文/劉國(guó)祥

一、BIM技術(shù)的特點(diǎn)

BIM技術(shù)是通過一系列的數(shù)字模型，應(yīng)用三維和四維信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)橋梁工程項(xiàng)目進(jìn)行全過程的協(xié)同設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)營(yíng)管理，具有虛擬仿真橋梁結(jié)構(gòu)、工程量計(jì)算和成本管理的功能，在橋梁工程中合理應(yīng)用BIM技術(shù)可以有效的避免計(jì)算失誤和消除工程施工中存在的隱患。

1.可視化。

在實(shí)際橋梁工程設(shè)計(jì)中，工程結(jié)構(gòu)的可視化對(duì)橋梁設(shè)計(jì)具有一定作用。在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，一些部件是由特定的線條交叉組合而成的。在傳統(tǒng)的橋梁設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)部件的外觀需要想象力，在橋梁設(shè)計(jì)的過程中，它不能直接顯示橋梁的外觀。BIM技術(shù)可以在橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的視覺化，可促使建設(shè)單位對(duì)工程設(shè)計(jì)方案做出決定，對(duì)工程建設(shè)有一定的幫助。同時(shí)，BIM模型所攜帶的信息，可以在橋梁工程生命周期的項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)等過程均可以重復(fù)使用。且在BIM三維平臺(tái)上，任何橋梁構(gòu)件和管線均可以清晰、直觀的展示在眼前，從而可以有效地幫助建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位和施工單位進(jìn)行全方位的溝通、協(xié)調(diào)。

2.協(xié)調(diào)性。

在橋梁工程施工建設(shè)中，常發(fā)生構(gòu)件與構(gòu)件沖突、橋墩與主梁高程沖突的現(xiàn)象，為了解決該現(xiàn)象需要應(yīng)有效協(xié)調(diào)各單位和協(xié)調(diào)各工序、各專業(yè)，確保施工順利完成。根據(jù)工程施工經(jīng)驗(yàn)可知，常發(fā)現(xiàn)在工程建設(shè)中由于各工序協(xié)調(diào)不到位，導(dǎo)致了一些過程的沖突，影響了建設(shè)項(xiàng)目的正常開展。而BIM技術(shù)通過三維技術(shù)可以有效地協(xié)調(diào)各專業(yè)之間的工作流程，有效地協(xié)調(diào)施工過程中的問題，減少橋梁工程施工中的不合理部位，確保橋梁工程施工項(xiàng)目的順利實(shí)施。

3.模擬性。

BIM技術(shù)可用于模擬橋梁工程，包括3D畫面模擬、日照模擬、能效模擬、緊急疏散模擬等，并可模擬橋梁工程施工組織，優(yōu)化施工組織，減少橋梁組織錯(cuò)誤造成的損失。此外，利用BIM技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)4D施工模擬、5D造價(jià)模擬等與時(shí)間關(guān)系緊密聯(lián)系的模擬仿真，并能有效地控制該項(xiàng)目的成本。

4.可出圖性。

利用BIM技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁工程三維模型的快速繪制，并具有出圖功能，減少橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的工作量，且可以方便施工人員快速識(shí)別圖紙，從而可以實(shí)現(xiàn)橋梁工程的可視化，避免二維圖紙?jiān)斐傻囊曈X誤差，促進(jìn)橋梁工程的快速施工，減少工程施工的返工次數(shù)。

二、BIM技術(shù)在橋梁工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

1.分析橋梁結(jié)構(gòu)及場(chǎng)地。

橋梁結(jié)構(gòu)的自身穩(wěn)定性、安全性與橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)合理性有關(guān)，同時(shí)還受橋梁工程建設(shè)場(chǎng)地和場(chǎng)地的環(huán)境以及場(chǎng)地的地質(zhì)條件等存在較為密切的關(guān)系。BIM技術(shù)可以與地理信息相互連接，從而可以有效地模擬橋梁工程場(chǎng)地的狀況，并建立對(duì)應(yīng)的場(chǎng)地模型。并對(duì)建立的場(chǎng)地模型進(jìn)行地質(zhì)條件分析，以選出最適宜的建設(shè)場(chǎng)址，從而提高橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和耐久性。

