BIM模型在桥梁施工中的应用研究

李立功，牛丽娟，张裕超，曹文科

(1. 陕西铁路工程职业技术学院, 陕西 渭南 714099； 2. 中铁一局集团第五工程有限公司，陕西 宝鸡 721006)

0 前 言

BIM是建筑信息模型(Building Information Modeling)的简称，BIM技术倡导在建筑物的建造过程中，使用“绿色、共享、协同”的工作机制完成建筑物各个阶段的相关工作，所以建筑工程项目的各项相关信息数据是BIM模型的基础，在此基础上再进行建筑模型的创建，将建筑物的其他信息作为属性数据添加到模型中，如：材质、体积、面积等，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息[1-3]。模型创建完成后，建筑物的设计、施工和运营维护都在同一模型上进行设计、修改和应用，减少了不同环节之间在处理现场问题时的沟通和交流障碍，提升了工作效率，节约了生产成本。

BIM技术的价值应用及推广基础是模型的数据，模型数据质量的高低决定了BIM技术应用和推广的深度。要实现建筑物全过程：设计、建造、运营及维护阶段协同推进，共享共创的BIM技术应用理念，前期必须建立丰富的建筑物BIM模型，并为建筑物的BIM模型添加工程丰富的属性信息，包括材料、质量、体积以及建筑物内部的水电暖通结构等等，建筑物BIM模型的信息愈加丰富，数据越精细，深层次的BIM技术应用的实现就越有基础。BIM技术的推广和应用带来了建筑业的第三次革命，彻底改变了建筑行业的面貌，BIM技术不再单单是一个像CAD一样的软件，而是一种管理手段，是实现建筑业精细化，信息化管理的重要工具。

当前国内比较主流的BIM建模软件有revit，CATIA，bentley，鲁班，广联达等，但是这些建模软件中设计的BIM技术应用领域主要在建筑业，对于基础工程建设项目的涉及比较少，这也是国内基础建设工程领域BIM技术应用比较少，且层次不高的原因。本文结合具体的工程项目，应用revit建模软件，进行桥梁模型创建，并利用Fuzor、lumion软件对模型进行后处理，并在此基础上对基础工程建设项目中的桥梁施工项目中的BIM技术应用进行研究，为基础建设领域BIM技术的应用提出了一些建议[4-5]。

1 模型创建

结合我国西部地区某铁路线路建设桥梁段施工的项目进行研究，文中桥梁BIM模型的创建，采用欧特克公司的Revit建模软件，Revit建模软件是建筑行业的BIM建模软件，功能非常强大，是我国建筑业BIM体系中使用最广泛的软件之一。在使用Revit建模时，可选择样板文件，以便对项目标准进行快速创建，Revit的项目样板文件在实际设计过程中起到非常重要的作用，它统一的标准设置为设计提供了便利，在满足设计标准的同时大大提高了设计师的效率。项目样板提供项目的初始状态。 每一个Revit软件中都提供几个默认的样板文件，也可以创建自己的样板。基于样板的任意新项目均继承来自样板的所有族、设置(如单位、填充样式、线样式、线宽和视图比例)以及几何图形。样板文件是一个系统性文件，其中的很多内容来源于设计中的日积月累。除了样板文件外，Revit还有一个强大的功能就是族，Revit族库就是把大量Revit族按照特性、参数等属性分类归档而成的数据库。在以后的工作中，遇到类似的工程可直接调用族库数据，并可根据实际情况修改参数，调整模型尺寸、形状等属性，以提高工作效率。Revit族库可以说是一种无形的知识生产力，族库质量的好坏，是相关行业企业或组织的核心竞争力的一种体现[6]。

本文以高铁线路桥梁工程施工为例，进行桥梁施工BIM技术应用的一般探索。新建铁路线路在跨越既有线(公路、铁路等构筑物)或大型沟谷、河流时，往往需要建造连续梁，实现桥梁工程较大跨度的跨越，本文的桥梁模型以连续梁为例来进行研究。

在创建桥梁模型之前，先要结合项目中桥梁的结构及施工组织，对桥梁模型的创建进行研究和分析，制定建模的技术路线，本项目的连续梁结构图见图1所示。

图1 连续梁结构

本项目中的连续梁是采用挂篮法进行施工的，整个连续梁分成了多个梁块，以图1为例，连续梁共有23个梁块，沿连续梁T构中心线左右对称，中间为0号梁块，1～11号梁块梁段的梁截面尺寸不一致，顶底板及腹板的厚度也不尽相同，如果采用手工方法单个创建模型，可能会带来比较大的工作量，不利于桥梁模型的快速创建以指导施工。又因为在Revit软件中，并没有与桥梁工程对应的可直接调用的族进行桥梁模型的创建，所需要的桥梁模型必须采用族功能单独进行创建(见图2)，同时兼顾建模效率，所以考虑采用参数化建模方法进行。

