BIM技术在桥梁工程设计中的应用

2018-09-01

福建质量管理 2018年16期

(重庆交通大学重庆 400074)

一、引言

我国作为基础建设大国，每年国家投入基础建设的资金达到成百上千亿元，而BIM技术最引人注目的特点在于经济性以及有效性。据有关报道得知，BIM技术的碰撞冲突检查可为项目总投资减少10%[1]。仅由这一点优势都可以看出BIM技术优点，并且BIM技术相比传统技术还有诸多优势，其他研究报告早有详细描述，这里不再赘述。本文从桥梁工程设计施工角度简要分析BIM技术相比于传统技术的优势，以此突出BIM技术对于桥梁工程设计优化有着广泛的应用前景，目的在于为桥梁工程设计施工工作提供新思路和新方法，提高生产效率，造福国民生活。

二、桥梁工程设计与施工特点

桥梁工程自工程选址，结构形式确定到后期的构件预制与现浇等工序各项目较为繁杂且要求较高，然而一旦建设单位要求对某部分进行修改，其他相关联的部分也需要发生改动，造成多方面的损失。

(一)施工现场环境不确定

桥梁施工环境拥有自身与众不同的特点，即施工环境差异较大，常出现的有山谷中建设、海中建设、河湖中建设、极端点的还有在西藏冻土地区建设等。由于施工方案和施工管理对于桥梁工程起着重要的作用，因此，项目中工程师以及管理人员在施工方案的确定、施工管理的处理方面上就显得尤为重要。并且每个复杂的环境都有其自身独特的地理因素，加之，每个桥梁项目都需要根据当地的情况进行合理的设计，故任意一位设计人员、施工人员在面对一个项目的时候，对他们而言都是一个全新的挑战，这就需要各位工作人员在工作中随机应变，见机行事。

(二)构件多、体积大，设计复杂

桥梁工程设计由于结构体积庞大，故其中存在数量巨大的构件，通常情况下桥梁工程设计相对繁琐，难度又大，特别是在其关键位置设计往往更加困难，比如在构件连接处，这些地方就通常会在设计过程中出现类似连接件冲突和配筋冲突等。再者，单单修改一部分图纸很难使修改后的图纸与其他部分图纸吻合，且修改图纸费事费力修改的效果也不好。

由于预制构件本身特点，施工过程中常常在构件生产、运输和吊装等环节出现纰漏[2]。第一是如何保证工厂中按要求预制并安全运输到现场。施工工作人员应该尽职尽责的记录构件到现场的时刻、顺序和线路，通过这些就可以将施工顺序安排妥当。第二是通过合理的调整大型构件的安装顺序，可以控制桥梁工程的施工进度和质量。第三是吊塔等施工机械往往在实际施工过程中重复的使用，对这些器械的需求、强度、吊装重量的把控都容易出现不准确的估计，在目前没有很好地办法预测。

三、通过BIM优化桥梁工程设计

由于桥梁工程的结构复杂多变，各部分细部构造又繁多，故进行建模的工作量巨大，所以一般情况需要多个设计人员协同工作。一套恰当的分工计划对整个项目的完成至关重要。

(一)BIM参数化建模

参数化构件指的是通过各种参数来对结构构件的属性或构件之间的逻辑关系进行确定。在这点上，Revit系列软件提出了“族”的概念。设计人员在创建族的过程中可通过族编辑器加入和修改尺寸、形状、材质等参数，这样创建的族不仅有几何形状化包括着建筑构件的信息。并且在Revit二次开发中可以使用绝对坐标定义构件位置，这极大方便了桥梁的三维建模[3]；而CATIA软件是通过知识工程模块来建立参数化构件，其中需要选取关键定位信息，并对构件形状尺寸进行约束，通过参数化来精确控制构件形状位置，若后期需要对模型进行修改，可以通过参数进行快速修改。图为CATIA软件参数化实例。

图1 脚手架建模

(二)BIM技术协同设计

协同设计一直作为BIM技术的核心理念，在建设工程领域经常提及[4]。建筑项目往往不是单一专业就可以独立完成，实际工程中同一项目常常由多个专业协同完成。

四、基于BIM的桥梁施工优化

(一)施工进度优化

借助BIM技术构建的桥梁三维模型在引入时间维度，使得项目在一定的时间单位里模拟实行施工，例如在甘特图中引入时间分析，可以较好的表达施工进度与工作间的关系，这种模拟大大贴近实际，并能从模拟中得出未来施工中可能出现的一些施工问题，从而提前做出决策，从而重新制定施工方案。其次，对于项目工程中一些复杂施工工序和关键位置可以实施可视化模拟，通过调整施工工序中的一些施工规划对施工方案进行优化，使得资源配置利用最大化。

(二)施工管理优化

由于BIM技术可以通过模拟施工过程，这与传统的管理思维有所差别，在模拟过程中提前发现施工工序中的问题，避免在现场施工中出现不必要的错误，这个过程不仅减少问题的出现,而且简化施工管理过程。当前BIM技术是可以有效应用于桥梁工程中的，对于大部分常规桥梁，可以实现快速建模分析和出图，具有重要的推广应用价值[5]。在此过程中，施工过程中因为BIM软件可以得到直观的施工过程，故施工管理人员能更好地与第一线的工人沟通，以降低施工安全问题发生的概率。