗分析證明，利用提出的技術進行橋梁建模時，具有較好的造價控制能力，可節約工程施工成本。

關鍵詞：BIM技術；裝配式橋梁工程；造價控制能力

0" "引言

傳統的橋梁模型構建技術以三維數字為基礎，通過三維可視化軟件對橋梁模型進行構建，以此來為工程實際施工提供多方面的指導[1]。構建出的橋梁3d模型不僅可以作為施工資源進行有效共享，還可以作為基礎模型進行二次分析，對橋梁病害、橋梁構件的損毀程度進行分析與預測，有利于保證橋梁的安全性與穩定性，降低了橋梁的后期養護難度。同時，橋梁模型也可為成本計算等工程預算決策提供數據支持，從而提高施工效率，縮短施工工期[2]。

但傳統的3d模型構建技術也存在諸多弊端。例如，在構建模型時未考慮后續的安全結構問題，對構建出的橋梁模型缺乏結構性檢測，導致建造出的橋梁容易出現結構不穩的情況，對行人和車輛產生危險。同時，傳統的橋梁模型構建技術由于過度追求建模精度，通常會存在建筑材料和施工生產資源浪費的問題，導致構建出的模型在實際施工的過程中耗費較多的人力與物力，從而增大施工成本，不利于橋梁的全生命周期工程的發展。此外，其對項目工程的資源成本的靈活配置產生不利的影響，無法滿足項目管理的需求。

鑒于此，本文提出新型的橋梁模型構建技術，在保證建模精度的同時，將工程造價成本作為重要指標納入考量范圍，對建造出的模型進行模擬檢測，對可能會發生碰撞沖突的結構進行優化，在保證橋梁安全性的同時，也能將施工成本控制在最為合理的范圍內，提高工程項目的造價控制能力，為工程成本資源的最佳配置提供良好的途徑[3]。

1" "基于BIM技術的橋梁模型構建

BIM作為一種三維數字技術，被廣泛應用在施工模型構建工作當中，可對實際施工做出可視化指導。本次采用BIM技術，對裝配式橋梁進行模型構建，包括設計參數的選取以及標準構建族的創建。具體模型構建步驟如下：

1.1" " 參數選取

首先對設計參數進行選取，包括族參數 、共享參數以及項目參數[4]。為對BIM模型進行方便調整，需要將項目參數進行拆分，以橋梁各結構之間的部件為單位，進行整體參數的配置，具體選取流程如圖1所示。

根據上述流程可知，在得到橋梁基礎數據后，需將橋梁結構分為上部構件與下部構件，以橋梁結構為區分原則，對各項參數進行選取[5]。其中，上部構件中，需要對橋梁的截面面積、橫梁布置方案、橋板截面面積、豎肋布置方案、剪力釘間距大小以及螺栓的安裝位置進行確定。下部構件中，需要對橋墩截面面積、蓋梁截面面積、鋼筋的預留長度、橋墩灌漿時套筒的固定位置以及預留的杯口尺寸和位置進行確定。

1.2" " 模型建立

將上述參數確定好后，輸入進行BIM模型的參數模塊中，進行對應的數據分析，即可建立出對應的裝配式橋梁3d模型。選取的參數越多，橋梁模型的精度也就越高，建立出的模型也就更貼近實際工程情況。由于模型處理數據的性能具有一定限制，因此在選取參數時，要盡量避免選取重復的橋梁參數，宜選取更具代表性的參數，以此提高模型的運行效率[6]。

1.3" " 標準構件族的創建

為提高BIM建模的統一性，需對參數進行標準構件族的創建。通過標準構件族，可以對橋梁內部的異性構建進行創建，為橋梁提供更為貼合實際工程的模型。選擇最適合的樣板文件，通過進行尺寸間距等參數上的更改，可以得到符合需求的標準化橋梁族構件，構建出的部分模型如圖2所示。

在創建預制板族時，通常需要先設置構件的屬性，包括尺寸、材質、寬度以及厚度，待屬性設置完全后再與細部構件進行結合，根據結合情況適當調整參數，使構件整體貼合，符合工程要求[7]。

