道橋設計中BIM技術應用與分析

劉玲

（華昕設計集團有限公司安徽分公司， 安徽 合肥 230051）

BIM技術能夠有效提高道橋工程施工質量， 并提升設計效率， 減少設計失誤， 設計過程三維立體，具體化、 可視化， 被廣泛應用在道橋設計中， 并發揮著至關重要的作用。 而對BIM技術條件下道橋設計進行研究分析， 則能為加強BIM技術在道橋設計中應用提供依據， 為促進道橋建設發展提供便利。

1 BIM技術概述

BIM技術是在計算機輔助設計（CAD） 等技術基礎上發展起來的多維模型信息集成技術， 是對建筑工程物理特征和功能特性信息的數字化承載和可視化表達。 即建筑信息化模型技術， 主要采用三位數字建模技術， 對建筑物體構建可視化3D數字模型， 然后圍繞建筑主體結構及道橋主要節點進行三維動態設計及仿真模擬[1]。 BIM可以讓道橋工程在模塊化、 可視化以及系統化下達成預期設計目標。尤其是在國家大力提倡智慧型城市這一背景下， 需要不斷對道橋的設計與施工理念進行創新， 讓道橋設計向著信息化發展， 而BIM技術則正好滿足這一需求。

我院于2013 年末即安排人員培訓學習BIM 技術， 并在后期運用到項目設計中， 從初期的鴻業路立得、 管立得到如今的廣聯達路易、 管立得， 迄今已將近10 年。

在實際應用中， BIM技術可以在三維模型中把主項與分項工程的技術參數、 設計周期以及進度安排等信息相結合。 并且將BIM應用到道橋設計中后，設計人員可以將BIM技術與CAD軟件融合在一起，然后對道橋工程進行繪圖， 使道橋工程的設計細節變得更加精細， 最大程度上提高道橋工程質量， 盡量避免設計疏漏， 防止安全事故發生。

BIM技術在道橋設計時， 設計人員對BIM三維模型中的各要素進行明確分析， 同時對各要素進行實體測繪， 在測繪完成后將各要素融入系統當中，最后對各要素分別進行建模并將其整合在一起， 形成一個完整的模型系統。 通常情況下在道橋設計中BIM三維模型各要素主要為： 地形地貌、 道路、 橋梁、 上跨、 下穿、 隧道、 路橋附屬物以及地面模型等。

2 BIM技術在道橋設計中的應用特點

2.1 較高可視化性與模擬性

BIM技術通過相關組件信息， 形成交互式3D效果， 來實現可視化這一目標。 在工程管理中， 可視化技術的應用效果極其可觀， 在道橋設計中發揮著關鍵作用[2]。

由于BIM技術具有可視化性與模擬性的特點，故將BIM技術應用到道橋設計當中， 能夠很好的將設計人員的設計理念充分展示， 將各構件之間的關聯明確顯示。 可以在前期的方案匯報中將虛化的道橋通過BIM切實展示， 讓領導專家們一目了然， 既增強匯報效果， 又提高后續道橋設計中涉及細節問題的處理， 提高設計效率與質量。 另外BIM技術還擁有極高的數字化與智能化特征， 可以根據道橋項目的各要素構建數字化模型， 提升道橋設計水平，如圖1 所示。

圖1 BIM技術中項目三維立體圖

2.2 擁有良好的協調性

由于道橋項目的建設單位、 設計單位等單位間之間相互獨立， 增加彼此間的聯系， 是確保道橋項目能夠有序進行的基礎與前提。 但實際中， 各項目參與主體存在差異， 要求設計人員在道橋項目設計時必須要結合多方意見， 根據具體情況優化設計方案， 確保設計質量。 由于BIM技術擁有良好的協調性， 在運用BIM設計后， 設計人員便可以借助BIM技術對整個道橋施工過程進行模型分析與整合， 并對工程項目中可能存在的問題進行合理預估， 如此便能夠有效協調各部門的意見， 使項目能夠順利進行。

2.3 利用BIM技術對市政道橋設計進行優化

BIM技術應用在道橋設計當中， 可以有效提高道橋施工效率， 保障施工質量， 確保道橋工程符合相關標準。 對部分施工難度較高的項目， 設計人員在設計時， 往往需要借助眾多專業化設備來開展相關工作， 但這樣會存在很大的缺陷。 若在這個過程中設計人員加強BIM技術的應用， 便可以利用BIM技術對道橋設計進行優化， 以彌補二維設計中的缺陷。

