桥梁工程设计BIM技术应用探索

2020-01-18安惠娟

绿色环保建材 2020年1期

安惠娟

山西苏交科炳坤工程勘察设计有限公司

1 桥梁设计中BIM技术的应用优势

1.1 协同设计

由于桥梁建设中的参与方较多，一旦彼此之间的沟通协作受阻，就会对施工产生直接影响，引发各种质量与安全方面的问题。利用BIM 技术就可以满足工程设计要求，确保设计单位和施工单位都可以直接参与设计，提前解决施工可能面临的问题，形成优良的设计方案。在桥梁工程的施工中，通过应用BIM 模型也可以实现对生产的协同处理，促进桥梁工程建设质量与效率的全面提高。

1.2 助力设计成果转化

在开展桥梁工程作业的过程中，考虑到包含桥墩预埋件等构件，其不仅拥有诸多种类，并且结构也非常复杂，进一步增大施工的难度。所以使用BIM 技术之后，通过建立三维模型就可以直接展示桥墩构件的具体情况，从而满足预判处理的要求。另外，通过及时优化施工方案，基于三维技术做好技术交底处理，能促使施工人员真正领会桥梁工程设计者的意图，最终让其转化为对应的成品。

2 传统桥梁工程设计方法存在的主要问题

2.1 无法及时发现施工机械动态运行过程中的碰撞问题

从当前我国桥梁工程的施工现状可以看出，大多数桥梁工程对预制构件的需求量都比较大，而且都是采用从工厂直接定制或者在施工过程中进行预制的方法来满足施工需求，这就要求确保这些预制构件运输的及时性。与此同时，由于预制构件的需求量较高，各构件的体积又比较大，对生产环节、运输环节与施工环节的要求都非常高。施工企业不但要加强对构件数量与质量的控制，同时还要选择适当的位置对其进行存放，以免在放置过程中出现变质。在实际进行桥梁工程建设的时候，构件运输、吊装和浇注过程都需要用到各种各样的机械设备，且这些设备处于动态化运行的状态下，若采用传统的二维平面图纸进行工程施工图设计，必然无法及时发现施工机械设备动态运行过程中出现的各类碰撞问题，这就会给整个工程项目的施工带来极大的安全风险。

3 桥梁工程设计中BIM技术的应用

研究对象为旧路改造工程，其桥梁跨越河流，该河流上已有一座既有桥梁，新建桥位置和该桥大体相同。现有桥梁的总长为137.7 m，采用简支结构，八跨，每跨采用15片梁，跨度为15 m。桥面的宽度为9.76 m，行车道宽7.1 m，两侧人行道宽1.33 m。下部结构采用实心墩，基础采用预制打入桩，桥台采用扩大基础。因现有桥梁当重车经过时没有显著的震感，所以采取直接加宽措施，在旧桥的外侧与旧桥紧靠新建一座桥梁，以此和旧桥组成新桥。该新桥的中心里程桩号为K5+790.388，其技术指标包括:（1）设计荷载取公路I 级；（2）设计时速取80 km/h；（3）所在位置不通航；（4）区域无地震记录，现代地震不活跃，可不考虑地震造成的影响；（5）洪水频率取1/100。新旧桥断面设计如图1所示。现围绕本项目实际情况，对其设计过程中的BIM 技术具体应用做如下深入分析。

图1 新旧桥断面设计

3.1 模型的构建

BIM技术在桥梁工程中的应用首先需要构建一个科学完善的模型，具体来说，主要涉及以下两个环节：第一个环节是借助AutodeskRevit 软件为桥梁构件提供族的协同作用。例如，某桥梁工程的基础形式为桩基础，参照其平面图纸，AutodeskRevit应用程序可通过其自带的架构基础族模板建构一个完整的基础族库，同时还可以及时而准确地导入所有相关数据，并在三维立体图形中检验基础模型的构建是否存在缺陷或漏洞。第二个环节是获取桥梁完整的建模形态。在完成基础构件族的建构工作之后，可借助该软件构建一个项目数据文件，并将已经建构好的族库直接导入到这一项目文件之中，然后再对各基础构件的具体方位进行调整和优化，最终获得准确完整的桥梁工程数字化建模信息。

