文/袁遠 徐州市市政設計院有限公司 江蘇徐州 221002

基于BIM的橋梁工程設計與施工優(yōu)化研究

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將建筑信息模型（BIM）引入到橋梁工程中，可以有效提高設計和施工效率。本文通過對橋梁工程設計和施工進行分析，提出了基于 BIM 的橋梁工程設計和施工優(yōu)化解決方案，包括設計和施工的各個程序，例如，初步設計優(yōu)化、施工設計優(yōu)化、施工工序優(yōu)化 、施工進度優(yōu)化以及施工管理優(yōu)化等。本文對橋梁工程的設計與施工特點進行描述，并分析了BIM在橋梁工程與施工設計優(yōu)化中的應用。

BIM；橋梁工程設計；橋梁工程施工；優(yōu)化

近年來，為滿足經(jīng)濟發(fā)展的需要，大型橋梁的建設工程項目逐漸增多，這就對橋梁的設計和施工工作提出了更高的要求。傳統(tǒng)的大型橋梁工程的設計主要依靠二維圖紙來完成，施工規(guī)劃也是以項目管理人員的經(jīng)驗來進行。近年來大型橋梁增多，項目設計復雜性增強，設計構(gòu)建較多，傳統(tǒng)的二維圖紙很難實現(xiàn)，這些在設計過程中不能發(fā)現(xiàn)就會影響施工。

建筑信息模型（簡稱BIM）的管理理念，始于19世紀70年代，在發(fā)達國家得到廣泛推廣，今年在我國也得到一定的應用。不僅有效支持項目的設計與施工，還能為各協(xié)作和參與方提供交流的平臺，提高工程效率，節(jié)約時間和成本。

1、橋梁工程設計與施工特點

橋梁項目一般以大型的工程居多，設計和施工都較為復雜。其特點主要表現(xiàn)在三方面：一是，構(gòu)件多、結(jié)構(gòu)設計復雜。在橋梁工程設計中涉及大量的構(gòu)件，為保障結(jié)構(gòu)安全，橋梁工程設計會比較復雜，尤其在構(gòu)件的連接處，因此，結(jié)構(gòu)設計上會出現(xiàn)沖突問題。傳統(tǒng)的設計中，僅需要依靠二維圖紙進行檢測，但是由于工程的復雜性難以僅依靠圖紙進行檢測，很多問題直到施工中才能發(fā)現(xiàn)，這就會造成工期的延誤。二是，預制構(gòu)件多、體積龐大。橋梁工程都涉及大量的預制構(gòu)件。這些構(gòu)件或現(xiàn)場預制或工廠中生產(chǎn)，之后再運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場安裝，容易導致尺寸不匹配。預制構(gòu)件體積和重量較大，且數(shù)量多，構(gòu)件的生產(chǎn)、運輸和吊裝等也存在潛在的問題。三是，施工環(huán)境復雜多變相對于一般的建筑工程項目，橋梁工程的施工環(huán)境比較復雜多變，如跨河、跨海、跨山谷、凍土地帶等。為了保證施工順利進行及施工的安全性，必須針對不同的環(huán)境制定相應的施工方案。因此， 橋梁工程對施工方法、 施工管理等要求較高。

2、基于 BIM 的橋梁工程設計優(yōu)化

橋梁工程設計包括三個部分：初步設計、施工圖設計、施工組織設計。BIM與橋梁設計優(yōu)化的結(jié)合需要有三維建模作為基礎。傳統(tǒng)的設計采用二維圖紙，因此首先需要應用BIM技術(shù)將二維圖紙轉(zhuǎn)換為三維模型，在三維模型的基礎上進行優(yōu)化。圖1就展示了BIM對項目工程設計的優(yōu)化過程。

圖1 基于 BIM 的橋梁工程設計優(yōu)化流程

如圖所示，BIM技術(shù)主要應用在設計方案的建模與檢測分析以及問題的反饋與檢測上。項目人員在收集圖紙資料進行三維建模，模型建立，通過BIM系統(tǒng)檢測分析，出現(xiàn)的問題交由技術(shù)團隊進行解決，修改并重新分析檢測，直到圖紙沒有問題，這種方法能在設計之初將問題消滅，減少工程返工情況。

2.1 BIM 與初步設計

在橋梁工程中，初步設計的主要目的是確定橋式方案和總體構(gòu)想。比如橋梁平面布置、立面布置及橫斷面布置，確定橋位。這一過程需要經(jīng)過約業(yè)主的不斷磋商與協(xié)調(diào)。利用BIM技術(shù)可以建立三維模型，更直觀的展示橋梁的方案和構(gòu)想。圖2就展示了某一橋梁工程的BIM模型，在模型的基礎上還可以分離出各個斷面的圖片，這樣更為直觀，便于分析優(yōu)缺點。同時模型的修改與調(diào)整也更便捷。