3 道橋設計中BIM技術的應用優勢

3.1 多元模擬優化和多參數驅動

運用BIM技術所搭建的模型不光是視覺上的搭建， 還包括對搭建功能、 時間與性能的模擬以及對搭建圖形的模擬。 因此設計人員將BIM技術應用到道橋設計中， 可借助BIM技術來搭建相應的模型，從而對道橋施工過程中可能遇到的問題提前預測，并制定相應的對策， 有效加強對道橋施工過程的管控， 保證施工質量， 防止安全事故的發生。 若在道橋施工過程中遇到安全問題， 通過此方式， 相關人員能夠第一時間發現， 然后采取相應措施予以補救，使工程能夠順利進行。 此外， 設計人員利用BIM技術搭建的模型對復雜問題進行分析， 并科學、 合理優化設計方案， 為后續的道橋施工打下堅實的基礎，保障項目質量。 在BIM模型當中， 技術元素與圖片都不是獨立的， 各參數間彼此聯系， 設計人員對方案進行修改時， 與其關聯之處會自動調整， 以此來滿足工程要求， 能夠有效提高設計效率， 提升設計品質。

3.2 提升道橋的整體工作效率

設計人員在對道橋進行設計時， 會受到各種因素的影響， 使得道橋設計方案存在缺陷， 難以保證后續的施工效率與施工質量。 所以必須要加強BIM技術的應用， 并科學、 合理地利用BIM技術的特點與作用， 對整個道橋項目的施工過程進行模擬， 并對施工期間可能遇到的問題進行研究分析， 然后提前做好應急預案， 確保施工過程有序進行。 同時將BIM技術應用到道橋設計中， 還能夠對項目的設備使用與人員物資分配情況進行合理分析， 細化各環節的資金成本等， 借助立體模型掌握道橋工程的施工進度及工程量完成情況， 通過這種方式， 可以最大程度上提高工程施工效率， 強化施工管理， 保證施工安全， 促進工程發展進步。 另外BIM技術的應用， 項目管理人員通過互聯網可了解項目施工期間的具體信息， 當施工中出現突發意外時， BIM技術便能夠第一時間把事故的具體情況向管理人員進行反饋， 使管理人員能夠及時采取措施進行應對， 以此來保障項目施工質量， 讓施工能夠順利進行。

3.3 地下管線綜合設計3D運用

設計人員在對地下管線進行設計時， 設計人員在道路管線設計前， 做好數據信息采集與分析工作，然后根據分析結果對管線走向進行科學規劃， 有序合理地選擇管徑及管材， 為后續管道加工作業提供數據支持， 明確每根管子、 每個井所在的道路板塊位置和高程， 確保符合管線要求， 保障工程質量。同時， 設計人員可以借助BIM技術對地下管線的分布情況開展3D模擬并構建模型， 使整個施工方案能夠清楚展現在人們面前， 還可以提前確認管道上所預留的孔洞是否合理， 并對所有管線進行碰撞檢測，然后對檢測結果進行研究分析， 確保管位等符合相關標準。 BIM管線基本涵蓋了市政管線設計的全部內容， 從地形處理到道路繪制， 從平面設計到縱斷面設計， 從給水、 污水、 雨水設計到各類管線綜合調整， 從管網平差計算到污水雨水計算， 與工程實際理念相通， 與上下游專業數據完全互通， 高效協作。 有很強的實用性。

3.4 道橋項目施工中BIM的應用

3D可視化-4D時間-5D成本的特征是BIM技術顯著的應用優勢， 合理利用這些特征能夠便于工程項目的施工過程中各個環節的精細化管理[3]。 設計人員在對道橋項目進行設計時， 科學、 合理利用BIM技術進行立體模型搭建， 可以將成本預算以及施工進度等數據信息整合在一起， 并將施工安全管理、 施工合同以及設計圖紙相結合， 從而準確模擬出工程施工過程， 然后利用技術手段對其進行監控，從而計算出項目的施工進度與物資使用情況， 進而達成對項目施工的實時控制。

除此之外， BIM技術可以幫助設計人員對各類數據進行研究分析， 如此不僅能夠有效節約施工周期， 還可以降低道橋施工成本， 提高工程效率， 促進道橋工程穩定有序的發展。

4 以我院與交規院聯合體中標的楚都大道道橋設計為例

4.1 工程概況

楚都大道長5.4km， 城市主干道， 設計速度60km/h。道路自壽縣瓦埠路交口東140m起坡， 上跨濱湖大道、與壽縣保莊圩大堤平交， 跨東淝河、 施家湖， 與唐山鎮保障圩平交、 下穿合淮阜高速公路， 終點接S102 省道與夏郢孜路交口。 全線路堤約890m， 橋梁約4555m， 其中跨壽縣濱湖大道上跨橋長175m， 東淝河大橋西引橋2590m， 東淝河大橋長320m（85 +150 +85 連續剛構主橋）， 東淝河大橋東引橋1470m， 引橋采用標準跨徑35m的等高度簡支變連續小箱梁結構。