2.復(fù)雜節(jié)點(diǎn)模型與驗(yàn)算。

對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)中復(fù)雜構(gòu)造節(jié)點(diǎn)，可以利用BIM建出模型后導(dǎo)為.sat格式文件，再導(dǎo)入至ANSYS等有限元分析軟件中，對(duì)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析驗(yàn)算，再根據(jù)節(jié)點(diǎn)構(gòu)件的受力情況判斷出該節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)是否符合設(shè)計(jì)要求，從而保障了結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力性能。若分析結(jié)果表明該節(jié)點(diǎn)受力不滿足要求，則需要對(duì)該節(jié)點(diǎn)部件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，調(diào)整設(shè)計(jì)方案，再重新導(dǎo)入至有限元分析軟件中進(jìn)行分析，從而保障橋梁復(fù)雜節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的合理性。

3.橋塔節(jié)點(diǎn)板件關(guān)系檢查。

由于現(xiàn)代大型橋梁結(jié)構(gòu)造型較為新穎，對(duì)于一些節(jié)點(diǎn)處可能存在板件相互交錯(cuò)，而單純的依靠二維圖紙無法檢查出是否存在板件沖突、碰撞等現(xiàn)象，而利用BIM三維模型的可視化功能，可以輕松的檢查出板件存在沖突的部位。在利用BIM建出橋梁結(jié)構(gòu)三維模型后，將外部局部構(gòu)件設(shè)置為透明，從而就可以較為容易的看出內(nèi)部構(gòu)造存在沖突的部位，且可以利用漫游視角檢查板件之間的空間關(guān)系，對(duì)存在沖突的部位進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，避免構(gòu)件的沖突、碰撞現(xiàn)象。

4.分析橋梁結(jié)構(gòu)性能。

橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅是對(duì)橋梁構(gòu)件進(jìn)行簡(jiǎn)單的布置或者排列，還需要對(duì)結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能、抗震性能進(jìn)行充分的分析，從而保障橋梁結(jié)構(gòu)具有充足的強(qiáng)度、剛度。在傳統(tǒng)的橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時(shí)需要耗費(fèi)較多的人力、物力以及財(cái)力，且人為分析橋梁結(jié)構(gòu)力學(xué)性能，會(huì)添加人的主觀意識(shí)，導(dǎo)致分析結(jié)果存在一定的偏差。而利用BIM技術(shù)中的分析模塊，可以對(duì)建立的BIM模型進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，且可以對(duì)結(jié)構(gòu)部件設(shè)計(jì)不足之處進(jìn)行修正，從而提高了橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的效率，保障橋梁結(jié)構(gòu)具有充足的強(qiáng)度和剛度。

5.原材料的BIM控制。

橋梁工程原材料性能是決定整個(gè)工程質(zhì)量的主要因素。因此，橋梁工程原材料的質(zhì)量管理是控制工程質(zhì)量的因素之一。BIm技術(shù)可以對(duì)工程施工材料建立材料數(shù)據(jù)信息庫，對(duì)原材料進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃管理。同時(shí)，利用BIM技術(shù)可以將橋梁工程模型與工程進(jìn)度計(jì)劃相互結(jié)合，詳細(xì)記錄工程項(xiàng)目仍一階段施工所用的材料類型和工程用量，實(shí)現(xiàn)了科學(xué)合理的管理工程施工材料，并可以實(shí)現(xiàn)了橋梁工程施工過程中方便快捷查詢施工檔案，一定程度上提高了工程效率。

此外，利用BIM技術(shù)建立的材料信息數(shù)據(jù)庫，可以查詢到工程項(xiàng)目施工中使用的材料信息，例如供應(yīng)商、產(chǎn)地、材料性質(zhì)等，并可依據(jù)該信息實(shí)現(xiàn)對(duì)施工材料進(jìn)行評(píng)價(jià)分級(jí)。

6.施工人員 BIM 控制。

BIM技術(shù)的應(yīng)用可以大大提高項(xiàng)目經(jīng)理和實(shí)際運(yùn)營(yíng)商的工作效率，并保證項(xiàng)目如期完成。 BIM技術(shù)通過建立3D實(shí)體橋梁信息模型，使項(xiàng)目經(jīng)理可以對(duì)橋梁工程有全面了解，提高管理效率，總結(jié)和分析橋梁工程可能出現(xiàn)的問題，然后確定項(xiàng)目整個(gè)過程中質(zhì)量管理與控制，減少工程施工問題，降低事故不確定因素造成工程項(xiàng)目質(zhì)量管理的可能性。通過使用BIM技術(shù)，可以使工作人員的施工任務(wù)提前展示，幫助員工在工程施工過程中高效、清晰、準(zhǔn)確地了解需要注意的工作內(nèi)容和實(shí)際施工質(zhì)量控制點(diǎn)的，更加注重橋梁工程的施工質(zhì)量，減少事故問題。