图2 连续梁0号块模型

参数化建模的方法如下：在进行桥梁模型创建时，先考虑桥梁结构的特点，找出相同类型的参数和变化的参数，然后选取各梁段中任意一个梁段进行模型创建，创建完模型后，需要根据上一步的参数分析，绘制参照线，见图3。

图3 梁段模型及参照线

按照参照线标注参数，需要注意的是，此时的参数必须能够惟一定义一个梁块，设置完参数后，即可导入族类型参数。

选择已经根据施工图纸计算好的梁段的参数，把所有梁段族的参数都导入到梁段的族中，就可以生成相应的梁段。

创建完梁块模型后，按照各梁段的位置及高程关系可以进行梁块的拼接和调整，形成全桥模型，见图4。

图4 全桥模型

2 模型处理

连续梁BIM模型创建完成后，Revit软件可以实现纵横断面出图、三维漫游展示、坐标设置及提取、材料量的计算、碰撞检查等多项功能。但是为了增强工程模型的精细效果和震撼程度，一般的BIM项目都会对工程项目制作一个渲染动画，全景的展示工程竣工时的样貌。而在更好的描述BIM技术应用，加大BIM技术的推广力度方面，BIM模型渲染软件使用最广泛的就是Fuzor和Lumion，下面就Fuzor和Lumion分别对BIM模型进行渲染的效果及过程进行分析和展示。

Fuzor的突破性技术是与Revit，ArchiCAD等建模软件的实时双向同步，最重要的是，Fuzor为AEC专业人员提供了一个集成的设计环境来实现工作流程的无缝对接。在Fuzor中，可以整合Revit、Sketchup、FBX等不同格式的文件，然后在2D、3D和VR模式下查看完整的项目，并在Fuzor中对模型进行设计优化，最终交付高质量的设计成果[7]。

Fuzor包含VR、多人网络协同、4D施工模拟、5D成本追踪等4大功能板块。可以直接加载Navisworks、P6或微软的进度计划表，也可在Fuzor中创建，还可以添加机械和工人，以模拟场地布置及现场物流方案。还可以在VR中查看4D施工模拟及相关BIM信息，提高管理效率，缩短工期，节约成本。将Revit中的桥梁模型导入到Fuzor中，或者在Revit中安装Fuzor插件，都可以实现该功能。在软件中，可以对模型进行设置，调整视角及观察位置，设置路径来制作漫游视频。

Lumion是一款功能十分全面的图形处理工具。主要用于3D模型的创建和渲染，渲染的效率非常高，节省更多渲染等待的时间，整体效果出色，能适用于建筑以及可视化等行业的需求。将Revit创建的模型导入到Lumion中，调整材质，导入场景，调节日照及灯光等条件后，可得到工程模型渲染效果，见图5。

图5 Lumion对桥梁模型的渲染

通过使用不同的建模软件对统一模型进行渲染分析，我们可以看出在模型渲染时间上Fuzor更有优势，而在场景设置、材质添加及灯光设置等细节的处理上Lumion更胜一筹，具体对比结果见图6，上部分为Fuzor软件进行渲染的模型，下部分为使用Lumion软件进行渲染的模型。

图6 Fuzor与Lumion软件渲染模型对比

3 结 语

Fuzor和Lumion软件都是BIM技术应用的软件集中的软件，两者都能完成BIM模型的渲染。功能都很强大，通过使用两款软件对连续梁建模的效果进行分析，可知：Lumion能够在很短的时间内制作出高质量的静帧效果图，让其他效果图制作软件望尘莫及，并且仅需要数分钟就能够制作出工作所需要的动画，并且能像运行三维游戏那样来进行三维可视化操作，极大地提升了软件与人的交互度。下面就BIM模型在进行渲染时的注意事项进行说明：

1)导出模型之前最好将材质外观进行微调，以避免导入渲染软件进行材质赋予时，材质外观差别太小，而导致软件将其默认为同一材质，从而无法将材质区分修改。

2)对于模型量较大的建筑群，宜逐个建筑单体分批导入，而后再进行拼接，这样做的好处是方便后期进行某个模型的修改。

3)建议将同一类型的物体放在同一图层内，将建筑物、交通设施、植被、人物等分别放置在不同图层，可以提升平时模型操作速度，提升后期针对某一部分单独渲染时的效率。