根據上述步驟即可完成橋梁標準族的構建，將各個橋梁構件進行整合與拼接，即可得到基于BIM技術的裝配式橋梁3d模型，為施工提供指導。

2" "橋梁模型碰撞檢測

裝配式橋梁的內部結構較為復雜，通常由多個構件共同組成，在實際施工的過程中，容易出現標高沖突等設計問題，導致工程建設不達標，需重新進行返工操作[8]。因此，為滿足結構安全的需求，需對橋梁模型進行碰撞檢測，具體步驟如下。

將創建的BIM裝配式橋梁3d模型導入Naviswork中，運行該軟件對橋梁模型進行碰撞檢測，包括配筋沖突、連接構件沖突等結構檢測。首先對檢測構件的選擇集進行構建，對碰撞點進行識別與檢測后，再進行碰撞沖突分析，具體碰撞檢測結果如圖3所示。

得到具體碰撞節點后，對碰撞點進行處理，將碰撞點附近的結構進行重新搭建，并進行二次檢測。待模型狀態無誤后，即可完成檢測，輸出碰撞檢測結果。通過上述步驟即可完成對模型的碰撞檢測，為模型結構的合理性提供保障。

3" "實驗驗證

為證明提出的BIM模型構建技術對裝配式橋梁工程具有較高的造價節約效果，在理論部分完成設計后，對該技術的實際效果進行檢驗。

3.1" " 實驗環境

本次實驗選取的實驗對象為某市橋梁建設項目中的一座全長為4.5km的高架橋梁。橋梁寬度為26m，標準跨度為30m，最大跨度65m。在施工過程中共使用了450棵樁基。為促進交通便利，減少施工對環境的不利影響，采用了裝配式技術對橋梁進行施工，共使用了120座預制橋梁，箱梁共548片，墩柱共使用了265根。

針對上述實驗對象，使用BIM對建筑模型進行構建，同時選取某種常規的3d橋梁建模技術作為對比對象，比較兩種建模技術對工程的造價影響。

將兩種建模技術構建出的裝配式橋梁模型輸入Lab仿真軟件當中，進行工程造價模擬，通過對比不同單元的造價情況，比較兩種技術的造價控制能力。

3.2" " 實驗結果

仿真軟件輸出的造價模擬結果如表1所示。

根據上述模擬結果可知，不同的橋梁建模模擬技術得到的模型單元模擬造價結果也有所不同。傳統的裝配式橋梁在對本次實驗對象進行模擬時，使用了較多的施工材料，導致造價結果偏高，工程實際總造價為21474.11元。這說明傳統的橋梁建模技術只考慮建模精度，對工程造價缺乏考量，其造價控制能力較弱，會增加工程施工成本，不利于橋梁項目的推進。

而本文提出的基于BIM技術的裝配式橋梁建模技術，在考慮到建模精度的同時，對橋梁結構中的各個模型單元都做到了造價控制，總造價結果為17362.01元，共比傳統技術的造價低了4112.1元，單位模型單元造價比傳統技術低了293.72元。這說明本文提出的基于BIM技術的裝配式橋梁工程建模技術具有較好的造價能力。

本文提出的建模技術通過橋梁模型碰撞檢測，將可能發生結構沖突的模型問題進行了有效優化，從而減少了結構施工上的不必要開銷，有利于節約施工成本。它對裝配式橋梁工程項目的施工周期進行了較好控制，有利于對橋梁工程的生產資源實現最佳的配置，滿足橋梁施工的項目需求，能夠應用于實際的裝配式橋梁工程設計工作當中。

4" "結語

本文所提出的BIM裝配式橋梁建模技術通過設計參數的選取以及標準構建族的創建，構建出完善的3d橋梁模型。利用橋梁碰撞檢測對構件出的模型穩定程度進行檢驗，以此來減少橋梁實際施工的返工風險，保證橋梁的穩定性與安全性。同時，通過對碰撞點附近結構的優化，在穩定橋梁模型結構的同時也節約了施工材料，在橋梁施工造價控制上具有較高的優勢。

在裝配式橋梁工程中應用BIM技術，有利于控制項目施工的成本，提高了施工材料的利用效率，使裝配式橋梁工程項目的成本分配最大化。在今后的研究工作中，還需對BIM技術的更多應用場景進行更深入地研究與探索。

參考文獻

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