对基于BIM的虚拟施工设备技术在钢连桥工程中的运用分析

2021-12-24赵家豪李兴王森林王天一

绿色环保建材 2021年8期

赵家豪李兴王森林王天一张瑞

大连海事大学

1 前言

在钢连桥工程中，应用BIM虚拟施工技术，能够面对复杂的施工环境，并充分利用技术，对施工环节进行模拟和演示，这样就能够有效地避免施工中出现风险，降低问题发生概率，进一步优化建造方案，提高施工安全性，还能够节省施工成本，对于实际的钢连桥工程施工来说，具有重要意义。

2 项目概述

该项目的研究对象以BIM为基础的虚拟施工设备技术在钢连桥中的应用，项目是利用Revit，来建立斜拉桥。作为现阶段的常见桥梁构造之一，斜拉桥不仅具有良好的受力性能，而且建造成本低廉，并且具有一定的美观性。但同时这种斜拉桥结构较为复杂，在进行施工设计的计算时具有一定难度，另外还需要较多的高空作业。在施工的过程中，为了克服上述困难，需要充分利用多种技术。如：需要利用互联网进行相关资料的收集，并且通过实验室来建立斜拉桥的模型以及数据，并对其进行具体的研究和分析，明确各部件的特点参数，之后在此基础上，根据实际项目来建立斜拉桥模型，让其能够充分满足项目的需求，之后通过Revit的斜拉桥模型的反复评估与分析，进一步详细地确认各部件的控制参数，之后进行数据的存储。

3 项目准备工作

3.1 斜拉桥模型的参数研究

斜拉桥也被称为斜张桥，这种桥梁结构是通过拉索，能够把主梁拉在索塔之上，利用拉索来承受拉力，主塔来承受压力，而梁体来承受弯度。斜拉桥一般由几部分构件所组成，分别为索塔、主梁、桥台、桥墩、斜拉索等。

首先，要研究实验室的斜拉桥模型，对其各部分的构件特征进行明确，之后还要找出各个构件之间的逻辑、集合关系，进一步求得每一个实体模型所存在的控制参数，并且将得出的数据结果，在信息数据库中进行储存，为后续的斜拉桥的参数开发，做好项目准备和安排。

其次，对于桥体的各部分形态，即索塔、主梁、索、桥台、桥墩，进行充分的分析，并且在此基础上进行控制参数的归纳和总结。明确关键的位置坐标，将其用控制参数描述出来，确定关键点坐标，并用控制参数表示出来。

最后将之前所生成的模型，在Navisworks进行数据的导入，之后就能够对于施工进行模拟。

根据斜拉桥的特点，可以在利用Revit进行建模的过程中,通过Revit中的族，进行常用结构部位的提炼，这样就能够让构件对象，进一步形成一个固定样式。现如今，对于桥梁工程构件来说，其相应的族库没有一定的确立。但是在族库中，能够对于建立完成的构件族进行储存，并且在下一次建模时，能够直接拿来进行模型的构建，这样既能够提升建模的精准程度，又能够具有一定的便利性，减轻重复工作量。

3.2 Revit软件的概述

对于所使用的Revit软件来说，是由Autodesk公司进行开发的，是系列中的核心软件，同时Revit软件也是现阶段我国较为常用的BIM建模软件。利用二次开发的Revit软件，进行桥梁模型的构建具有一定的优点。首先，在Revit中，其中的项目实质上是作为数据库存在的，在项目中不仅包括具体的工程量、施工图纸、三维模型等相关的桥梁工程的数据信息，而且对于这些数据来说，相互之间都具有一定的联系，如果一个数据发生变化，那么对于该工程中所涉及的相关的数据，也会随之作出调整和改变，这样在项目需要进行设计的变更时，能够减少容易出现的数据错误，而且还能够大大降低数据传输误差的出现概率，能够对项目实现更加便捷的管理，确保设计的质量，提高设计效率。其次，在Revit软件中，通过族来进行3D桥梁模型基础图元的创建。族能够对于各个构件图元，进行有效地区分，这样就能够让设计师在不同构件需求的基础上，来进行族构件的创建，并且能够在其中进行参数的有效添加，这样就能够使得设计者的意图更为直接地体现出来，让所创建出的族能够充分满足构件需求。对于族的内部来说，具有较强的关联性，对于模型中的族实例作出修改时，使得其对应的族参数也会做出调整和更新，另外已经创建的族就能够通过独立文件的形式，对其进行存储，因此也可以根据不同的设计需求，进行已经创建的族实例的随时选用，这样就不需要再重新进行建模，能够大大节省设计时间。最后，对于Revit软件API来说，其是一种应用程序接口，属于提前进行定义的函数。

3.3 开发前准备

对于Revit软件和Revit API进行安装，并且基本掌握软件使用方法，对其中涉及的类函数，进行充分的理解。之后下载Re⁃vit 2016 SDK。利用其文件夹中的源代码例子，有助于后续的编程工作。之后要安装Autodesk公司所开发的插件RevitLookup，能够给用户提供一定的方便，可以对API的针对对象进行直接查看。还要进行适用于Revit的编程语言C#的学习，并进行编程环境的安装。