3.2 实现各设计对方的实时沟通、精诚合作

与传统技术相比，BIM 技术的一大显著优势就是可实现桥梁工程设计者之间的实时沟通与交流，使其保持良好的合作关系，从而有效避免重复设计、设计冲突等问题的出现，这对整个桥梁工程各阶段设计质量的提升来说是大有好处的。借助BIM技术自带的协同操作平台，还可将项目设计过程中的所有参与方聚集到这一平台之上，充分发挥出BIM 数字化系统模型的优势，使高质量、高效率的设计目标从幻想变为现实。

3.3 将BIM与相关分析软件相整合

在以往的桥梁工程设计之中，计算模型与图纸模型往往是相互独立的，在进行设计方案优化的时候往往只能参照模型的计算结果，这就导致图纸修改的工作量大幅增加。而BIM 技术的应用则能有效解决这一问题。立足于BIM 技术，对其进行二次开发，可生成完整的三维模型，然后再使其他分析软件和BIM模型实现相互连通，把BIM 模型中的相关数据直接导入分析软件进行计算处理，这样就能实现桥梁工程设计效率与质量的大幅提升。

3.4 统计桥梁工程量

运用BIM 技术统计桥梁工程量，则需要先运用CAD 图纸来计算工程量，细化桥梁工程施工所需要的混凝土量、钢筋量以及其他材料数量，同时，要根据桥梁工程信息与整体模型，统计桥梁工程施工成本，而且，设计师应协同桥梁工程造价管理人员运用BIM 技术制定科学合理的施工成本计划。从宏观层次来分析，成本计划是依据桥梁工程项目开发目标所制定的目标成本，具体规定在期限内为完成施工作业所支出的一切成本费用，并细化实现成本目标的具体措施。需要注意的是，成本计划是降低桥梁工程施工成本的具体目标，也是实施成本控制、成本分析与成本考核的依据。

其次，要运用BIM技术做好成本预算工作，即通过分析模型数据对施工期间所支出的成本费用进行全面预算，准确定位桥梁工程项目成本的支出动向，同时，要科学调控费用成本，确保在具体成本预算执行过程中能全面预估控制力与执行力。对于成本控制工作中所出现的任何问题，必须全面分析该问题的成因，并及时解决，努力确保成本控制工作的顺利执行。需要注意的是，前期的成本预算管理工作非常重要，后期的成本监督工作也不容忽视。因此，桥梁工程设计师应协同施工管理人员加大后期的成本监督力度，确保总成本支出与成本预算结果相符。

另外，桥梁工程设计师应注意运用BIM 技术协助施工企业做好成本分析与考核工作，通常，成本分析是依据成本预算所提供的成本数据和相关资料，联同计划成本和本企业之前的桥梁工程项目成本历史以及先进成本管理经验进行比较，正确认知成本差异，科学判断成本超支的原因，并根据具体原因制定成本控制对策。成本考核工作以成本分析为基础，并对成本计划的执行结果进行全面评估。在成本考核工作中，应注意细分成本指标与成本责任，以此确保成本考核的客观性。

4 提升BIM技术在桥梁设计中的应用效用的建议

BIM 技术的使用有许多好处，但是如果不能正确使用具体的施行办法，就可能导致问题的产生，不利于提高桥梁设计的效率，影响设计周期。就目前国内该技术的使用，必须进行相关人员的专业素质培训，组织技术的应用点，提高BIM技术使用的效率和价值。首先桥梁设计人员可以通过更新仿真和数据统计的方式方法，并且结合以创新的思维将该技术引进中国的桥梁设计工作中，其次积极的关注应用相关的数据信息，通过提高数据的可靠性实现桥梁设计的可行性。最后施工单位要更新管理模式和工作模式，一方面能够有效地降低成本，另一方面也能提高工程建设的效率，实现利润的最大化。因此BIM 技术的使用必须以提高桥梁设计效率和施工质量为目标，在控制相关施工因素的同时，实现设计图纸的构建，并在模型的不断建设中提高后期桥梁设计的效率，而且也能够保障后期的施工质量。