桥梁工程设计BIM技术应用探索

(重庆交通大学土木工程学院 重庆 400074)

引言

近年来，由于BIM技术在桥梁工程设计和施工领域中有着举足轻重的作用，相关学者经过一系列科研与突破，一定程度上提出并改良了基于BIM的桥梁施工优化。在这过程中，有一个事实容易被人忽略但我们必须意识到，由于桥梁工程其涉及项目繁多，其设计与施工的难度也是非常大的，这些困难成为桥梁工程的工作人员棘手的问题。因此，当工作人员通过BIM技术对桥梁工程施工进行优化的过程中，如何处理出现的问题就显得尤为重要了。由于桥梁工程设计与施工特点纷繁复杂，故本文只挑选其中的关键点进行简要分析。

一、桥梁工程设计与施工特点

(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。这就说明施工环境不是一尘不变的，施工项目的改变导致施工环境的更改，并且处理各个施工环境之间的方案还不尽相同，要保证项目安全顺利的进行，必须因地制宜，根据当地的环境来确定最适宜的施工方案。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。然而，由于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，尽管如此，由于项目的复杂性也不能确定制定出来的施工方案是完全有效。可行的，那么，这就会产生过多安全问题、造价上升、工期延后等。

(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。在过去，检验设计问题通常在二维设计图纸上，但是，因为工程设计量大并且复杂，通过设计师人工在图纸上检验往往很难发现施工中的问题，所以，长期出现的情况是未检测出的问题在实际工程中才会出现，这将会导致施工返工、工期加长等。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。

我国现阶段建造得比较多的是钢筋混凝土桥和钢桥，这两种桥型都会使用大量预制构件。这些构件通常是按照设计中的尺寸在工厂中预制，然后通过货车或者货船运达目的点进行安装，若设计中的构件尺寸或生产工艺达不到要求，那么将会造成构件不能在实际结构中拼装。若在施工过程中发生构件尺寸不吻合时，处理方法都是很复杂的，要么修改图纸、要么改造构件，如果是混凝土构件都没法改造只能重新预制。这将会造成施工进度被拖慢，还会大幅度提高造价。

二、通过BIM优化桥梁工程设计

(一)BIM与初步设计

在传统设计方式下，各专业设计人员分散工作导致各专业工程之间容易产生不协调或碰撞，到施工过程 中才发现问题。从而导致设计变更，增加成本而BIM 技术提倡 的就是协同工作．设 计人员基于同一个平台进行信息共享和交流。改变了传统的设计模式。通过软件的白动碰撞检查不仅提升了工作效率．而且使得大量的冲突问题在施工前就得已解决，大大的降低了设计变更 的数量，从而减低 了工程造价。韩厚正等学者深入分析了BIM 应用于桥梁设计时在可视化、参数化设计、智能化设计、自动化制图和协同工作等诸多方面的价值。表明BIM 在桥梁设计中的应用不仅提高设计效率和质量，更有利于优化和再造桥梁设计乃至全生命周期管理的流程，可极大地提升桥梁工程的建设与管理水平。

在桥梁工程初步设计中的第一项工作是确定桥型和总体结构构想，如桥梁各个面的布置，以及上下部结构和选址问题等。在选择桥梁方案的时候，通常情况布置一个方案，一般都是有多种方案来比较然后选择其中的一种，往往由于方案复杂繁琐在和业主商量过程中不能很好的表达双方意愿。由于BIM技术在工程商能在短时间内自动生成平、立、断面图并且将工程师的多种构思方案进行数字化处理形成三维模型，以这种优点可以使得设计方与业主方的沟通更加直观，便于分析出各个方案的优劣。一方面，BIM技术在修改和调整方案方面比较简便，修改的同时平、立、断面会随着修改实时更新。另一方面，直观形象的BIM技术搭建起一个容易沟通便于交换意见的平台，使得业主方与各方人员可以畅所欲言讨论。

(二)BIM与技术、施工设计

由于BIM对结构复杂的技术、施工设计问题有针对性的解决方法。在设计过程中出现设计冲突时通过BIM软件的便捷性可以减少人工机械性操作。如果产生设计瑕疵，可以通过检验，重新建模，修改，循环往复直到达到设计人员的期望。BIM模型有一个特点，即模型中各种繁杂的构件之间都互相存在逻辑关系，使得各个构件之间因果关系紧密相连，一个构件改动会引起另外的构件变化，从这个层面来讲，从一定程度上减轻了工程师的工作里也提高了正确率。

三、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，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关键节点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。再者，通过循环往复的改进施工方案，再重新模拟，再重复的过程可以不断优化施工进度安排，并且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。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。综上所述，BIM技术可加快桥梁施工进度，优化施工管理，提高施工安全水平。

结语

虽然现阶段我国对于桥梁工程方面基于BIM的研究任不及西方那么成熟，距离其普遍使用任还需一定的时间，但值得庆幸的是这方面的应用已经广泛获得人们认可。希望在国内外相关学者的研究下，BIM技术会发展的更加完善，从而让施工管理、施工进度进一步优化，让国人的享受高质量的生活。