7.橋梁工程BIM模型深度制定。

施工圖設(shè)計(jì)階段的橋梁工程BIM模型應(yīng)達(dá)到一定的深度，此階段的模型包含精確的數(shù)量、幾何尺寸、外觀形式、空間位置以及內(nèi)部構(gòu)造，適應(yīng)于成本估算以及施工協(xié)調(diào)，施工進(jìn)度計(jì)劃，施工進(jìn)度模擬和可視化。此階段模型應(yīng)包含的非幾何信息：項(xiàng)目基本信息、位置信息、經(jīng)濟(jì)信息、技術(shù)參數(shù)信息等。橋梁工程結(jié)構(gòu)模型主要技術(shù)指標(biāo)（高度、層高、結(jié)構(gòu)形式、荷載等級(jí)等）構(gòu)件的物理性能、材質(zhì)、構(gòu)造、工藝要求等。

此外，針對(duì)關(guān)鍵典型混凝土構(gòu)件如樁基、橫梁、立柱等建立相應(yīng)的鋼筋模型，每種類型的鋼筋應(yīng)附加鋼筋類型等屬性。

8.BIM技術(shù)施工信息化技術(shù)及管理系統(tǒng)研發(fā)。

基于BIM技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)+等新一代信息化技術(shù)，對(duì)橋梁工程施工階段BIM項(xiàng)目管理信息平臺(tái)及移動(dòng)應(yīng)用終端，建立工程建設(shè)期BIM項(xiàng)目管理信息共享平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁工程建設(shè)期的遠(yuǎn)程、動(dòng)態(tài)、可視化、信息化和自動(dòng)化管理?；贐IM的橋梁施工過程模擬。設(shè)計(jì)階段的模擬施工只模擬施工階段的進(jìn)度管理，為施工組織提供基本參考。根據(jù)設(shè)計(jì)方案提出的施工方案，通過施工4D初步模擬，對(duì)施工設(shè)計(jì)方案可能遇到問題制定解決方案，以及施工方案的可行性和施工方案進(jìn)行優(yōu)化。

三、BIM 在橋梁設(shè)計(jì)階段的價(jià)值體現(xiàn)

1.可視化方案交流。

BIM技術(shù)使得僑聯(lián)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)從二維圖紙轉(zhuǎn)變?yōu)槿S模型，使得橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)走向數(shù)字化。它可以使得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)從而抽象、復(fù)雜的二維圖紙轉(zhuǎn)變?yōu)槿S、可視化的方式展現(xiàn)，從而可以使得各個(gè)專業(yè)人員提前了解項(xiàng)目情況，并可使得建設(shè)單位對(duì)工程項(xiàng)目的基本情況進(jìn)行掌握。

2.協(xié)同化的工作新模式。

BIM技術(shù)可以將橋梁工程的各個(gè)專業(yè)整合到一個(gè)模型中，從而改變了傳統(tǒng)二維圖紙分專業(yè)的設(shè)計(jì)模式。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，前期根據(jù)不同專業(yè)和任務(wù)分工劃分子項(xiàng)，構(gòu)件項(xiàng)目族庫，然后再利用相同的項(xiàng)目基點(diǎn)組合到中心文件中，從而可以協(xié)同設(shè)計(jì)，加快設(shè)計(jì)效率。

3.設(shè)計(jì)質(zhì)量提升。

根據(jù)橋梁工程局部構(gòu)件建模細(xì)度要求，進(jìn)行建立相應(yīng)的模型，并可以直接生成施工圖紙，統(tǒng)計(jì)施工材料，并可以減少結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的沖突問題，從而一定程度上提升了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量。

4.成本控制。

通過BIM模型對(duì)工料的計(jì)算，比利用2維圖紙計(jì)算的工料要更加準(zhǔn)確，且工料成本計(jì)算均有計(jì)算機(jī)進(jìn)行完成，減少人為參與出現(xiàn)錯(cuò)誤的可能性，可以方便業(yè)主控制施工成本。

5.橋梁產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

通過BIM技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)橋梁局部構(gòu)件在預(yù)制場(chǎng)進(jìn)行施工生產(chǎn)，再由拼裝而成，從而加快了橋梁工程往產(chǎn)業(yè)化方面的發(fā)展。

四、結(jié)論

綜上所述，在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，利用BIM技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可視化、協(xié)調(diào)性、出圖性，且可以實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁設(shè)計(jì)場(chǎng)地的分析、結(jié)構(gòu)力學(xué)分析、橋梁構(gòu)件材料用量等，且可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工程施工人員的合理安排，從而提高橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量，保障橋梁結(jié)構(gòu)具有充足的強(qiáng)度和剛度，促建橋梁工程的可持續(xù)發(fā)展。