圖2 橋梁工程的 BIM 模型

2.2 BIM 與施工圖設計、施工組織設計

施工圖設計是對初步設計的細化，在確認的總體方案的基礎上對局部進行細化。施工設計則是對橋梁結(jié)構(gòu)進行數(shù)字分析和計算，畫出施工圖紙。BIM針對技術(shù)、施工設計的復雜性也提供了良好的優(yōu)化方法，在整體橋梁的BIM模型基礎上，建立結(jié)構(gòu)細化模型，對細化模型進行對沖分析，自動生成分析報告，發(fā)現(xiàn)設計中存在的問題，及時進行修改和檢測，直至問題全部解決。BIM對設計的優(yōu)化是一個循環(huán)過程，不斷的分析檢測直至圖紙無需修改，設計方案也就浮出水面，最終塵埃落定。BIM使得所有可能的設計問題在設計過程中及時被發(fā)現(xiàn)，避免代入到施工過程，影響工程進度。

3、基于 BIM 的橋梁工程施工優(yōu)化

橋梁施工的優(yōu)化主要目的是建立可行的施工方案。施工過程優(yōu)化建立在上述BIM的模型基礎上，借助可視化的施工過程模擬，分析施工進度、供需、物資采購等過程，并在模擬中不斷優(yōu)化施工方案?；贐IM技術(shù)對橋梁工程施工的優(yōu)化過程見圖3。這一優(yōu)化過程需要施工人員與BIM技術(shù)人員共同來進行，以施工管理人員的經(jīng)驗來確認對方案修改的必要性。

圖3 基于 BIM 的橋梁工程施工優(yōu)化流程

3.1施工工序優(yōu)化

項目工作人員借助BIM技術(shù)和可視模擬技術(shù)，將橋梁三維模型與施工過程進行集成，進行施工工序的模擬。這個過程生動、直觀的展現(xiàn)了施工過程，施工人員可以準確發(fā)現(xiàn)工序中存在的問題、預制構(gòu)件的吊裝程序是否可行，一定存在問題，及時對施工方案進行修訂，直至獲得可行的、高效的施工方案，確保工程順利完工。

3.2 施工進度優(yōu)化

與工序優(yōu)化類似，集成三維模型和進度計劃，實現(xiàn)以時間為維度的進度模擬，根據(jù)施工現(xiàn)場情況及時調(diào)整進度安排，直至獲取最佳方案。此外，還可以提前對項目的重難點進行模擬，提前確定安裝規(guī)劃，避免臨時抱佛腳。

3.3施工管理優(yōu)化

施工方案的優(yōu)化將問題發(fā)生的可能前置，變被動局勢為主動，管理人員可以及時進行管理，避免問題發(fā)生。還可以借助可視化模擬過程指導現(xiàn)場施工，提高工作效率，消除安全隱患。由此，BIM和模擬技術(shù)的集成，為橋梁工程管理提供了較好的工具，優(yōu)化了施工過程，減輕管理負擔。

結(jié)語：

綜上所述，基于BIM的橋梁工程設計與施工優(yōu)化是卓有成效的。希望本文的研究對大型的橋梁工程建設有所裨益。隨之BIM技術(shù)的廣泛推廣和應用，BIM在土木建設中的應用會越來越多，對提高工作效率和管理水平有很大幫助。

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表2 優(yōu)化冷水機組運行策略

這樣執(zhí)行可以讓系統(tǒng)在很大一段時間內(nèi)穩(wěn)定運行，機組不會頻繁切換啟動。過渡季節(jié)由于圍護冷負荷、新風負荷降低很多，很多時候1臺30XW0352就可以滿足系統(tǒng)需要，所以維持原運行策略不便。在控制過程中同時還要注意，為防止負荷細微變化在成機組頻繁切換，所有負荷變化幅度超過限定10%十五分鐘后，才會進行機組的切換或者加載，由于運行策略是建立在機組負荷70%的前提下，所以在十五分鐘的加載準備期，系統(tǒng)的冷量仍然可以保證供給，不會造成冷量不足的現(xiàn)象出現(xiàn)。

結(jié)論：

根據(jù)本文的計算、分析，若能在建筑BAS系統(tǒng)設置之初就考慮到暖通系統(tǒng)對于此類數(shù)據(jù)的需求，對于非博物館建筑，也可以參照本項目的控制流程。本項目作為地下空間占建筑面積70%以上的建筑無疑是有其特殊性，但是作為超深基坑技術(shù)日益成熟的今天，地下空間的空調(diào)設計的研究存在一定意義。

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