4 基于BIM的虚拟施工设备技术在钢连桥工程中运用要点与方法

4.1 运用要点

现阶段，在进行桥梁设计时，不仅仅要关注实用性，同时对桥梁的成本管控以及后续的维护提出了更高的要求。因此，应用传统的桥梁施工方式，已经无法适应现阶段的时代需要，无法满足设计示意图，而且还无法很好地处理工期滞后等问题，给桥梁的施工带来了一定的阻碍。现如今，随着信息技术的发展，信息化的手段逐渐应用于桥梁施工项目中，在施工和管理工作中都取得了良好的成效。在BIM技术的应用之下，能够对协同平台进行充分利用，并且在施工前做好较为准确的施工模拟工作，不仅能够降低成本，还能够提升施工效率，并且提高了施工的安全性，解决了桥梁施工面临的多项问题。所以，在桥梁工程中应用BIM技术，具有重要意义。但是，现阶段在我国桥梁施工中，信息化程度依然不高，虽然已经对于BIM技术的使用提出了倡议，但是该项技术的应用和发展还处于一个初期阶段，不具有太多的应用案例。

当前，对我国桥梁项目来说，加大了科技施工以及绿色施工的推广力度，实现更高的生态效益和环保效益。通过使用BIM技术，能够有助于该项构想的实现。BIM技术在桥梁施工中的应用，能够节约能源和材料，实现保护环境的效果，充分贯彻了绿色施工理念。在信息化技术的使用之下，能够在施工以前，就进行施工设计效果以及各部分施工环节的可视化模拟，从而能够提前发现问题，并且对于设计进行调整和纠正，这样就能够大大降低开工以后的返工概率，还能够对施工进度进行有效管控，实现较好的节约成本的作用。而且，在三维模拟的参与之下，能够在直观角度对于施工过程进行监控，这样就能够有效地指导施工设计方案的制定，帮助其进行不合理的位置的修订，不断推动桥梁施工朝绿色、科技化方向发展。

4.2 运用方法

首先对于可视化一词的解释就是通过信息技术，在计算机中利用图像处理以及显示技术，能够实现数据信息通过各种方式在屏幕上的显示，而且可以利用计算机，对数据实施交互性的处理的一种技术和方法。通常情况下，可视化也就是三维表现技术。能够在计算机中，进行三维物体的表现，让其具备较高的真实性。可视化技术是在计算机的软件和硬件的基础上进行的，而且还要依靠计算机所提供的平台，进行良好的虚拟交互，进一步便于人机的交流，提高工作效率，让用户具有一个更佳的体验。

4.2.1 可视化施工

从整体上来看，可视化具有较为广泛的范围，对于工程领域的电脑动画、BIM模型、CAD二维片等，都是可视化的一种。而在这其中CAD属于程度较低的可视化工具，而相比之下BIM的程度比较高。对于BIM技术来说，其核心就是可视化。很多国内外的学者在很早就进行计算机可视化的专门研究，不断提高使用者的直观体验。在BIM的模型属性中，所包括的材质、阴影和几何实体，这些都属于可视化的信息。

4.2.2 数据自动化管理

在具体的项目建设过程中，应用BIM技术，能够实现全方位的可视化运用，在宏观的角度上，全面的考虑桥梁工程建设，而且在出现参数变动以后，也会第一时间进行设计图纸的变更，能够满足具体的施工要求。对于传统的绘图软件来说，只能够对于图形进行2D的规划，因此在设计初期，也无法对于整体的桥梁建设，做出充分考虑，这也会使得在后续的工作中，常常会发生工作脱节现象。通过BIM技术的应用，能够实现数据自动化，进而实现对于3D模型的绘制，这样在初期阶段，就能够将材料的特性，更加明显的展示出来，而且还能够实现对材料的人力预算、数据的自动管理，相比较传统的CAD，具有更为明显的优势。BIM技术不仅能够实现对于人力、物力资源的有效节约，还能够通过对施工信息的筛选，将不利于施工的位置提取出来，让设计人员进行修改，提高施工的科学性、安全性。

4.2.3 对危险的有效辨识

通过BIM模型以及虚拟现实技术，能够3D模拟演示桥梁项目的关键位置，而且还能够利用有关软件，实现自动的碰撞检查，并生成相应的报告。比如说，对于钢筋和管道的碰撞检查、承台施工中对冷却水管的布置和碰撞检查、墩身施工中电梯、预埋件、检查梯等各个位置之间的干扰检查。通过碰撞检查，能够进一步优化桥梁设计，让施工方案更加具有可靠性和准确性。同时，利用BIM技术对碰撞检查的结果通过二维模型的方式，进行直观地展现出来，之后在此基础上开展对施工的调整工作，能够确保钢连桥施工建设的顺利开展。

5 未来展望

现阶段，BIM技术并没有被广泛应用与普及到桥梁工程中，大部分还在实验和开发研究阶段。但是在科技不断飞速发展的今天，信息化技术的应用也会不断提高桥梁工程施工、设计的效率和质量。伴随着信息技术的进步和发展，BIM技术将会革新桥梁建设领域，通过含有大量信息的nD模型，来取代传统的二维图纸，不断提高桥梁建模和施工管理的直观性、高效性以及智能性。