整個道路涉及上跨下穿， 要確保設計的合理性，保障設計質量， 設計人員在對道橋設計時首先準確了解工程項目的設計需求， 通過原地形地貌建模，設計與楚都大道相交道路的上跨、 下穿三維模型，并根據項目的實際情況對設計方案進行優化比選，最后選擇通過BIM技術對道路工程進行設計分析匯報。 但該項目推進到初設階段， 最終因用地性質問題暫時擱淺。

4.2 BIM技術在道橋設計方面的具體應用

將BIM技術應用在道橋設計中， 可以讓道橋的設計方案更科學、 合理。 結合項目具體情況， 有針對性地進行道橋設計， 來保證道橋設計質量， 確保項目工程符合相關標準， 使項目工程順利進行。

4.2.1 BIM技術在工程設計數據支持中的應用

BIM技術能夠通過技術和數據兩方面的支持來更好地提高道橋設計科學合理， 能夠更加切合現實的施工情況[4]。 道橋BIM設計中， 設計、 三維、 計量、 出圖等工作都緊密圍繞著BIM信息為核心， 順理成章地實現了所見即所得、 模擬、 優化、 以及不同專業間的協調功能， 對數據有了精確把握， 路基和邊坡、 路面結構層、 緣石、 上跨、 下穿等都是擁有完整工程屬性的整體特征對象， 不再是傳統的靠斷面拼湊的數據， 因此能夠提供精確的工程算量數據。 并且， 隨著BIM技術在工程建設領域的推廣應用， BIM信息將成為銜接規劃、 設計、 施工、 運維的整個工程全生命周期的信息載體。 道橋BIM設計可直接復制整個工程進行備份、 交流， 也可針對某一具體的地形、 路線等數據文件進行這些操作。 采用了樣板化技術， 可根據各類工程的設計要求和習慣進行個性化設置， 使工程管理不再繁瑣。 并且在設計中有智能聯動功能， 當修改路線、 設計縱斷、道路等對象時， 所有依據它們生成的數據、 模型都會自動更新， 并且后期的三維立體功能還可以在一個高仿真的環境中模擬行車， 有很強的代入感。 加強BIM技術在工程設計當中的應用， 可以讓設計人員更加直觀了解整個設計方案， 同時施工人員也可以借助立體化模型對各構件之間的關系有更準確認識， 從而更加科學、 合理開展施工作業， 以此來保證施工質量， 防止安全事故的發生， 促進項目的有序進行。

4.2.2 BIM技術在施工現場分析中的應用

為了保障道橋設計水平及質量的提高， 設計人員在道橋設計時需盡量優化設計， 必須要結合施工現場的地質條件與地理環境， 并以此為基礎開展設計工作， 只有這樣才能最大程度提高道橋設計方案的可行性以及合理性， 使道橋工程能夠順利進行。然而這對于設計人員的專業水平有著極高的要求，而將BIM技術應用到設計優化中， 可以讓設計人員更加方便進行數據挖掘， 收集各種數據信息， 為后續的模型構建提供數據支持。 并且利用BIM技術當中的可視化技術， 可以讓設計人員找到設計方案中存在的問題， 然后及時進行解決， 從而保證道橋質量， 防止安全事故的發生， 最大程度上降低施工風險， 提升道橋綜合設計質量和水平。

4.2.3 BIM技術在道橋設計科技研發中的應用

由于BIM技術的特點， 因此設計人員還可以將BIM技術應用在科技研發當中， 推動研發工作順利進行[5]。 設計人員在將BIM 技術應用在三維建模時， 可以通過對設計的優化使整個設計質量得到提升， 確保道橋設計質量符合相關標準。 但需要注意的是， 因為設計人員是BIM技術應用的實施者， 設計人員的專業素養將直接決定BIM技術的應用效果，因此要想加強BIM技術在道橋設計中的應用， 就必須要加強對設計人員的培訓， 提升設計人員的專業水平， 使其具備專業的知識與技能， 從而更好開展道橋工程設計， 發揮出BIM技術在道橋設計中的作用和價值， 確保道橋工程質量符合標準。

5 結語

綜上所述， 在BIM技術條件下加強道橋設計，需要綜合考慮各種BIM技術在道橋設計中的應用方法與實際情況， 擇選出最有利方案， 應用于道橋項目中。 讓BIM技術完美的融合于道橋項目規劃、 設計、 施工、 運維的整個工程全生命周期中， 進一步推進道橋工程的發展。